一种预浸渍增强纤维成型循环装置的制作方法

本发明涉及热塑性复合材料技术领域，特别涉及一种预浸渍增强纤维成型循环装置。

背景技术：

热塑性复合材料预浸渍增强纤维料是树脂基体和增强体在一定工艺条件下浸渍而成的组合体，是制备复合材料的重要中间材料。预浸料是具有一定结构和力学性能的单层复合材料，可以非常方便地用来进行结构设计和铺层。预浸料的性能很大程度上决定了复合材料的工艺性能和力学性能，因此对复合材料的发展和应用具有十分重要的意义。随着多种高性能纤维和树脂的问世，预浸料的新品种和新工艺不断被开发出来，工艺技术日趋成熟，产品质量和稳定性也日趋完善，商业化产品能够满足不同成型方法的要求。

例如公开号为CN104890260A的专利文献提供了一种用于生产耐高温热塑性复合材料单向预浸带的浸渍设备，包括放纱装置、束纱孔盘、展纱装置、淤浆浸渍装置、预烘装置、隔离膜放卷收卷装置、热熔浸渍装置、定型装置、冷却与压光装置、分切装置、张力检测装置及螺旋收卷装置，所述放纱装置、展纱装置、淤浆浸渍装置、预烘装置、隔离膜放卷收卷装置、热熔浸渍装置、定型装置、冷却与压光装置、分切装置、张力检测装置及螺旋收卷装置依次安装。该发明采用该预浸带浸渍设备制备的预浸料的树脂含量均一稳定，对热熔效果也起到促进作用。

又例如公开号CN 101474868A的专利文献提供了连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带的制备设备，该设备包括纱架、张力调节装置、静电消除装置、预加热烘箱、张力调节装置、双挤出模头、三辊浸渍装置、冷却辊压装置和牵引卷绕装置，该设备采用交错的双挤出模头对连续纤维带进行预浸渍。与现有技术相比，该设备简单，采用该设备制造连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带成本低。

对于高性能热塑性树脂而言，熔点高、黏粘度大和难溶解造成浸渍困难，对预浸工艺和设备的要求较高，同时为了防止黏辊，一般使用一次性防黏粘离型膜，导致制造成本很高。因此当前市场上的高性能热热塑性复合材料预浸料品种较少且价格昂贵。

为大力促进碳纤维增强热塑性复合材料预浸料在民用、军工、航天领域的应用，适应不同尺寸复合材料和不同形状复合材料产品的需要，研制及推广一种预浸渍增强纤维成型循环装置实现低成本、连续化、自动化制备，具有较大的应用价值，并且对于缩短与发达国家的技术差距具有非常重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种预浸渍增强纤维成型循环装置，可以有效降低生产成本并提高产品质量。

一种预浸渍增强纤维成型循环装置，包括机架和安装在机架上且具有预浸渍加工路径的干态预浸模块，还包括：安装在机架上的上循环离型模块和下循环离型模块；

所述上循环离型模块包括：沿着预浸渍加工路径绕置安装在所述干态预浸模块上的上循环离型带以及上循环离型带支撑驱动单元，所述上循环离型带覆盖在预浸渍增强纤维的上表面；

所述下循环离型模块包括：沿着预浸渍加工路径绕置安装在所述干态预浸模块的下循环离型带以及下循环离型带支撑驱动单元，所述上循环离型带覆盖在预浸渍增强纤维的下表面。

当熔融后制成的初步浸渍纤维织物或展纱后的单向连续纤料纤维在各组加热辊与加压辊上容易黏辊，不利于清理，影响生产，而现有技术直接选用一次性防黏粘离型膜会增加制造成本。本发明通过设置选用重复利用的上、下循环离型带，既节省了成本，提高了工作效力、又能连续自动化生产。

