一种热塑性预浸料复合机的制作方法

本实用新型涉及热塑性预浸料生产专用设备，具体地说是一种用来将热塑性树脂胶膜熔融并与纤维丝束复合，生产出一种耐高温综合物理性能指标高可循环利用的热塑性预浸料专用机械设备。

背景技术：

目前市场上常见的纤维树脂预浸机，主要有热固性低温预浸机和热塑性低温预浸机两大类。热固性低温树脂预浸机工作原理，是将固态凝胶树脂加热熔融涂覆在离型纸上，并转移到单向纤维或编织纤维布上，通过热辊精准压合形成完整的预浸料产品。热固性预浸机有三大缺点：一是不能使用聚醚醚酮等高温树脂生产耐高温具有较高物理性能的预浸料；二是生产的预浸料产品使用寿命终结时不能循环利用，需要粉碎深埋，不符合国家的环保政策；三是两端固定非悬臂式高温加热辊，纤维丝束挂丝操作不方便；热塑性低温预浸机其工作原理是将稀释后的热塑性低温树脂雾化，喷撒在编织纤维或纤维布上，通过复合工艺形成热塑性预浸料产品。热塑性低温预浸机的缺点是生产的低温预浸料产品，无法达到热塑性高温预浸料的性能要求；目前市场急需的热塑性高温预浸机，其生产工艺是将高温树脂胶膜加热熔融并与高性能纤维均匀通透复合，并通过预固化形成预浸料产品。其下游用户多为航天航空等高端领域，国内也未见报道有此类设备的相关生产信息。

技术实现要素：

实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，为用户提供一种性能优良、结构紧凑、挂丝操作方便、熔融树脂胶膜与纤维丝束复合均匀通透，生产效率高，制造成本低和使用寿命长的热塑性高温纤维树脂预浸机。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种热塑性预浸料复合机，包括轴向延伸的直线型工作台，在直线型工作台上按照纤维束的前进方向依次设有纱架、展纱装置、脱蜡炉、上胶膜放置机构、下胶膜放置机构、胶膜与纤维丝束复合通道炉装置、制冷辊牵伸装置、分切气动刀装置和收卷装置，所述的胶膜与纤维丝束复合通道炉装置包括轴向延伸的直筒式炉体、多角度环形钢带、钢带牵引热辊、钢带传热导辊和钢带张力调节导辊，用于连续向通道炉内输送胶膜的上胶膜放置机构和下胶膜放置机构分别设在炉体入口处外壁的上下两端，炉体内部自入口处至出口处沿纤维束的前进方向依次分成加热区、降温区和冷却区，所述的加热区内依次设有钢带传送热辊和钢带传热导辊，所述的钢带传送热辊由上下两个平行相对的独立的电加热高温辊组成，两个电加热高温辊之间预留有钢带与胶膜的传送间隙，所述的钢带传热导辊上下平行交替设置在炉体内；所述的降温区内设有钢带张力调节导辊，降温区的底部设有冷风装置；对预浸纤维束进行牵引和降温作用的制冷辊牵伸装置设在炉体的冷却区，所述的制冷辊牵伸装置由上下两个平行相对的制冷辊组成；所述的多角度环形钢带由上下两个环形钢带独立组成，上环形钢带经上电加热高温辊牵引自上向下依次环绕在钢带传热导辊、钢带张力调节导辊、上制冷辊上；下环形钢带经下电加热高温辊牵引自下向上环绕在钢带传热导辊、钢带张力调节导辊、下制冷辊上。

