一种层叠连续复合纤维拉挤网格的制造工艺及生产线的制作方法

本发明涉及纤维拉挤网格领域，具体涉及一种层叠连续复合纤维拉挤网格的制造工艺及生产线。

背景技术：

拉挤工艺网格是基于拉挤工艺为基础，具有传统拉挤制品的所有性能特点。且同时大量增强了经纬线方向纤维，使产品在受力方面都具有极佳的表现。

如申请号为：cn201410285340.3申请名称为：一种高强度连续复合材料纤维网格、生产方法及生产线；又如申请号为：cn201911296602.5，申请名称为：一种一体化碳纤维复合材料网格结构及制造方法等相关专利申请中，公开了现有网格的制造方法，先编织后固化。

但是先编织后固化的生产工艺，会导致纤维与树脂结合率无法保证、制品纤维体积无法固定，导致制品性能离散性较大等问题。

若要将纤维先固化，则存在无法编织的问题、由于已经固化的纤维束不在像未固化纤维一样柔软，因此无法进行机器编织，无法依靠机器完成自动化生产，只能依靠手工摆放，导致工人劳动强度大，生产率低。

同时，手工生产，必然存在生产过程种的原材料浪费、人工消耗较大、环境气味较大等弊端。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可实现纤维先固化后编织，实现拉挤网格自动化生产，达到生产效率高、质量稳定的拉挤网格的制造工艺。

本发明的技术方案：本发明所述的一种层叠连续复合纤维拉挤网格的制造工艺，包括如下步骤；

a.将处于同一水平面的两条可平行输出多层固化纤维的层叠固化纤维输出单元分为经向固化纤维输出单元和纬向固化纤维输出单元；其中经向固化纤维输出单元和纬向固化纤维输出单元沿固化纤维出料方向垂直分布；使得纬向固化纤维输出单元输出的多层纬向固化纤维层间穿插有所述经向固化纤维输出单元输出的多层经向固化纤维；

b.按一定距离，截断插入所述纬向固化纤维层内的经向固化纤维，截断的经向固化纤维落在连续纬向固化纤维层上，纬向固化纤维层带动所述截断的经向固化纤维向前运动，确保截断的经向固化纤维与连续纬向固化纤维相对垂直。

c.将相对垂直的截断的经向固化纤维与连续纬向固化纤维粘接固化成型。

进一步的，所述步骤c还包括如下步骤：

a)对相对垂直摆放的连续纬向固化纤维和截断经向固化纤维进行初始粘接，确保在连续纬向固化纤维和截断经向固化纤维接触时，能够有充足的树脂使两者粘接，但不完全固定，使所述截断的经向固化纤维相较连续纬向固化纤维具有一定的位移能力，形成初始纤维网格；

b)将多层的初始纤维网格进行层间初次复合，由原先的多层分离式单体，集中成为一个相互接触、连接的整体，形成初固化纤维网格；对所述初固化纤维网格通过加热方式进行定型,通过多组热压辊的角度组合及温度控制，对制品进行首次内应力消除；

c)将所述初固化纤维网格在胶槽内整体浸润,使初固化纤维网格中，多层的初始纤维网格层间接点及接点周边、经向固化纤维与纬向固化纤维接点及接点周边充分包裹树脂；

d)对经过整体浸润的初固化纤维网格进行加热烘烤处理，使树脂受热，进入凝胶状态，此时树脂会经历由稠变稀再变稠的过程；

e)初固化纤维网格进入固化烘箱，使初固化纤维网格上的树脂完全固化，得到固化纤维网格，在固化后，选择相应位置裁断连续纬向多层固化纤维，得到成品固化纤维网格。

进一步的，在所述步骤a中，所述层叠固化纤维输出单元输出多层固化纤维形成过程具体包括：从纤维纱架引出纤维，进过浸料槽对纤维进行树脂浸润，经浸润的纤维通过纤维分纱机构分别对应进入具有加热功能的层叠固化模具，当带有树脂的纤维通过层叠固化模具时，树脂发生固化反应，在牵引设备的作用下，固化完成的制品被牵引出模具，形成各层相对平行的固化纤维。

进一步的，在所述步骤d中，还包括对所述初固化纤维网格溢出的树脂进行处理、收集。

进一步的，所述步骤e中，在初固化纤维网格进入固化烘箱前，还包括配合机械手对初固化纤维网格进行定点树脂填充，确保初固化纤维网格内，经度方向纤维层和纬度方向纤维层之间的树脂填充。