上、下循环离型带采用耐高温防黏粘材质，例如采用特氟龙材料一次性热压粘接而成，其性能耐高温、耐黏粘，可以更好的循环使用。

为了提高本发明装置的预浸渍效果，优选的，所述干态预浸模块包括沿预浸渍加工路径依次布置的进料加压对辊、加热辊组、出料加压对辊以及冷却辊组。

本发明装置使用时，将热塑性树脂材料(纤维或薄膜等形式)由导向机构导入预加压区(进料加压对辊)、加热区(加热辊组)，然后在加热区熔融后制成的初步浸渍纤维织物或展纱后的单向连续纤料纤维；浸渍有树脂材料的纤维织物或单向连续纤维经过出料加压对辊时，在一定的压力作用下进一步浸渍成增强纤维。

通过干态预浸机的进料加压辊，可以使热塑性树脂材料(纤维或薄膜等形式)与树脂材料充分均允压实成薄材；

通过设置干态预浸机的加热辊组，可以完全熔融后制成的初步浸渍纤维织物或展纱后的单向连续纤料纤维；

通过干态预浸机的出料加压对辊，可以使浸渍有树脂材料的纤维织物或单向连续纤维经过在一定的压力作用下进一步浸渍成增强纤维。

为了提高本发明装置的预浸渍效果，优选的，所述加热辊组包括至少三个连续布置的加热棍，预浸渍增强纤维上下交错贴靠在加热棍上。进一步优选的，加热辊组包括三个连续布置的加热棍。

优选的，所述上循环离型带从所述加热辊组的第一个加热棍进入所述干态预浸模块，所述下循环离型带从所述进料加压对辊进入所述干态预浸模块。设置上循环离型带从第一个加热棍进入，下循环离型带从加压对辊进入，这样设计有利于导入热塑性树脂材料，操作方便、便于对热塑性树脂材料在上、下循环离型带的中间位置传送。

优选的，所述上循环离型带从所述出料加压对辊脱离所述干态预浸模块，所述下循环离型带从所述冷却辊组的第一个冷却辊脱离所述干态预浸模块。经过加热、加压后的预浸渍增强纤维还有一定的温度，必须待冷却到一定温度后才能进行同上、下循环离型带分离，故设置了上循环离型带从所述出料加压对辊脱离后沿水平方向继续绕置离型辊，从离型辊位置进行对预浸渍增强纤维脱离，设置了下循环离型带从所述冷却辊组的第一个冷却辊脱离，主要作用是为了更好的对预浸渍增强纤维冷却到一定温度后。