通过上述技术方案本实用新型热塑性预浸料复合机，通过纱架、展纱装置、脱蜡炉、上胶膜放置机构、下胶膜放置机构、胶膜与纤维丝束复合通道炉装置、制冷辊牵伸装置、分切气动刀装置和收卷装置相互配合完成预浸工作。本实用新型使用的原料是熔融树脂胶膜与纤维丝束，首先通过纱架上的多个张力纱筒共同放出纤维丝束；而后展纱装置将多个纤维丝束均匀展开并施加一定张力；均匀展开的纤维丝束进入脱蜡炉，脱蜡炉对进入炉内热辊上的纤维丝束加热脱蜡；在纤维丝束前进的同时上胶膜放置机构、下胶膜放置机构在通道炉的入口处上下两个方向以恒定张力连续向通道炉内传递输送上胶膜和下胶膜；胶膜与纤维丝束复合通道炉装置的入口处设有由上下两个平行相对的独立的电加热高温辊组成的钢带传送热辊，上、下胶膜和纤维丝束从电加热高温辊之间预留有传送间隙之间进入通道炉炉体内，并在加热区加热、在降温区降温、在冷却区冷却；本实用新型通道炉的炉体内设置了用于托举胶膜和纤维丝束完成复合过程的多角度环形钢带，多角度环形钢带由上下两个环形钢带独立组成，上环形钢带经上电加热高温辊牵引自上向下依次环绕在钢带传热导辊、钢带张力调节导辊、上制冷辊上；下环形钢带经下电加热高温辊牵引自下向上环绕在钢带传热导辊、钢带张力调节导辊、下制冷辊上，上下两个环形钢带在恒定张力的作用下，连续做均速周期运动，上、下胶膜和纤维丝束被牵引进入上、下环形钢带之间由钢带托举并随钢带均速前行，钢带传热导辊将自身产生的热量传递给多角度环形钢带并通过钢带的热量传递使胶膜和纤维丝束融为一体，钢带张力调节导辊是调节并保持多角度环形钢带张力恒定的机构，冷风装置是向通道炉冷却区输送冷风给已经预固化的预浸料降温的装置，通道炉出口处的制冷辊牵伸装置由上下两个平行相对的制冷辊组成其作用是将预浸料进一步冷却并牵引前行，自通道炉导出的胶膜与纤维丝束完成复合形成热塑性的预浸料，随后经分切气动刀装置将规格之外的飞边预浸料切掉，最后收卷装置是将已经生产合格的预浸料以恒定张力收卷。

进一步，本实用新型所述的钢带传热导辊包括一端封闭的圆筒形辊体，辊体的封闭端以悬臂辊形式悬空在通道炉内，辊体的另外一端经轴颈与高温轴承装配在一起固定于通道炉一侧，所述的辊体内设有衬套，衬套与辊体之间形成封闭的加热室，加热室内充满导热介质，电加热管绕辊体的轴心周向均布在辊体的加热室内，电滑环内环固定在辊体轴颈的一端并与电加热管端线连接，电滑环的外环固定在支架上与电源相连接。

通过上述技术方案，本实用新型的钢带传热导辊的工作原理是通过电加热管将电能高效转化为热能，为热导辊工作表面提供均匀热量，本装置的钢带传热导辊以悬臂辊形式悬空在通道炉内，方便了纤维丝束的挂丝操作。高温合金钢辊体具有加工精度高、耐腐蚀、耐400℃高温、不发生微量变形的特点；高温导热介质具有400℃不气化、膨胀系数小及传导热量均匀的特点；本实用新型使用的电滑环为大电流高温滑环，其外环固定在支架上，通过错层滑环与内环产生相对运动，对外联连接三相电源，起到向导辊提供电能的作用。

进一步，本实用新型所述的展纱装置由分纱机构和展纱机构组成，所述的展纱机构上设有对纤维进行预热的加热棒。

通过上述技术方案，本实用新型的展纱装置，安装在脱蜡炉之前，具有分纱和展纱两个功能。分纱部分起到调整纤维幅宽的作用，展纱部分使行进中的纤维张力恒定，其中展纱机构上设有对纤维丝束进行预热的加热棒，起到对纤维丝束预热并减少纤维脆性的作用。

