一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法
【专利摘要】本发明涉及了一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法。将纵向层的单取向预浸料按0°进行连续放卷，并进行喷胶装置对布面纤维层进行均匀喷胶；然后在与纵向垂直方向上进行横向单取向预浸料的放卷，使得两单取向预浸料在复合平台处呈90°正交形式；通过程序控制使横向单取向预浸料步进的长度为纵向单取向预浸料的宽度，送料完毕后在复合平台处进行层压复合平板的压实，同时进行横向激光裁切；经过纵向夹系统将正交复合完毕的预浸料牵引至收卷部，在收卷部前进行两侧布边的整齐裁边处理，最后得到布边整齐如一的预浸料连续复合卷材产品。本发明所生产的预浸料复合卷材材料可根据客户实际要求设置成布卷大小，以便用于客户后续的后加工及使用。
【专利说明】一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合卷材，特别是涉及到一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，属高分子复合材料制备领域。
【背景技术】
[0002]随着科技的日益发展，复合材料的应用范围逐步扩大，并从军用逐步往民用发展，从航空航天发展到日常体育用品等，均需所用的复合材料具备一定的力学性能(如抗拉伸性能、抗剪切性能、抗压缩性能和抗冲击性能等)和物理性能(如表观质量、密度小、同等性能下重量低等)。预浸料这种结构型材主要应用在个体防护和尖端科技上，由于此类产品涉及到人身生命的安全或者国防安全，因此产品的稳定可靠性至关重要。在突发意外时能有效抵御外来的袭击，保证穿着者舒适、方便、能灵活做其它动作。
[0003]现有市场上的预浸料卷材一般采用的是半机械化生产、手工操作比例大，难以实现自动连续化生产，材料的稳定一致性难以保证，总体材料的质量水平一般，个体差异大，导致了产品的稳定性不高。这种不稳定性产品应用在对产品性能稳定性要求很高的个体防护行业存在一定的隐患，因此必须改变现有市场上的工艺方式、从而提高产品性能的稳定
一致性。
[0004]美国专利US5173138中公开的正交复合的制作方法，其中里面的一个关键工艺技术在于预浸料平铺时机械裁刀裁切时保证半切，只切断铺层好的纤维层不切断载体薄膜，在实际操作和实施过程中难以保证。
[0005]中国专利CN102234934中提出了采用机械手的方式使得两层铺层的纤维呈0/90°正交复合，但由于预浸料属于软质复合材料，并且单层UD在横向上无强度，因此单向布容易起褶皱、导致布面不平整，采用机械手方式使得程序等各个方面较复杂，真正实施有一定的难度。
[0006]中国专利CN85104384中公开了一种铺迭机以及正交复合的方法，由于它是应用在塑料不织布上，并且夹送横向料的机构为活动夹子，此方法无法在预浸料连续生产上实现，由于预浸料材料横向上无强度，只夹取两侧易导致整个幅宽上的预浸料层劈开，无法实现自动连续化。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种预浸料复合卷材自动连续化生产方法，克服上述现有工艺方式存在的缺陷和不足，对生产过程中的所有工艺参数模块化管理、实时调整工艺参数，生产出产品质量稳定均匀一致的预浸料复合卷材。由于产品的性能稳定，能广泛应用在国防、个体防护等各个领域，特别适用于大尺寸需连续材质的场合，浪费材料少、搭接处少提高了产品的性能稳定；由于卷材形式，在长度方向上可以进行任意版型尺寸的裁切，大大提升了产品的适应性和利用率。
[0008]为实现上述目的，本发明的制备方法步骤为:[0009]I)带PE薄膜单取向预浸料的制备
[0010]A)将纤维束从纱架上导出后，经过伸缩筘，对纤维进行初次定位和均匀铺开，经过初次铺开的纤维束通过张力施加辊，使纤维束具有均匀一致的张力而使之均匀铺展开；
[0011]B)将展平的纤维平铺在上胶装置上进行上胶，将上过胶的平铺纤维层与下层铺展开的PE薄膜贴合后于90-180°C进行干燥定型，然后经过水冷迅速冷却，再次定型后进行收卷，即得到单取向预浸料连续卷材；