为了方便制造和安装，优选的，所述上循环离型带支撑驱动单元包括：

离型辊，布置在所述冷却辊组的第一个冷却辊上方使上循环离型带贴靠第一个冷却辊；

上纠偏辊组；

上涨紧托辊组；

上对标调偏传感器，控制上纠偏辊组工作调整上循环离型带。

为了方便制造和安装，优选的，所述下循环离型带支撑驱动单元包括：

下纠偏辊组；

下涨紧托辊组；

下对标调偏传感器，控制下纠偏辊组工作调整上循环离型带。

所述安装在机架上的纠偏主驱动装置、纠偏从动驱动装置，通过光电传感器自动对标，反馈给控制单元，实现自动纠偏功能，解决上下循环离型带的中心跑偏问题。

为了提高纠偏效果，优选的，所述上纠偏辊组和下纠偏辊组结构相似，都包括：纠偏主驱动辊单元和纠偏从动辊单元。

优选的，所述纠偏主驱动辊单元包括：

驱动辊，安装在对应循环离型带的内侧；

两个第一纠偏座，对称布置在所述驱动辊的两侧；

两个第一纠偏滑道，对称设置在第一纠偏座上；

两个第一滑座，对称安装在对应的第一纠偏滑道中；

两个第一轴座，固定在对应的第一滑座上安装所述驱动辊；

两组第一传动机构，分别连接对应的第一滑座驱动其在第一纠偏滑道中移动。

第一轴座与驱动辊之间安装有万向轴承，使驱动辊具有单边移动余量。

当循环离型带向驱动辊一侧跑偏时，两组第一传动机构调整驱动辊两侧与循环离型带的涨紧度来调整跑偏。

为了提高纠偏效果，所述两个第一纠偏座上设有靠近所述驱动辊的第一涨紧托辊。第一涨紧托辊设置在对应循环离型带得外侧。

优选的，所述纠偏从动辊单元包括：

从动辊，安装在对应循环离型带的内侧，所述驱动辊和从动辊分别布置在进料和出料的两端；

两个第二纠偏座，对称布置在所述从动辊的两侧；

两个第二纠偏滑道，对称设置在第二纠偏座上；

两个第二滑座，对称安装在对应的第二纠偏滑道中；

两个第二轴座，固定在对应的第二滑座上安装所述驱动辊；

两组第二传动机构，分别连接对应的第二滑座驱动其在第二纠偏滑道中移动。第二轴座与从动辊之间安装有万向轴承，使从动辊具有单边移动余量。

当循环离型带向从动辊一侧跑偏时，两组第一传动机构调整从动辊两侧与循环离型带的涨紧度来调整跑偏。

上述的两个传动机构可以采用常见的滚珠丝杆或者齿轮齿条等平移传动机构。

为了提高纠偏效果，所述两个第二纠偏座上设有靠近所述从动辊的第二涨紧托辊。第二涨紧托辊设置在对应循环离型带得外侧。

本发明的有益效果：

本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置，解决了熔融后制成的初步浸渍纤维织物或展纱后的单向连续纤料纤维在各组加热辊与加压辊上容易黏辊，不利于清理，影响生产的问题，实现离型装置的重复利用，与直接选用一次性防黏粘离型膜相比，既节省了成本，提高了工作效力，又能连续自动化生产。

附图说明

图1是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置的原理结构示意图。

图2是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置的总装结构示意图。

图3是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置中的上离型循环模块的总装结构示意图。

图4是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置中的下离型循环模块的总装结构示意图。

图5是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置中的纠偏主驱动辊单元的总装结构示意图。

图6是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置中的纠偏从动辊单元的总装结构示意图。

图7是本发明的预浸渍增强纤维成型循环装置中的干态预浸模块的总装结构示意图。

图8为本发明的循环离型模块的纠偏示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1～7所示，本实施例的预浸渍增强纤维成型循环装置包括：机架1，干态预浸模块2，上循环离型模块3，下循环离型模块4，上加压辊5和下加压辊6组成的进料加压对辊，变频减速电机7，变频减速电机8，加热辊9，加热辊10和加热辊11组成的加热棍组，变频减速电机12，变频减速电机13，变频减速电机14，光电传感器15，上加压辊16和下加压辊17组成的出料加压对辊，变频减速电机18，变频减速电机19，冷却辊20和冷却辊21组成的冷却辊组，变频减速电机22，变频减速电机23，纠偏主驱动辊单元24，纠偏从动辊单元25，离型辊26，托辊27，上循环离型带28，标调偏传感器支架29，下循环离型带30，驱动辊31，纠偏座32，轴座33，滑座34，滚珠丝杆35，步进纠偏电机36，涨紧托辊37，联轴器38，伺服电机39和从动辊40。

本实施例中，如图1和2所示，热塑性树脂材料001(纤维或薄膜等形式)由导向机构导入预加压区经过上加压辊5下加压辊6压，将热塑性树脂材料(纤维或薄膜等形式)与树脂材料充分均允压实制成薄材，然后随辊筒转动进入加热辊组进行熔融；

如图1和2所示，在机架上并排布置加热辊9，加热辊10，加热辊11，根据工艺需要三根加热辊可以调节温度，对辊周表面温度实现在线控制，熔融后制成的初步浸渍纤维织物或展纱后的单向连续纤料纤维继续随辊筒旋转前进至出料加压对辊。

如图1和2所示，在机架上布置上加压辊16与下加压辊17，在一定的压力作用下进一步浸渍成增强纤维，随辊筒的旋转，制成的预浸料继续向前移动，这是的预浸料温度还很高，因此在机架上设置了二套冷却辊，冷却辊20与冷却辊21；