进一步的，所述经向固化纤维输出单元可平行输出第一经向固化纤维层、第二经向固化纤维层和第三经向固化纤维层；

所述纬向固化纤维输出单元可平行输出输出第一纬向固化纤维层和第二纬向固化纤维层；

所述第一经向固化纤维层和第二经向固化纤维层间设有第一纬向固化纤维层；所述第二经向固化纤维层和第三经向固化纤维层间设有第二纬向固化纤维层。

本申请还包括一种层叠连续复合纤维双向拉挤网格生产线，包括经向固化复合纤维输出单元、纬向固化复合纤维输出单元、多层固化复合纤维整装单元、多层固化复合纤维复合单元、多层固复合化纤维喷注单元、多层固复合化纤维固化单元、牵引单元和切割收卷单元；

所述经向固化复合纤维输出单元和纬向固化复合纤维输出单元沿固化复合纤维出料方向垂直分布；所述经向固化复合纤维输出单元和纬向固化复合纤维输出单元均由多层固化复合纤维输出单元构成；

所述多层固化复合纤维输出单元包括纱架、张力辊轮、浸料槽和分层固化模具；

所述多层固化复合纤维复合单元、多层固化复合纤维喷注单元、多层固化纤复合维固化单元、牵引单元和切割收卷单元沿直线依次排列；

所述经向固化纤维输出单元的经向分层固化模具上设有若干平行分布的经向固化出口层；

所述纬向固化复合纤维输出单元的纬向分层固化模具上设有若干平行分布的纬向固化出口层；

在高度方向上，所述经向固化出口层处于两相邻纬向固化出口层中间位置。

进一步的，所述经向固化复合纤维输出单元的分层固化模具出口位置设有经向切断机。

进一步的，所述多层固化复合纤维整装单元包括由滚轮组件构成的导向装置、匹配所述保障经向固化复合纤维与纬向固化复合纤维相对垂直的摆正装置和点胶装置。

进一步的，所述点胶装置主要由储胶罐、plc控制系统、蠕动泵、机械臂和吐出喷头。所述多层固化复合纤维单元包括多组热压辊及多级导向机构；所述多层固化复合纤维单元和多层固化纤维喷注单元间还设有整理固定单元；所述整理固定单元包括机械臂和加热凝胶单元。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本申请相较现有技术，本发明创造性使用可平行输出多层固化纤维的层叠固化纤维输出单元，利用层叠固化纤维输出单元可同时输出多层固化纤维，采用沿固化纤维出料方向垂直分布的经向固化纤维输出单元和纬向固化纤维输出单元，在经向固化纤维输出单元输出的经向固化纤维插入纬向固化纤维输出单元输出的纬向固化纤维后，按一定距离，截断插入纬向固化纤维层内的经向固化纤维，进行初始粘接后，即可形成初始纤维网格，解决了现有先编织后固化的生产工艺引起的系列问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的纬向固化纤维的生产流程示意图；

图3为本发明中经向固化出口层与经向固化出口层的高度示意图；

图4为本发明的制造的拉挤网格的结构示意图。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1-4示出了本发明一种层叠连续复合纤维拉挤网格的制造工艺的制造设备，包括经向固化纤维输出单元1、纬向固化纤维输出单元2、多层固化纤维整装单元3、多层固化纤维复合单元4、整理固定单元45、多层固化纤维喷注单元5、多层固化纤维固化单元6、牵引单元7和切割收卷单元8；多层固化纤维复合单元4、多层固化纤维喷注单元5、多层固化纤维固化单元6、牵引单元7和切割收卷单元8沿直线依次排列；

经向固化纤维输出单元1和纬向固化纤维输出单元2沿固化纤维出料方向垂直分布；经向固化纤维输出单元和纬向固化纤维输出单元均由多层固化纤维输出单元构成；

多层固化纤维输出单元包括纤维纱架11、张力辊轮12、浸料槽13和分层固化模具14；

如3所示，经向固化纤维输出单元1的经向分层固化模具114上设有若干平行分布的经向固化出口层1141；

纬向固化纤维输出单元2的纬向分层固化模具214上设有若干平行分布的纬向固化出口层2141；

在高度方向上，经向固化出口层1141处于两相邻纬向固化出口层2141中间位置，使得经向固化纤维输出单元1输出的多层经向固化纤维10可以直接穿插进纬向固化纤维输出单元2输出的多层纬向固化纤维20层间，完成经向纤维和纬向纤维的初步交叉。