[0012]2)正交复合卷材自动连续化生产
[0013]将步骤I)中制得的带PE薄膜单取向预浸料进行正交层叠复合，其特征在于，该方法将至少两层单取向预浸料正交复合，具体步骤如下:全程全自动控制，采用西门子伺服电机进行精确控制，首先将纵向层的单取向预浸料按0°进行连续放卷，并进行喷胶装置对布面纤维层进行均匀喷胶；然后在与纵向垂直方向上进行横向单取向预浸料的放卷，使得两单取向预浸料在复合粘合处呈90°正交形式，横向单取向预浸料在纵向预浸料的上方；通过程序控制使得横向单取向预浸料步进的长度为纵向单取向预浸料的宽度，送料完毕后在复合粘合处进行层压复合平板的压实，同时进行横向激光裁切；将横向预浸料的后续料头采用夹布头夹紧并送下一幅的预浸料，同时纵向单取向预浸料步进，步进的长度为横向预浸料的宽度-0.5mm?-1mm，保证横向布幅之间无缝隙，在复合平台处进行粘合重复上述工艺步骤；经过纵向牵引系统将正交复合完毕的预浸料牵引至收卷部，在收卷部前进行两侧布边的整齐裁边处理，最后得到整齐如一的预浸料复合卷材产品。
[0014]—种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法,其特征在于,横向单取向预浸料每幅之间的搭接为0.5?1mm。
[0015]—种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，在纵向连续层中喷洒胶黏剂，保证复合材料产品性能稳定，材质柔软。
[0016]一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，横向单取向纤维层进行定幅定时裁切时，采用非接触式的激光裁切方式，保证裁切尺寸精准，裁切缝细，产生的废料少。
[0017]—种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法,其特征在于,横向步进过程中有闭环链轮传送机构，并通过夹布头夹紧料头，夹布头能全自动连续循环运转，从而保证横向料卷裁切后能稳定步进与送料。
[0018]一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，在复合平台处对纵横向复合的布料进行平板压实复合，复合平板的压力为0.5?2.5MPa。
[0019]一种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，烘干处的温度为50-100。。；
[0020]—种预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，复合平台处带有加热装置，温度为60-95°C ；
[0021]与现有的工艺技术方案对比，本发明的优点:全程伺服步进全自动控制，可以对所有的工艺参数模块化管理并适时调整，实现正交预浸料卷材的连续化生产，使得生产产品质量稳定均匀，提高了产品的适用范围。复合精度高，搭接缝处宽度可调，保证搭接宽度一致。整套设备结构简单实用、程序合理。
[0022]将单取向预浸料进行正交叠合后，提高了材料的横向强度，具有优良的力学性能(抗拉伸、抗剪切和抗冲击等)，可以有效抵御外来袭击。利用其比重低、质量轻等优势可广泛应用在国防安全、个体防护、民用体育等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的立体示意图
[0024]图2是本发明的纵向结构示意图
[0025]图3是本发明的横向结构示意图
[0026]图4是横向送料夹布装置正视图
[0027]图5是横向送料夹布装置左视图
[0028]图6是连续布卷示意图。