如图1和2所示，在加工过程中，热塑性树脂材料(纤维或薄膜等形式)由导向机构导入加热区后，树脂随加热辊熔融，这时树脂的粘度提高了，很容易黏粘在加热辊9、加热辊10、加热辊11、上加压辊16、下加压辊17的表面上，因此设置上循环离型模块3与下循环离型模块4，通过特氟龙特殊材料制成的上、下离型带能更好地防止黏粘辊筒表面的效果，同时制成环状的结构，有利于循环重复使用。

如图3所示，干态预浸机模块2具体包括：安装在机架1上的上加压辊5与下加压辊6，上加压辊5与安装在机架1上的变频减速电机7相联，下加压辊6与安装在机架1上的变频减速电机8相联。

干态预浸机模块2还包括安装在机架1上的加热辊9、加热辊10和加热辊11，加热辊9与安装在机架1上的变频减速电机12相联，加热辊10与安装在机架1上的变频减速电机13相联，加热辊11与安装在机架1上的变频减速电机14相联。

干态预浸机模块2还包括安装在机架1上的上加压辊16与下加压辊217，上加压辊16与安装在机架1上的变频减速电机18相联，下加压辊17与安装在机架1上的变频减速电机19相联。

干态预浸机模块2还包括安装在机架1上的冷却辊20与冷却辊21，冷却辊20与安装在机架1上变频减速电机22相联，冷却辊21与安装在机架1上的变频减速电机23相联。

如图4所示，上循环离型模块3包括安装在机架1上的纠偏主驱动辊单元24，安装在机架1上的纠偏从动辊单元25，安装在机架1上的离型辊26，安装在机架1托辊27，设置在纠偏辊和离型辊上的上循环离型带28，以及设置在上循环离型带28两侧的四组对标调偏传感器支架29，每组安装两个光电传感器，组成光电传感器单元15。

如图5所示，下循环离型模块4包括安装在机架1上的纠偏主驱动辊单元(结构与纠偏主驱动辊单元24相同)，安装在机架1上的纠偏从动辊单元(结构与纠偏从动辊单元25相同)，安装在机架1的三组托辊，设置在纠偏辊上的下循环离型带30，以及设置在下循环离型带30两侧的四组对标调偏传感器支架，每组对标调偏传感器支架上安装两个光电传感器。

如图6所示，纠偏主驱动辊单元24包括以下结构：驱动辊31通过万向轴承固定在对称布置的两侧轴座33上，两侧轴座分别与滑座34上相连，并且通过伺服电机39驱动，滑座34由步进纠偏电机36驱动通过联轴器38转动滚珠丝杆35在纠偏座32上来回运动，对称布置的纠偏座32中间由涨紧托辊37相连。

如图7所示，纠偏从动辊单元25的从动辊40通过万向轴承固定在对称布置的两侧轴座331上，两侧轴座分别与滑座341上相连，并且通过伺服电机391驱动，滑座341由步进纠偏电机361驱动通过联轴器381转动滚珠丝杆351在纠偏座321上来回运动对称布置的纠偏座321中间由涨紧托辊371相连。

上循环离型带28和下循环离型带30由特氟龙材料一次性热压粘接而成。

如图8所示，上、下循环离型模块同时设置了自动防偏纠偏机构，循环离型带左右两侧都安装了光电传感器，每套传感器装置分别安装了两个光电传感器，光电传感器单元15包括光电传感器151、光电传感器152、光电传感器153、光电传感器154、光电传感器155、光电传感器156、光电传感器157和光电传感器158。当离型带(上循环离型带28或下循环离型带30)外侧边缘超出光电传感器控制范围时，步进纠偏电机直接自动纠偏动作，通过转动滚珠丝杆带动滑块来调整驱动辊与从动辊之间的涨力位置距离，从而调整上循环离型带28或下循环离型带30跑偏位移量，上循环离型带28或下循环离型带30跑偏纠偏移动方向如图所示，图中箭头为纠偏辊(驱动辊31和从动辊40)两端的调整方向，纠偏量由PLC通过光电感应位置再通过计算进行控制并通过PID计算跟踪消除上、下循环离型带跑偏。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。