一种用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法与流程

本申请涉及纤维增强复合材料技术领域，尤其涉及一种用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法。

背景技术：

近年来，连续纤维增强复合材料因其高比强度、良好的抗疲劳特性及耐腐蚀等特点，获得了大量的工程应用。并且随着该材料研发与应用水平的提高，以及不断的更新换代，现已被推广到航空航天、交通、新能源及休闲等领域。尤其在对重量和性能有严苛要求领域，复合材料正逐步取代传统金属材料，成为主要制造材料。

众所周知，连续纤维增强复合材料中的复合材料缠绕管材因其具有更优良的性能，已被广泛使用，但现阶段复合材料缠绕基本都是湿法缠绕与干法缠绕，将连续纤维通过浸胶缠绕于模具上。浸胶是纤维缠绕工艺的重要环节，决定了缠绕纱的浸透程度、纤维强度和含胶量，其中含胶量对缠绕制品性能的影响很大。湿法缠绕工艺制品的含胶量不易控制，树脂浪费大；制作成本虽低，但操作环境差；制品中易形成气泡、空隙等质量缺陷。利用预浸带干法缠绕虽然树脂含量控制较好、操作环境好，但是预浸带干法预浸对增强材料要求严格，产品贮存条件苛刻，制造成本较高，造成缠绕制品的成本大幅增大；此外，预浸带干法缠绕制品的层间剪切强度较低。

技术实现要素：

本申请提供了一种用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法，保证预浸纱线树脂含量稳定，保证预浸纱线具有优良的生产环境。

第一方面，本申请提供的一种用于高性能预浸纱线制备的装置，包括沿连续纤维运行方向依次设置的纱架、预加热装置、胶膜纸输送装置、含浸压轮组、冷却装置、胶膜纸收集装置、油剂处理装置、稳定上浆装置和收纱架；其中，

所述纱架用于放置预浸前的连续纤维，所述收纱架用于收集预浸后的连续纤维；

所述预加热装置中设置若干张力辊，所述张力辊用于调整穿过所述预加热装置的连续纤维的张紧度；

所述胶膜纸输送装置包括第一胶膜纸输送轮和第二胶膜纸输送轮，所述第一胶膜纸输送轮和第二胶膜纸输送轮设置在连续纤维运行方向的两侧；

所述含浸压轮组包括若干组含浸压轮；

所述冷却装置包括第一冷却板、第一限位辊和第二限位辊，所述第一限位辊和第二限位辊位于所述第一冷却板上端面的两侧；

所述胶膜纸收集装置包括第一胶膜纸缠绕轮、第二胶膜纸缠绕轮和输送轮组，所述第一胶膜纸缠绕轮和第二胶膜纸缠绕轮设置在连续纤维运行方向的两侧，所述输送轮组设置在连续纤维运行方向的两侧，所述输送轮组辅助所述第一胶膜纸缠绕轮和第二胶膜纸缠绕轮；

所述油剂处理装置用于预浸后连续纤维涂油处理；所述稳定上浆装置用于涂油处理后的连续纤维上浆。

可选的，上述用于高性能预浸纱线制备的装置中，所述纱架和预加热装置之间还包括分丝梳，所述分丝梳用于对进入所述预加热装置之前的连续纤维分丝。

可选的，上述用于高性能预浸纱线制备的装置中，若干所述张力辊呈s型的分布于所述预加热装置中。

可选的，上述用于高性能预浸纱线制备的装置中，所述稳定上浆装置和收纱架之间设置干燥装置，所述干燥装置用于预浸后纤维的干燥。

可选的，上述用于高性能预浸纱线制备的装置中，所述设备还包括胶膜纸加工装置，所述胶膜纸加工装置包括沿胶膜运行方向设置的第一胶膜导向轮、加热辊轮组、树脂胶槽和第二胶膜导向轮；

所述第一胶膜导向轮用于放置覆树脂前的胶膜；

所述加热辊轮组包括相互配合第一加热辊轮、第二加热辊轮和第三加热辊轮，覆树脂前的胶膜从所述第一加热辊轮和第二加热辊轮的缝隙穿过，所述树脂胶槽设置在所述第二加热辊轮和第三加热辊轮的缝隙上方；

