专利名称：防止胶槽固化的纤维缠绕装置及方法
技术领域：
本发明属于复合材料纤维缠绕成型技术领域，特别是涉及一种胶槽不固化的防止胶槽固化的纤维缠绕装置及方法。
背景技术：
纤维缠绕成型技术是实现复合材料自动化成型的重要手段之一，在复合材料制件中应用极其广泛，有着相当重要的地位。现有的纤维缠绕工艺，不管是采用干法缠绕，半干法缠绕，还是湿法缠绕，都是预先将固化剂加入树脂配成胶液，然后纤维束通过浸胶装置，浸透胶液后再缠绕到芯模上或烘干(对干法缠绕)。这样一来，对于常温固化的树脂系统，特别是不饱和聚酯树脂系统或乙烯基树脂系统，长时间工作，胶槽内树脂会发生一定程度的固化，影响缠绕过程的进行，严重者胶槽内胶液爆聚，造成缠绕过程无法进行。即使整个缠绕过程中不固化，每班缠绕完毕，胶槽内剩余胶液也无法再继续使用，造成浪费；而且胶槽底部产生一定厚度固化的树脂，纤维束经过的胶辊、刮胶板、分纱梳、绕丝头上都会粘附一层固化的树脂，清理非常困难。常温固化的树脂系统，无法实现不停机连续缠绕。缠绕进行到一定时间，固化的树脂将会使得缠绕无法继续进行，必须停机进行清理。这会造成胶液的浪费和影响缠绕过程的正常进行。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术中的纤维缠绕装置的胶液容易固化，造成装置清理不便且材料浪费的问题，提供了一种将固化剂容器与胶槽分开设置的防止胶槽固化的纤维缠绕装置。本发明的另一个目的在于提供了一种使用上述防止胶槽固化的纤维缠绕装置缠绕纤维的方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是:防止胶槽固化的纤维缠绕装置，包括缠绕机，缠绕机通过联接轴与芯模联接，在胶槽的纤维束输出方向上设置有能够随着缠绕机运转而引导纤维束缠绕到芯模上的绕丝头，在缠绕机上还设置有能够采集芯模转速和随着缠绕机运行绕丝头的直线运行速度的传感器，在绕丝头的纤维束输出方向上设置有固化剂喷头，固化剂喷头的喷射方向正对绕丝头输出的纤维束，固化剂喷头的进液口通过输送管与固化剂容器相联通，固化剂容器通过联接阀与电子计量泵相联通，电子计量泵通过信号线与控制单元相连，控制单元通过信号线与缠绕机上的传感器相连。上述固化剂喷头与绕丝头之间的距离是I 20cm。上述固化剂喷头是由底部加工有至少I行排孔的喷嘴与联接在喷嘴入口端的联接头组成。上述喷嘴与联接头活动联接。上述排孔分布的宽度与纤维束的宽度相同。
上述排孔的孔径均为0.1 2mm。一种使用上述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置缠绕纤维的方法，由以下步骤实现:(I)将纤维束浸胶后从胶槽穿出，并穿过绕丝头；(2)控制单元接收传感器所采集到的芯模转速的传感信号与绕丝头随着缠绕机运行的直线运行速度的传感信号，计算出纤维束的出纱速度，并控制电子计量泵运转，通过喷头向绕丝头穿出的纤维束上喷洒固化剂，控制固化剂喷洒速度，计算方法是:me' =C R 入 n V式中m。'为固化剂喷洒速度，克/分钟；C为固化剂配比，即固化剂与树脂的质量比；R为胶纱质量比，即树脂与纤维束的质量比；A为纱团线密度，即每个纱团中的单位长度纱线的质量，克/米；n为纱团数，即用于缠绕的纱团的数量；V为出纱速度，即纤维束缠绕到芯模上的线速度，米/分钟；(3)喷洒固化剂的纤维束随着缠绕机上的芯模转动缠绕在芯模上，完成纤维缠绕。上述固化剂的喷射宽度与穿过绕丝头的纤维束的宽度最好相同。本发明的维缠绕装置将固化剂容器与胶槽分开设置，且在纤维束浸胶通过绕丝头后缠绕到芯模之前利用喷头喷洒固化剂，保证胶槽内的树脂不会固化，而且胶槽、胶辊以及绕丝头等部件在缠绕完毕极易清理，大大提高了清理效率；同时，胶槽中剩余的树脂还可以回收使用，减少材料浪费，降低工艺成本；本发明的方法操作简单，工作效率高，能够有效避免长时间缠绕时胶槽发生固化。