进一步，本实用新型所述的脱蜡炉包括炉体、悬臂式热导辊和排气系统，所述的炉体内填充保温隔热材料。

通过上述技术方案，本实用新型的脱蜡炉装置的主要作用是，将进入脱蜡炉内纤维丝束上的石蜡加热熔融清理干净，为下一步生产热塑性纤维树脂预浸料做好前期准备工作。脱蜡炉的炉体由耐高温防碱性腐蚀的不锈钢板材焊接而成，中间填充了保温隔热材料，使炉体具有自身加热和保持温度一致性的双重功能，温度范围300℃左右；悬臂式热导辊使挂丝操作方便，同时具有源源不断地向炉内提供热能的功能，温度范围300℃左右；排气系统的作用是及时将炉内带蜡废气排出。

进一步，本实用新型所述的胶膜与纤维丝束复合通道炉装置内的加热区、降温区和冷却区之间经风幕进行区间隔离，炉体的顶部设有防爆窗。

通过上述技术方案，通道炉顶部设置的防爆窗是通道炉内压力过大时保护设备和操作者人身安全的装置，加热区、降温区和冷却区之间经风幕进行区间隔离，可以有效的节约电能，同时达到区间内部的温度平衡。

进一步，本实用新型所述的钢带张力调节导辊的一端利用轴颈与轴承装配在一起固定于通道炉一侧，另一端则以悬臂辊形式悬空在通道炉内，其主要作用是增加上、下环形钢带的张力，使钢带和胶膜能够顺利压合运行。

进一步，本实用新型所述的分切气动刀装置包括切割支架、气缸和分切刀，所述的分切刀由两把圆盘切割刀组成，所述的圆盘切割刀分别安置在预浸料的两侧，所述的气缸固定在支架上，所述的圆盘切割刀分别与气缸的活塞杆相连接，分切气动刀装置的主要作用是通过气缸活塞杆的运动实现自动分切预浸料，将规格之外的飞边预浸料切掉，为整齐收卷做好准备工作。

进一步，本实用新型所述的收卷装置包括收卷支架、气涨轴、收卷内纸筒和纠偏机构，所述的气涨轴安装在收卷支架的上端，所述的收卷内纸筒安装在气涨轴上，所述的收卷支架前设有纠偏机构，纠偏装置的作用是通过左右摆动，使收卷的预浸料卷整齐划一。

进一步，本实用新型还包括电控系统，所述的电控系统包括电气控制柜，显示报警器，运行同步系统、放卷张力系统、收卷张力系统和加热温度控制系统。显示报警器：设备采用触摸屏作为人机界面，省去了很多的按钮，设备出现任何故障均可通过触摸屏进行显示，同时报警器发出报警声，缩短故障判断时间；运行同步系统：各悬臂式热导辊均采用变频控制速度，变频器的速度信号来自于PLC，通过PLC的内部计算实现各悬臂式热导辊之间的同步运转，并具备检测功能；放卷张力系统：放卷采用张力传感器检测信号的闭环控制系统，可实现手动/自动张力控制；收卷张力系统：收卷张力采用变频器的高精度矢量控制模式，张力控制稳定、可靠；加热温度控制系统：热导辊温度控制采用智能仪表控制，具备PID控制功能，温度控制精度高，同时具备超温断电功能。

本实用新型的有益效果在于：1. 本实用新型具有功能齐全，一机多能的优点，通过多角度环形钢带的托举，托举胶膜和纤维丝束完成复合生产工艺过程，将高温树脂胶膜加热熔融并与高性能纤维均匀通透复合，并通过预固化形成预浸料产品，达到生产高性能热塑性高温预浸料的目的。2. 本实用新型的钢带传热导辊利用轴颈与高温轴承配合以悬臂辊形式悬空在通道炉内，首先可以方便纤维丝束的挂丝操作，再者钢带传热导辊内部设置了电加热管，并通过高温导热介质可以对多角度环形钢带实现加温与牵引的双重作用。3. 本实用新型的胶膜与纤维丝束复合通道炉装置自身具有加热和保持温度一致性的双重功能，通道炉顶部设置的防爆窗可以保护设备和操作者人身安全的装置，加热区、降温区和冷却区之间经风幕进行区间隔离，可以有效的节约电能，同时达到区间内部的温度平衡。4. 本实用新型的展纱装置具有分纱和展纱两个功能，其中展纱机构上设有对纤维丝束进行预热的加热棒，起到对纤维丝束预热并减少纤维脆性的作用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型中胶膜与纤维丝束复合通道炉装置的局部结构放大图。