所述第二胶膜导向轮用于覆树脂后胶膜的导向。

可选的，上述用于高性能预浸纱线制备的装置中，所述胶膜纸加工装置还包括第二冷却板、第三胶膜导向轮、压轮和收卷轮；

所述第二冷却板设置在所述第三加热辊轮和第二胶膜导向轮之间；所述第三胶膜导向轮和压轮设置在所述第二胶膜导向轮的上方；

所述第三胶膜导向轮用于放置并支撑胶层隔离膜，所述胶层隔离膜用于覆盖胶膜上的树脂层表面；

所述收卷轮用于收纳胶膜纸。

第二方面，本申请还提供了一种预浸纱线制备方法，所述方法包括：

将纱架上送出的连续纤维通过预加热装置进行预加热；

将胶膜纸包覆在连续纤维两侧表面并喂入含浸压轮组，胶膜纸表面的树脂层在含浸压轮组的含浸压轮挤压下与连续纤维接触用于将树脂浸渍至连续纤维内；

冷却浸渍后的连续纤维；

将浸渍后的连续纤维进行涂油处理；

将涂油处理后的连续纤维进行上浆处理；

将上浆处理后的连续纤维通过收纱架收纳。

可选的，上述预浸纱线制备方法中，所述将上浆处理后的连续纤维通过收纱架收纳前，所述方法还包括：

将上浆处理处理后的连续纤维通过干燥装置进行加热干燥，温度控制10-250℃。

可选的，上述预浸纱线制备方法中，所述将纱架上送出的连续纤维进行预加热，包括：

对纱架上送出的连续纤维进行预加热，加热温度为30-150℃，加热时间为1-60min。

可选的，上述预浸纱线制备方法中，所述将胶膜纸包覆在连续纤维两侧表面并喂入含浸压轮组，胶膜纸表面的树脂层在含浸压轮组的含浸压轮挤压下与连续纤维接触用于将树脂浸渍至连续纤维内，包括：

将胶膜纸包覆在连续纤维两侧表面并喂入含浸压轮组，喂入速度为1-30m/s，胶膜纸表面的树脂层在含浸压轮组的含浸压轮挤压下与连续纤维接触用于将树脂浸渍至连续纤维内，含浸压轮间隙为0.3-10mm，压力大小为30-100kg/n，树脂层的厚度为0.1-2.5mm。

本申请提供的用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法，设备易操作，工艺简单易行，精准控制树脂含量，减少不必要的浪费，浸渍效果好，纱线延展性优良；生产速率快，保障了产品质量；同时对纤维性能影响较小，具有生产成本低等优点，适用于批量化生产，极大的降低缠绕制品的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于高性能预浸纱线制备的装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的胶膜纸加工装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种预浸纱线制备方法的流程图。

其中：

1-连续纤维，2-纱架，3-预加热装置，301-张力辊，4-胶膜纸输送装置，401-第一胶膜纸输送轮，402-第二胶膜纸输送轮，403-第一胶膜纸，404-第二胶膜纸，5-含浸压轮组，501-含浸压轮，6-冷却装置，601-第一冷却板，602-第一限位辊，603-第二限位辊，7-胶膜纸收集装置，701-第一胶膜纸缠绕轮，702-第二胶膜纸缠绕轮，703-输送轮组，8-油剂处理装置，9-稳定上浆装置，10-收纱架，11-分丝梳，12-干燥装置，13-胶膜纸加工装置，131-第一胶膜导向轮，132-加热辊轮组，133-树脂胶槽，134-第二胶膜导向轮，135-第二冷却板，136-第三胶膜导向轮，137-压轮，138-收卷轮。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法，保证预浸纱线树脂含量稳定，保证预浸纱线具有优良的生产环境。

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明中的技术方案，下面将结合本说明实施例中的附图，对本说明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明保护的范围。

下面结合附图，详细介绍本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置。附图1为本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置的结构示意图。如附图1所示，本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置包括沿连续纤维1运行方向依次设置的纱架2、预加热装置3、胶膜纸输送装置4、含浸压轮组5、冷却装置6、胶膜纸收集装置7、油剂处理装置8、稳定上浆装置9和收纱架10。

纱架2用于放置预浸前的连续纤维1，收纱架10用于收集预浸后的连续纤维1。在预浸纱线制备过程中，连续纤维1从纱架2到收纱架10依次经过预加热装置3、含浸压轮组5、冷却装置6、油剂处理装置8和稳定上浆装置9。