图1为纤维缠绕装置的结构示意图。图2为图1的固化剂喷头的结构示意图。图3为图2的喷嘴底部结构示意图。
具体实施例方式现结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但是本发明的技术方案不仅限于下述的实施方式。实施例1参见图1，本发明的防止胶槽固化的纤维缠绕装置是由缠绕机1、转速传感器2、直线速度传感器3、芯模4、固化剂喷头5、绕丝头6、胶槽8、控制单元9、电子计量泵10、固化剂容器11以及输送管12联接构成。本实施例的缠绕机I是纤维缠绕工艺中普通的带有小车的缠绕机1，该缠绕机I通过联接轴与芯模4联接，芯模4随着缠绕机I的运行而轴向转动，在缠绕机I上安装有两个传感器，一个是用来检测芯模转速的转速传感器2，另一个是用来检测绕丝头随着缠绕机I的小车运行而产生的直线运行速度的直线速度传感器3，两个传感器分别通过信号线与控制单元9相连，控制单元可以采用普通的可编程控制器，本实施例采用型号为三菱PLC220VFX3U-64MT/ES-A的可编程控制器。本实施例还在胶槽8的纤维束7输出方向上设置有绕丝头6，绕丝头6可以固定在缠绕机I的小车上，可随着缠绕机I的小车运行而进行直线运动，在绕丝头6的纤维束7输出方向上设置有喷射方向正对纤维束7的固化剂喷头5。图2、3给出了本实施例固化剂喷头5的结构示意图，在图2、3中，固化剂喷头5由喷嘴5-1和联接头5-2联接构成，喷嘴5-1是长方体形金属制品，在喷嘴5-1的底部加工有一行直径为1_的排孔，排孔的分布宽度可随着穿过绕丝头6的纤维束7的宽度而调整，本实施例的排孔分布宽度是10cm，与纤维束7的宽度相同，在喷嘴5-1的入口端活动联接带有弧度的联接头5-2，弧线所对应的圆心角为45°，喷嘴5-1可在联接头5-2上随着绕丝头6的旋转或者摆动而旋转或者摆动，保证喷嘴5-1喷射出的固化剂正好能够均匀喷洒在绕丝头6穿出的纤维束7上，使浸透胶的纤维束7所粘附的树脂在遇到固化剂后发生固化，联接头5-2的进液口通过输送管12与固化剂容器11相联通，在固化剂容器11通过联接阀与电子计量泵10相联通，电子计量泵10通过信号线与控制单元9相连，喷洒过固化剂的纤维束7在绕丝头6的牵引下随着芯模4周向转动缠绕在芯模4上。当缠绕机I开始运行时，芯模4会随着缠绕机I的运行而转动，转速传感器2开始检测芯模4的转速，并将检测的电信号转化为数字信号，通过信号线输送给控制单元9，同时，直线速度传感器3检测缠绕机I的小车的直线运行速度，也就是绕丝头6的直线运行速度，将检测的电信号转化为数字信号，通过信号线传输给控制单元9，由控制单元9计算得到出纱速度V，计算公式为:V2=V1^V22