经向固化纤维输出单元1的分层固化模具114出口位置设有经向切断机101。

多层固化纤维整装单元3包括由滚轮组件构成的导向装置、匹配保障经向固化纤维与纬向固化纤维相对垂直的摆正装置和点胶装置。其中，点胶装置主要由储胶罐、plc控制系统、蠕动泵、机械臂和吐出喷头。

多层固化纤维复合单元4包括多组热压辊及多级导向机构。

整理固定单元45包括机械臂451和加热凝胶单元452。

本发明的具体操作方法如下：

一、从纤维纱架11引出纤维，进过浸料槽13对纤维进行树脂浸润，经浸润的纤维通过纤维分纱机构分别对应进入分层固化模具14。分层固化模具14具有加热功能，当带有树脂的纤维通过分层固化模具14时树脂发生固化反应。在牵引设备的作用下，固化完成的制品被牵引出分层固化模具14，形成纬度方向材料。同时，经度方向，经向固化纤维输出单元1以同种方式，产出经向固化纤维；

二、经裁剪机构，按一定距离，从经向固化出口层1141处截断插入纬向固化纤维层内的经向固化纤维；纬向固化纤维输出单元2的纬向分层固化模具214上设有若干平行分布的纬向固化出口层2141，这种摆放方式首先可以确保纬度方向的制品在垂直面上的精确性，其次可使层与层之间产生足够大的缝隙，方便经度方向工装、制品进入。

三、经度方向制品离开牵引夹持后，进入多层固化纤维整装单元3，形成初始纤维网格。多层固化纤维整装单元3包括如下工序：

1.通过导向机构，对截断的经向固化纤维由导向机构进行导向，确保经向固化纤维与连续纬向纤维的相对垂直。导向机构由多组滚轮组组成。首先多组滚轮组在一定范围内形成通道，确保经度方向的准确性。其次多组滚轮由伺服电机驱动，确保经度方向制品能按照特定路径行进，避免阻塞、偏移。

2通过摆放机构，对截断的经向固化纤维由摆放机构进行摆放，使得经向固化纤维与连续纬向纤维速度联动，当连续纬向纤维沿一定速度前进，在保证经向固化纤维间距一定的情况下，通过plc计算，定时定量的对经向固化纤维进行摆放。

其中，摆放机构与导向机构为组合机构，当经向固化纤维被导向机构导向到指定位置后，摆放机构按照plc信号，对经向固化纤维进行定点松抓放置。

3.通过点胶装置，对截断的经向固化纤维与连续经向固化纤维的连接点喷胶，点胶装置主要由储胶罐、plc控制器、蠕动泵、机械臂、点胶喷头组成。当plc控制器接收到点胶信号后，控制机械臂运行，将与机械臂相连接的点胶喷头运输到指定位置。此时蠕动泵开始工作，将树脂抽出储胶罐，经过管路从点胶喷头吐出胶水，胶水吐出量由plc控制器来控制蠕动泵的输出，来达到精度控制。

截断的经向固化纤维与连续经向固化纤维在接触时需要对其进行粘接控制。点胶提前量、树脂用量、点胶位置等通过plc控制器对综合设备速度、纬线位置、经线位置、环境温度、环境湿度等传感器反馈信息进行综合计算判断，确保在截断的经向固化纤维与连续经向固化纤维接触时，能够有充足的树脂使其粘接，但又不能完全粘接，必须使经纬度制品具有一定的位移更改能力，且确保粘接树脂与后期填充树脂不能存在二次固化反应，导致制品存在弱点剥离。此时树脂处于受热激活状态，仍具有一定的流动性，但又不会开始高速反应，发生固化。

四、初始纤维网格离开多层固化纤维整装单元3后，进入多层固化纤维复合单元4，形成初固化纤维网格。

多层固化纤维复合单元4主要由多组热压辊及多级导向机构组成。此单元的主要功能特征为：

1.通过多组热压辊将由断的经向固化纤维与连续经向固化纤维组成的多层经纬度制品进行初次复合，由原先的多层分离式单体，集中成为一个相互接触、连接的整体，形成初固化纤维网格。

2.对多层经纬度组合制品通过加热方式进行定型。

3.通过多组热压辊的角度组合及温度，对初始纤维网格进行首次内应力消除，可将初始纤维网格中截断的经向固化纤维与连续经向固化纤维的内应力降低80％，减少产品因应力引发的变形。

4.初始纤维网格在经过多组热压辊的同时，多级导向机构开始发挥作用，在初始纤维网格前进的过程中，对制品的外形进行递增式整理。

递增式整理，即通过多级递增精度导向控制器，对产品进行整理、约束，从而使产品尺寸误差进行规范。主要针对性的对截断的经向固化纤维垂直方向整齐性进行控制。确保最终产品的最外侧直线方向误差小于2mm，垂直放下误差小于1mm。