预加热装置3用于从纱架2出来后连续纤维1的预加热。预加热装置3采用电阻丝加热结构保持其内部环境温度，进而实现连续纤维1的预加热。在本申请实施例中，预加热装置3中设置若干张力辊301，所述张力辊301用于调整穿过所述预加热装置3的连续纤维1的张紧度，使连续纤维1处于张紧状态。在对连续纤维1进行预加热的过程中，通过张力辊301支撑连续纤维1便于保证连续纤维1受热均匀。可选的，张力辊301呈s型的分布于预加热装置3中，有助于保证连续纤维1张紧的均匀性，并且利用连续纤维s形分布经过预加热装置用于延长加热、加压历程，以提高树脂对纤维的浸渍效果，取得了较好的预期技术效果。

胶膜纸输送装置4用于输送覆有树脂胶膜纸的输送，覆有树脂胶膜纸用于预浸连续纤维1。胶膜纸输送装置包括第一胶膜纸输送轮401和第二胶膜纸输送轮402，第一胶膜纸输送轮401和第二胶膜纸输送轮402设置在连续纤维1运行方向的两侧。第一胶膜纸输送轮401和第二胶膜纸输送轮402用于支撑胶膜纸，胶膜纸朝向连续纤维1的一侧分别涂覆有树脂层。如，第一胶膜纸输送轮401支撑第一胶膜纸403，第二胶膜纸输送轮402支撑第二胶膜纸404，当第一胶膜纸403和第二胶膜纸404喂入含浸压轮组5，第一胶膜纸403和第二胶膜纸404上涂覆有树脂层相对，经过含浸压轮组5时第一胶膜纸403和第二胶膜纸404与连续纤维1接触构成三明治结构，第一胶膜纸403和第二胶膜纸404同时用于含浸连续纤维1。

含浸压轮组5包括若干组含浸压轮501。在将胶膜纸和连续纤维1喂入含浸压轮组5后通过含浸压轮组5内的若干组含浸压轮501挤压胶膜纸，方便连续纤维均匀含浸树脂。在本申请具体实施方式中，含浸压轮组5包括三组含浸压轮501，每一组含浸压轮的含浸压轮关于连续纤维对称分布。三组含浸压轮501依次对第一胶膜纸403、第二胶膜纸404和连续纤维1从两侧方向进行挤压，使胶膜纸内侧表面的树脂充分浸渍到连续纤维1内部。在本申请实施例中，含浸压轮501采用具有导热油的中空加热辊，在对胶膜纸和连续纤维1的挤压过程中，可以通过含浸压轮同步进行加热，有利于保证连续纤维1含浸效率以及含浸均匀性。

胶膜纸收集装置7包括第一胶膜纸缠绕轮701、第二胶膜纸缠绕轮702和输送轮组703，第一胶膜纸缠绕轮701和第二胶膜纸缠绕轮702设置在连续纤维1运行方向的两侧，输送轮组703设置在连续纤维1运行方向的两侧，输送轮组703辅助第一胶膜纸缠绕轮701和第二胶膜纸缠绕轮702。第一胶膜纸缠绕轮701和第二胶膜纸缠绕轮702用于牵引并收纳被喂入含浸压轮组5的胶膜纸。在预浸纱线制备过程中，随着连续纤维1的运行前进，第一胶膜纸缠绕轮701和第二胶膜纸缠绕轮702牵引胶膜纸前进，保证预浸纱线过程的连续性以及连续纤维1含浸树脂的质量。如，第一胶膜纸缠绕轮701用于牵引收纳第一胶膜纸403，第二胶膜纸缠绕轮702用于牵引收纳第二胶膜纸404。

冷却装置6用于连续纤维1含浸树脂后的冷却。在本申请实施例中，冷却装置6包括第一冷却板601、第一限位辊602和第二限位辊603，第一限位辊602和第二限位辊603位于第一冷却板601上端面的两侧。连续纤维1从第一限位辊602和第一冷却板601之间进入冷却装置6，从第二限位辊603与第一冷却板601之间离开冷却装置6。在本申请实施例中，第一冷却板601内部设置有用于制冷介质流通的冷却通道，通过制冷介质控制第一冷却板601的表面温度用于保障连续纤维1的冷却效果。