式中V1为绕丝头6随着缠绕机I小车运行而产生的直线运行速度，米/分；V2为芯模4表面的线速度，米/分钟。上述芯模4表面的线速度V2是由芯模4转速w (转/分钟)和芯模4直径D (米)决定的，计算方法如下:V2= Ji Dw上述控制单元9根据计算的出纱速度传输命令给电子流量泵8进而控制固化剂的喷洒速度。本实施例中的固化剂与胶槽8中的树脂的配比，可根据实际使用情况而确定。本实施例中还提供了一种使用上述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置缠绕纤维的方法，其由以下步骤实现:( I)将纤维束7浸胶，从胶槽8穿出，再穿过绕丝头6 ；(2)控制单元9接收由转速传感器2所采集到的芯模4转速信号与直线速度传感器3所采集的缠绕机I的小车运行带动绕丝头6运动产生的直线运行速度信号，计算出纤维束7的出纱速度，并控制电子计量泵10运转，通过喷头向绕丝头6穿出的纤维束7上喷洒固化剂，控制固化剂喷洒速度，计算方法是:mj =C R 入 n V式中m。'为固化剂喷洒速度，克/分钟；C为固化剂配比，即固化剂与树脂的质量比；R为胶纱质量比，即树脂与纤维束7的质量比；
A为纱团线密度，即每个纱团中的单位长度纱线的质量，克/米；n为纱团数，即用于缠绕的纱团的数量；V为出纱速度，即纤维束7缠绕到芯模4上的线速度，米/分钟；在本实施例中，采用不饱和聚酯树脂，C=2%, R=33%，纱团线密度入=1200tex=1200克/1000米=1.2克/米，代入数值，可以得到m。, =0.00792nv (克/分钟)，如果用10团纱，则 m。' =0.0792v (克 / 分钟)。上述固化剂的喷洒范围可随着绕丝头6穿出的纤维束7的宽度调整，固化剂的喷洒宽度与纤维束7的宽度相同。(3)喷洒了固化剂的纤维束7随芯模4转动缠绕到芯模4上，完成纤维缠绕成型。实施例2在上述实施例1的防止胶槽固化的纤维缠绕装置中，固化剂喷头5由喷嘴5-1和联接头5-2组成，喷嘴5-1是长方体形塑料制品，在喷嘴5-1的底部加工有直径为0.1mm的排孔，排孔的分布宽度可随着穿过绕丝头6的纤维束7的宽度而调整，本实施例的排孔分布宽度是1cm，与纤维束7的宽度相同。其它的部件及其联接关系与实施例1相同。纤维的缠绕方法与实施例1相同。实施例3在上述实施例1的防止胶槽固化的纤维缠绕装置中，固化剂喷头5由喷嘴5-1和联接头5-2组成，喷嘴5-1是长方体形塑料制品，在喷嘴5-1的底部加工有直径为2mm的排孔，排孔的分布宽度可随着穿过绕丝头6的纤维束7的宽度而调整，本实施例的排孔分布宽度是20cm，与纤维束7的宽度相同。其它的部件及其联接关系与实施例1相同。纤维的缠绕方法与实施例1相同。实施例4在上述实施例1 3的防止胶槽固化的纤维缠绕装置中，固化剂喷头5的喷嘴5-1底部加工有2行排孔，其它的部件及其联接关系与相应的实施例相同。纤维的缠绕方法与相应的实施例相同。为了验证本发明的缠绕方法不影响产品的性能，发明人将本发明的缠绕方法所制得的产品与现有技术中的产品在相同的条件下进行比较，具体如下:缠绕试验日期:2012年5月26日缠绕试验地点:吹塑缠绕车间试验设备:I号四工位缠绕机I试验用纱团数量:10团纱团线密度1200g/1000米胶纱比例33% 固化剂比例2%产品的设计压力时4.0MPa，本发明的产品于4.6MPa时产品爆破，而现有产品的爆破压力能够达到4.2 4.5MPa，由此可以看出，本发明的缠绕方法所制备的产品能够达到设计要求，而且能够达到甚至超过现有技术中的产品的爆破压力。
权利要求