五、初始纤维网格在通过多层固化纤维复合单元4形成初固化纤维网格后，进入整理固定单元45。此单元主要功能特征为：

1.对初固化纤维网格进行相对垂直度、间距整理。可通过多组机械手同时对对初固化纤维网格的多层进行固定，且与牵引方向同步运行。确保在行进过程中，初固化纤维网格的形式结构的稳定性。

2.结合实际环境温度，对初固化纤维网格进行加温、定型。确保对多层经纬度组合制品在后续过程中的相对位移量、变形量小于1mm。同时，对之前的粘接树脂进行再次加温，使树脂处于反应状态，开始发生缓慢凝胶。此时树脂具有较大的粘性，流动性降低，但未发生固化，避免后期发生二次固化，导致产品性能问题。

六、初固化纤维网格离开整理固定单元45后进入多层固化纤维喷注单元5，形成再浸胶纤维网格。此单元主要功能特征为：

1.对初固化纤维网格进行首次浸泡式整体浸润。使初固化纤维网格中，层与层间的截断的经向固化纤维与连续经向固化纤维接触缝隙内渗入树脂，使得树脂对经向固化纤维与经向固化纤维的接触部分完成充分填充包裹。

2.对经过树脂填充的初固化纤维网格进行加热烘烤处理，使树脂大量受热，开始高速反应，快速进入凝胶状态，此时树脂会经历由稠变稀在变稠的过程，在这个变化过程中多层经纬度组合制品会溢出大量多余树脂。

3.对初固化纤维网格溢出的树脂进行处理、收集。

4.对初固化纤维网格中经向固化纤维与连续经向固化纤维间隙进行定点喷枪喷涂填充。喷涂完成后重复2、3、4过程两次。

5.利用影相对比技术，对产品进行多方面对比，如：网格间距、层叠误差、液滴数量、空腔数量等。利用反馈信息，配合机械手对初固化纤维网格进行最终定点树脂填充，确保制品层与层之间的树脂填充率，形成再浸胶纤维网格。

七、再浸胶纤维网格进入多层固化纤维固化单元6，将产品树脂完全固化，得到固化纤维网格9。

其中，多层固化纤维整装单元3可按照制品实际需要，在连续经向固化纤维的层与层的间隙进行多层分布安装。多层固化纤维整装单元3可按照长度、制品间隙等实际情况进行分散式安装，最总通过传感器反馈数据，利用plc计算，实现多层同步工作。多层固化纤维整装单元3是由多组功能组件组合而成，而制品要求每层纬度之间都必须含有经度方向纤维，所以存在无法在同一平面内安装多组设备的情况。此时就需要用到多层分布安装方法，即对应纬向固化出口层2141高度，在每层均设有导向机构、摆放机构和点胶机构，来解决此问题。

本发明是以拉挤工艺为基础，将传统拉挤工艺单向拉挤进行多向、多层、联动的产生的一种新的拉挤网格制造工艺。具有可实现纤维先固化后编织，实现拉挤网格自动化生产，生产效率高、质量稳定的特点。本发明创造性使用可平行输出多层固化纤维的层叠固化纤维输出单元，利用层叠固化纤维输出单元可同时输出多层固化纤维，采用沿固化纤维出料方向垂直分布的经向固化纤维输出单元和纬向固化纤维输出单元，在经向固化纤维输出单元输出的经向固化纤维插入纬向固化纤维输出单元输出的纬向固化纤维后，按一定距离，截断插入纬向固化纤维层内的经向固化纤维，进行初始粘接后，即可形成初始纤维网格。

其次，由于本发明解决了纤维先固化后编织的技术问题，使得可根据实际环境情况对原材料进行在线调整。实现定点、定量注胶。实现人工方式无法进行的实时更改、调配，不会造成树脂浪费。尤其当昼夜环境温差较大时，此优势更为明显。因为树脂与固化剂的比例在环境温度、湿度一定时，可按实际所需时间进行定量配比，当环境温度升高时，树脂内添加的固化剂、促进剂的添加量需要适量减少，避免树脂反应过快，防止树脂提前固化。机械配胶优势在于按需在线配胶，用多少配多少，不存在固定配方树脂预混。机械配胶可按照环境温度、湿度进行实时调整配方，有效控制树脂反应时间，确保产品性能统一性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。