油剂处理装置8用于预浸后连续纤维1的涂油处理，促使纤维不易黏连。在本申请实施例中，油剂处理装置8内含有温度加热与控制系统，温度控制范围50-300℃。

稳定上浆装置9用于涂油处理后连续纤维1的上浆，使连续纤维细长丝合股成纱线状，增加其表面极性、韧性和强度。

本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置中，在纱架2和预加热装置3之间还包括分丝梳11，分丝梳11用于对进入预加热装置3之前的连续纤维1分丝，有助于保证连续纤维1受热均匀，进而保证预浸纱线树脂含量稳定。

本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置中，稳定上浆装置和收纱架之间设置干燥装置12，干燥装置12用于预浸后纤维的干燥。具体的，干燥装置12通过对预浸后纤维加热进行干燥处理。干燥装置12内含有温度加热与控制系统，温度控制范围10-250℃

本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置中，还包括胶膜纸加工装置13，胶膜纸加工装置13用于制备用于含浸连续纤维的胶膜纸。附图2为本申请实施例提供的一种胶膜纸加工装置的结构示意图。

如附图2所示，本申请实施例提供的胶膜纸加工装置13包括沿胶膜运行方向设置的第一胶膜导向轮131、加热辊轮组132、树脂胶槽133和第二胶膜导向轮134。

第一胶膜导向轮第一胶膜导向轮131用于放置覆树脂前的胶膜。加热辊轮组加热辊轮组132包括相互配合第一加热辊轮、第二加热辊轮和第三加热辊轮，覆树脂前的胶膜从第一加热辊轮和第二加热辊轮的缝隙穿过，树脂胶槽133设置在所述第二加热辊轮和第三加热辊轮的缝隙上方。胶膜首先经过第一胶膜导向轮第一胶膜导向轮131，第一加热辊轮、第二加热辊轮和第三加热辊轮相互配合通过树脂胶槽133将树脂覆在胶膜上。第二胶膜导向轮第二胶膜导向轮134用于覆树脂后胶膜的导向。

进一步，胶膜纸加工装置13还包括第二冷却板135、第三胶膜导向轮136、压轮137和收卷轮138。第二冷却板135设置在第三加热辊轮和第二胶膜导向轮134之间，第二冷却板135的结构与第一冷却板601的结构相同，可借鉴第一冷却板601在此不再赘述。第三胶膜导向轮136和压轮137设置在第二胶膜导向轮134的上方。第三胶膜导向轮136用于放置并支撑胶层隔离膜，所述胶层隔离膜用于覆盖胶膜上的树脂层表面；所述收卷轮138用于收纳胶膜纸。

基于本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置，本申请还提供了一种预浸纱线制备方法。附图3为本申请实施例提供的预浸纱线制备方法的流程图。

如附图3所示，本申请实施例提供的预浸纱线制备方法，包括：

将纱架上送出的连续纤维通过预加热装置进行预加热；

将胶膜纸包覆在连续纤维两侧表面并喂入含浸压轮组，胶膜纸表面的树脂层在含浸压轮组的含浸压轮挤压下与连续纤维接触用于将树脂浸渍至连续纤维内；

冷却浸渍后的连续纤维；

将浸渍后的连续纤维进行涂油处理；

将涂油处理后的连续纤维进行上浆处理；

将上浆处理后的连续纤维通过收纱架收纳。

将纱架上送出的连续纤维进行预加热，包括：对纱架上送出的连续纤维进行预加热，加热温度为30-150℃，加热时间为1-60min。

将胶膜纸包覆在连续纤维两侧表面并喂入含浸压轮组，胶膜纸表面的树脂层在含浸压轮组的含浸压轮挤压下与连续纤维接触用于将树脂浸渍至连续纤维内，包括：将胶膜纸包覆在连续纤维两侧表面并喂入含浸压轮组，喂入速度为1-30m/s，胶膜纸表面的树脂层在含浸压轮组的含浸压轮挤压下与连续纤维接触用于将树脂浸渍至连续纤维内，含浸压轮间隙为0.3-10mm，压力大小为0-100kg/n，树脂层的厚度为0.1-2.5mm。可选的，含浸压轮间隙为0.3-10mm，压力大小为30-100kg/n，树脂层的厚度为0.1-2.5mm。

本申请实施例提供的用于高性能预浸纱线制备的装置及制备方法，设备易操作，工艺简单易行，精准控制树脂含量，减少不必要的浪费，浸渍效果好，纱线延展性优良；生产速率快，保障了产品质量；同时对纤维性能影响较小，具有生产成本低等优点，适用于批量化生产，极大的降低缠绕制品的成本。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。