图3为本实用新型中通道炉内部导辊的局部结构放大图。

图4为本实用新型中脱蜡炉的结构示意图。

图5为本实用新型中分切气动刀装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

一种热塑性预浸料复合机，包括轴向延伸的直线型工作台，在直线型工作台上按照纤维束的前进方向依次设有纱架1、展纱装置2、脱蜡炉3、上胶膜放置机构4a、下胶膜放置机构4b、胶膜与纤维丝束复合通道炉装置5、制冷辊牵伸装置6、分切气动刀装置7和收卷装置8，所述的胶膜与纤维丝束复合通道炉装置包括轴向延伸的直筒式炉体、多角度环形钢带、钢带牵引热辊、钢带传热导辊和钢带张力调节导辊，用于连续向通道炉内输送胶膜的上胶膜放置机构和4a下胶膜放置机构4b分别设在炉体入口处外壁的上下两端，炉体内部自入口处至出口处沿纤维束的前进方向依次分成加热区A、降温区B和冷却区C，加热区A、降温区B和冷却区C之间利用风幕进行区间隔离，有效的节约电能，同时起到稳定区间内部的温度平衡的作用，炉体的顶部设有保护设备和操作者人身安全的防爆窗5a，加热区内依次设有钢带传送热辊9和钢带传热导辊10，所述的钢带传送热辊由上下两个平行相对的独立的电加热高温辊9a和9b组成，两个电加热高温辊之间预留有钢带与胶膜的传送间隙，所述的钢带传热导辊10上下平行交替设置在炉体内；所述的降温区内设有钢带张力调节导辊11，降温区的底部设有冷风装置12，冷风装置12独立安装在炉体的一侧，在专用管道的作用下利用空调产生的低温气流为炉内冷风区提供冷源；对预浸纤维束进行牵引和降温作用的制冷辊牵伸装置6设在炉体的冷却区，所述的制冷辊牵伸装置由上下两个平行相对的制冷辊6a和6b组成，张力调节导辊11和制冷辊牵伸装置6之间设有用于导向的钢带导辊14；所述的多角度环形钢带由上下两个环形钢带13a和13b独立组成，上环形钢带经上电加热高温辊9a牵引自上向下依次环绕在钢带传热导辊10、钢带张力调节导辊11、上制冷辊6a上；下环形钢带经下电加热高温辊9b牵引自下向上环绕在钢带传热导辊10、钢带张力调节导辊11、下制冷辊6b上。

本实施例中的脱蜡炉包括炉体3a、悬臂式热导辊3b和排气系统3c，所述的炉体内填充保温隔热材料。进入脱蜡炉内纤维丝束上的石蜡在脱蜡炉内被加热熔融清理干净，脱蜡炉的炉体由耐高温防碱性腐蚀的不锈钢板材焊接而成，中间填充了保温隔热材料，使炉体具有自身加热和保持温度一致性的双重功能，温度范围300℃左右；悬臂式热导辊使挂丝操作方便，同时具有源源不断地向炉内提供热能的功能，温度范围300℃左右；排气系统的作用是及时将炉内带蜡废气排出。

本实施例的分切气动刀装置包括切割支架、气缸和分切刀，所述的分切刀由两把圆盘切割刀7a和7b组成，所述的圆盘切割刀分别安置在预浸料的两侧，所述的气缸固定在支架上，所述的圆盘切割刀分别与气缸的活塞杆相连接，分切气动刀装置的主要作用是通过气缸活塞杆的运动实现自动分切预浸料，将规格之外的飞边预浸料切掉，为整齐收卷做好准备工作。

本实施例中使用电控系统对本实用新型的复合机中的电气元件进行控制，所述的电控系统包括电气控制柜，显示报警器，运行同步系统、放卷张力系统、收卷张力系统和加热温度控制系统。