[0029]图中，I是纵向放卷，2是纵向夹送辊，3是喷胶装置，4是加热烘干装置，5是过辊，6是复合平台，7是过辊，8是布边裁边刀，9是层叠复合的布卷，11是横向放卷，12是横向夹送辊，13过辊，14、15是横向裁切夹送辊，16、17是横向裁切托板，18是布头夹送装置，19是闭环链轮传送机构，20是激光刀，21是复合平板机构,22是汽缸。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0031]本发明一种预浸料复合卷材的自动连续化生产系统包括纵向和横向两大模块，各自单独将单取向的预浸料送至复合平台处，两个方向的单取向预浸料布将通过胶黏剂复合，从而实现单取向预浸料的自动连续生产，该系统的主要功能是将实现定幅定时裁切，保证复合精度，大大提高生产效率。
[0032]如图1所示，纵向设备机构包括放卷装置1、夹送辊2、喷胶装置3、预烘干4、过辊
5、复合平台6、过辊7、裁边装置8和收卷装置9。
[0033]如图2所示，横向设备机构包括放卷装置11、夹送辊12、14、15、过辊13、托板16、
17、夹布头装置18、18'、闭环链轮传送机构19和复合平板21。
[0034]夹布头18通过传动轴与闭环链轮传送机构19相连接，闭环链轮传送机构19与外部的驱动电机相连接，从而实现此部分的准确移动和夹取布头。
[0035]本发明一种预浸料复合卷材的自动连续化生产系统的工作原理如下:
[0036]在系统纵向方向上，单取向预浸料布卷从纵向放卷I上放出，有纤维束的一面朝上，带PE薄膜面朝下，经过一对夹送辊2主动送料，喷胶装置3将胶黏剂均匀喷洒在纵向布面上，上过胶的预浸料布在烘干处4进行预烘干，经过过辊5，平铺在复合平台6上，复合平台6是固定的并带有加热烘干设备，对上胶完毕的单取向预浸料进行烘干，此时纵向布料处于静止状态。当横向布料与之正交复合后，纵向继续前行，前行的距离为横向布料的幅宽-0.5mm?-1mm,停下继续复合第二片横向料,复合完毕的布料经过过棍7并经过布边裁切设备8对两侧布边进行整齐裁切，最后将成品布卷收取在收卷轴9上。
[0037]在系统横向方向上，横向放卷装置11上放出料卷，带PE薄膜面朝上、纤维面朝下，经过横向夹送棍12主动送料,经过过棍13,在夹送棍14、15的夹送下送至夹布头18位置A中，夹布头18是一活动平板，当料头进入到平板中的缝隙时，上夹头落下进行夹布，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远端，夹布头夹送的布料距离为纵向料的幅宽，同时处于B位置的夹布头18'同时运动，达到夹布头18的起始位置A，夹布头18到达位置B，此时复合平板21在左右两侧汽缸22的作用下落下将横向布与纵向布进行压实复合，同时激光裁切20对横向布样进行快速切割,待激光裁切完毕后，复合平板21抬起，纵向布料进行下一幅的自动走料，将上过胶液的纵向单取向预浸料送至复合平台处，横向裁切完毕的料头在夹送辊14和托板16、17的作用下送到夹送辊15中，待料头送至夹布头18中的缝隙处时，上夹布头落下，将料头抓紧，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远处，重复上述的激光裁切、复合平板压合等动作。激光切割20是通过激光发生器连续不断发出激光，激光切割头通过自身的导辊进行来回往复运动，激光发射器的水平激光经过一组反射镜经水平光路反射成竖直光路，从而实现连续不断裁切，通过控制系统实现发射器的停止和开始发射时间，由于采用的一次反射，大大减少能量损失，提高了裁切效率。
[0038]纵向放卷、纵向收卷、夹送辊、横向放卷都采用的是伺服电机控制移动的动作，每个伺服电机都与控制系统单独连接。纵向放卷1、纵向收卷9、夹送辊2、12、14、15、喷胶装置
3、激光裁切20、横向放卷11、夹布头18、18'、复合平板21、闭环链轮传送机构19均与控制系统连接，控制系统中有中央控制主程序，通过位置信号检测、反馈和信号输出，实现自动连续化生产。
[0039]下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的详细说明，并非对本发明的技术范围作任何限制，仅是本发明的较佳实施例而已，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
[0040]实施例1