1.一种防止胶槽固化的纤维缠绕装置，包括缠绕机(1)，缠绕机(1)通过联接轴与芯模(4)联接，在胶槽(8)的纤维束(7)输出方向上设置有能够随着缠绕机(1)运转而引导纤维束(7)缠绕到芯模(4)上的绕丝头(6)，在缠绕机上还设置有能够采集芯模(4)转速和随着缠绕机(1)运行绕丝头(6)的直线运行速度的传感器，其特征在于:在绕丝头(6)的纤维束(7)输出方向上设置有固化剂喷头(5)，固化剂喷头(5)的喷射方向正对绕丝头(6)输出的纤维束(7)，固化剂喷头(5)的进液口通过输送管(12)与固化剂容器(11)相联通，固化剂容器(11)通过联接阀与电子计量泵(10)相联通，电子计量泵(10)通过信号线与控制单元(9)相连，控制单元(9)通过信号线与缠绕机(I)上的传感器相连。
2.根据权利要求1所述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置，其特征在于:所述固化剂喷头(5)与绕丝头(6)之间的距离是1 20cm。
3.根据权利要求2所述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置，其特征在于:所述固化剂喷头(5)是由底部加工有至少1行排孔的喷嘴(5-1)与联接在喷嘴(5-1)入口端的联接头(5-2)组成。
4.根据权利要求3所述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置，其特征在于:所述喷嘴(5-1)与联接头(5-2)活动联接。
5.根据权利要求3所述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置，其特征在于:所述排孔分布的宽度与纤维束(7)的宽度相同。
6.根据权利要求5所述的防止胶槽固化的纤维缠绕装置，其特征在于:所述排孔的孔径均为0.1 2_。
7.一种使用权利要求1的防止胶槽固化的纤维缠绕装置缠绕纤维的方法，其特征在于由以下步骤实现: (1)将纤维束(7)浸胶后从胶槽(8)穿出，并穿过绕丝头(6)； (2)控制单元接收传感器所采集到的芯模(4)转速的传感信号与绕丝头(6)随着缠绕机运行的直线运行速度的传感信号，计算出纤维束(7)的出纱速度，并控制电子计量泵(10)运转，通过喷头向绕丝头(6)穿出的纤维束(7)上喷洒固化剂，控制固化剂喷洒速度，计算方法是:me' =C R 入 n V 式中m。'为固化剂喷洒速度，克/分钟； C为固化剂配比，即固化剂与树脂的质量比； R为胶纱质量比，即树脂与纤维束(7)的质量比； A为纱团线密度，即每个纱团中的单位长度纱线的质量，克/米； n为纱团数，即用于缠绕的纱团的数量； V为出纱速度，即纤维束(7)缠绕到芯模(4)上的线速度，米/分钟； (3 )喷洒固化剂的纤维束(7 )随着缠绕机(I)上的芯模(4 )转动缠绕在芯模(4 )上，完成纤维缠绕。
8.根据权利要求7所述缠绕纤维的方法，其特征在于:所述固化剂的喷射宽度与穿过绕丝头(6)的纤维束(7)的宽度相同。
全文摘要
本发明涉及一种防止胶槽固化的纤维缠绕装置及方法，其装置是将固化剂容器与胶槽分开设置，且在纤维束浸胶通过绕丝头后缠绕到芯模之前利用喷头喷洒固化剂，保证胶槽内的树脂不会固化，而且胶槽、胶辊以及绕丝头等部件在缠绕完毕极易清理，大大提高了清理效率；同时，胶槽中剩余的树脂还可以回收使用，减少材料浪费，降低工艺成本；本发明的方法操作简单，工作效率高，能够有效避免长时间缠绕时胶槽发生固化。
文档编号B29C70/32GK103101198SQ20131006391
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者牛国良, 张立君, 吕广普, 谷宏治, 朱军, 王艳玲 申请人:西安向阳航天材料股份有限公司