[0041]单取向预浸料布卷从纵向放卷I上放出，有纤维束的一面朝上，带PE薄膜面朝下，经过一对夹送辊2主动送料，喷胶装置3将胶黏剂均匀喷洒在纵向布面上，上过胶的预浸料布在烘干处4进行预烘干，烘干温度80°C，经过过辊5，平铺在复合平台6上，复合平台6是固定的并带有加热烘干设备，温度为65°C，对上胶完毕的单取向预浸料进行烘干，此时纵向布料处于静止状态。当横向布料与之正交复合后，纵向继续前行，前行的距离为横向布料的幅宽-0.7_，停下继续复合第二片横向料，复合完毕的布料经过过辊7并经过布边裁切设备8对两侧布边进行整齐裁切，最后将成品布卷收取在收卷轴9上。
[0042]在系统横向方向上，横向放卷装置11上放出料卷，带PE薄膜面朝上、纤维面朝下，经过横向夹送辊12主动送料，经过过辊13，在夹送辊14、15的夹送下送至夹布头18位置A中，夹布头18是一活动平板，当料头进入到平板中的缝隙时，上夹头落下进行夹布，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远端，夹布头夹送的布料距离为纵向料的幅宽，同时处于B位置的夹布头18'同时运动，达到夹布头18的起始位置A，夹布头18到达位置B，此时复合平板21在左右两侧汽缸22的作用下落下将横向布与纵向布进行压实复合，复合平板的压力为IMPa,同时激光裁切20对横向布样进行快速切割,待激光裁切完毕后，复合平板21抬起，纵向布料进行下一幅的自动走料，将上过胶液的纵向单取向预浸料送至复合平台处，横向裁切完毕的料头在夹送辊14和托板16、17的作用下送到夹送辊15中，待料头送至夹布头18中的缝隙处时，上夹布头落下，将料头抓紧，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远处，重复上述的激光裁切、复合平板压合等动作。[0043]实施例2
[0044]单取向预浸料布卷从纵向放卷I上放出，有纤维束的一面朝上，带PE薄膜面朝下，经过一对夹送辊2主动送料，喷胶装置3将胶黏剂均匀喷洒在纵向布面上，上过胶的预浸料布在烘干处4进行预烘干，烘干温度90°C，经过过辊5，平铺在复合平台6上，复合平台6是固定的并带有加热烘干设备，温度为80°C，对上胶完毕的单取向预浸料进行烘干，此时纵向布料处于静止状态。当横向布料与之正交复合后，纵向继续前行，前行的距离为横向布料的幅宽-0.5_，停下继续复合第二片横向料，复合完毕的布料经过过辊7并经过布边裁切设备8对两侧布边进行整齐裁切，最后将成品布卷收取在收卷轴9上。
[0045]在系统横向方向上，横向放卷装置11上放出料卷，带PE薄膜面朝上、纤维面朝下，经过横向夹送辊12主动送料，经过过辊13，在夹送辊14、15的夹送下送至夹布头18位置A中，夹布头18是一活动平板，当料头进入到平板中的缝隙时，上夹头落下进行夹布，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远端，夹布头夹送的布料距离为纵向料的幅宽，同时处于B位置的夹布头18'同时运动，达到夹布头18的起始位置A，夹布头18到达位置B，此时复合平板21在左右两侧汽缸22的作用下落下将横向布与纵向布进行压实复合，复合平板的压力为1.5MPa,同时激光裁切20对横向布样进行快速切割,待激光裁切完毕后，复合平板21抬起，纵向布料进行下一幅的自动走料，将上过胶液的纵向单取向预浸料送至复合平台处，横向裁切完毕的料头在夹送辊14和托板16、17的作用下送到夹送辊15中，待料头送至夹布头18中的缝隙处时，上夹布头落下，将料头抓紧，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远处，重复上述的激光裁切、复合平板压合等动作。
[0046]实施例3
[0047]单取向预浸料布卷从纵向放卷I上放出，有纤维束的一面朝上，带PE薄膜面朝下，经过一对夹送辊2主动送料，喷胶装置3将胶黏剂均匀喷洒在纵向布面上，上过胶的预浸料布在烘干处4进行预烘干，烘干温度100°C，经过过辊5，平铺在复合平台6上，复合平台6是固定的并带有加热烘干设备，温度为95°C，对上胶完毕的单取向预浸料进行烘干，此时纵向布料处于静止状态。当横向布料与之正交复合后，纵向继续前行，前行的距离为横向布料的幅宽-1_，停下继续复合第二片横向料，复合完毕的布料经过过辊7并经过布边裁切设备8对两侧布边进行整齐裁切，最后将成品布卷收取在收卷轴9上。
[0048]在系统横向方向上，横向放卷装置11上放出料卷，带PE薄膜面朝上、纤维面朝下，经过横向夹送辊12主动送料，经过过辊13，在夹送辊14、15的夹送下送至夹布头18位置A中，夹布头18是一活动平板，当料头进入到平板中的缝隙时，上夹头落下进行夹布，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远端，夹布头夹送的布料距离为纵向料的幅宽，同时处于B位置的夹布头18'同时运动，达到夹布头18的起始位置A，夹布头18到达位置B，此时复合平板21在左右两侧汽缸22的作用下落下将横向布与纵向布进行压实复合，复合平板的压力为2MPa,同时激光裁切20对横向布样进行快速切割,待激光裁切完毕后，复合平板21抬起，纵向布料进行下一幅的自动走料，将上过胶液的纵向单取向预浸料送至复合平台处，横向裁切完毕的料头在夹送辊14和托板16、17的作用下送到夹送辊15中，待料头送至夹布头18中的缝隙处时，上夹布头落下，将料头抓紧，夹布头18在闭环链轮传送机构19的传送下将料送至纵向幅宽最远处，重复上述的激光裁切、复合平板压合等动作。
【权利要求】
1.一种预浸料复合卷材材料，所述复合卷材材料由单取向增强纤维与载体共同组成，其特征在于，预浸料复合卷材材料由两层单取向纤维层正交复合而成，上、下表面都带有PE薄膜。
2.根据权利要求1中所述的预浸料复合卷材材料,其特征在于正交复合连续化成型方法是在纵向连续步进的单层单取向预浸料层上方按照垂直于纵向方向进行铺叠单取向预浸料层(横向)，并将正交复合的双层在横向单取向预浸料层方向裁断，裁断的长度为纵向单取向预浸料层的宽度。
3.—种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，通过自动化步进控制，精确保证横向单取向预浸料层每幅之间的搭接为0.5?1_。
4.一种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，在纵向连续层中喷洒胶黏剂，保证复合材料产品性能稳定，材质柔软。
5.一种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，横向步进过程中有闭环链轮传送机构，并通过夹布头夹紧料头，夹布头能全自动连续循环运转，从而保证横向料卷裁切后能稳定步进与送料。
6.—种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，横向单取向预浸料层进行定幅定时裁切时，采用非接触式的激光裁切方式，保证裁切尺寸精准，裁切缝细，产生的废料少。
7.—种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，在复合平台处对纵横向复合的布料进行平板压实复合，复合平板的压力为0.5?2.5Mpa0
8.—种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，烘干处的温度为50-100°C。
9.一种如权利要求2中所述的预浸料复合卷材高效率自动连续化生产方法，其特征在于，复合平台处带有加热装置，温度为60-95°C。
10.根据权利要求1中所述的预浸料复合卷材材料，其特征在于，所述的单取向预浸料为高强高模超高分子量聚乙烯、碳纤维、芳纶或玻璃纤维中的一种原料组成。
【文档编号】B32B27/32GK103707615SQ201210483637
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】刘元坤, 方心灵, 吴中伟, 刘阳, 高虹, 张静, 李健, 潘智勇, 梁立, 傅丽强, 杨国, 张聪, 王瑞玲, 常浩, 高沛 申请人:北京雷特新技术实业公司, 北京航天试验技术研究所