一种大克重碳纤维预浸料生产设备的制作方法

本技术属于连续纤维增强复合生产工艺，特别是涉及一种大克重碳纤维预浸料生产设备。

背景技术：

1、现有碳纤维预浸料制作方法有湿法、干法两种方式，干法又分为一步法和两步法，本申请涉及的是两步法中涂胶和复合工艺的复合部分。干法碳纤维预浸料又名碳纤维预浸布，由碳纤维纱、环氧树脂、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料。除碳纤维预浸料材料外，目前还有碳纤维织物真空灌注，碳纤维织物手糊，碳纤维缠绕，碳纤维拉挤成型等应用方式。碳纤维预浸料材料虽然成本最高，但由于其操作便利，性能稳定等原因，被广泛应用于体育休闲、航空领域。碳纤维预浸料主要生产品，小克重预浸料主要用于球拍、钓鱼竿等生产，通用预浸料主要用于自行车车架、无人机制造，使用12k以下碳纤维，使用纱束数量多，展纱、生产时张力变化不大，张力控制和展纱要求不高。预浸料克重低，对树脂含浸能力要求不高，一般行业内复合压辊3-4对，加压方式以气压和液压方式为主，不需要较大的含浸压力。除此之外由于克重低的原因含浸速度快，5-10m/min，材料薄易于弯曲，在覆膜和收卷方面较容易实现。

2、目前国产碳纤维产能呈指数增加，但是其制品的加工工艺成本居高不下，碳纤维还无法民用市场普及使用，降低碳纤维使用成本成为急需解决的问题。使用现有装置进行生产时，大克重碳纤维预浸料(600g/m2以上)由于其碳纤维层厚度大，碳纤维浸润性差，含浸困难，且厚度难以控制，不易覆膜，收卷容易弯曲褶皱，生产工艺较复杂，对生产设备要求较高。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于解决上述背景技术中提出的问题，提供一种大克重碳纤维预浸料生产工艺和装置。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种大克重碳纤维预浸料生产设备，包括退纱展纱机构、覆膜含浸机构、下层支撑材更换机构、上层保护材收卷机构、成品收卷机构且依次前后排列设置；退纱展纱机构用于将碳纤维从纱架上引出并均匀分散；覆膜含浸机构用于对碳纤维进行覆膜、含浸；下层支撑材更换机构、上层保护材收卷机构用于将碳纤维的离型纸更换为网格pe膜或pe平膜；成品收卷机构用于对碳纤维进行收卷。

3、进一步地，退纱展纱机构包括碳纤维纱架、孔板、碳纱牵引橡胶压辊，纱梳、展纱辊；碳纤维纱架、孔板、碳纱牵引橡胶压辊，纱梳、展纱辊依次前后排列设置。

4、进一步地，覆膜含浸机构包括上胶膜放卷装置、复合钢制压辊、下胶膜放卷装置、加热板；上胶膜放卷装置和下胶膜放卷装置，呈对称上下分布，两者设置于退纱展纱机构后方；复合钢制压辊、加热板依次排列设置于上胶膜放卷装置和下胶膜放卷装置后方。

5、其中，上胶膜放卷装置和下胶膜放卷装置均为现有装置，各自由3支导辊，单侧纠偏检测传感器和1支通了冷冻水的钢轮组成。

6、进一步地，下层支撑材更换机构包括复合陶瓷涂层压辊、下离型纸收卷装置、一次覆膜橡胶压辊、下网格pe膜放卷装置；复合陶瓷涂层压辊设置于覆膜含浸机构后方，下离型纸收卷装置设置于复合陶瓷涂层压辊下方；一次覆膜橡胶压辊设置于复合陶瓷涂层压辊后方，下网格pe膜放卷装置设置于一次覆膜橡胶压辊下方。

7、其中，下离型纸收卷装置和下网格pe膜放卷装置均为现有装置，下离型纸收卷装置由导辊、除胶辊、单侧纠偏检测传感器和收卷轮组成，下网格pe膜放卷装置由放卷轮、单侧纠偏检测传感器和3支导辊组成。

8、进一步地，上层保护材收卷机构包括上离型纸收卷装置、预浸料牵引橡胶压辊、上pe膜放卷装置、二次覆膜橡胶压辊；预浸料牵引橡胶压辊设置于下层支撑材更换机构后方，上离型纸收卷装置设置于预浸料牵引橡胶压辊上方，二次覆膜橡胶压辊设置于预浸料牵引橡胶压辊后侧，上pe膜放卷装置设置于二次覆膜橡胶压辊上方。

9、其中，上离型纸收卷装置和上pe膜放卷装置均为现有装置，上离型纸收卷装置由导辊、除胶辊、单侧纠偏检测传感器和收卷轮组成，上pe膜放卷装置由放卷轮、单侧纠偏检测传感器和3支导辊组成。

10、进一步地，成品收卷机构包括自动降速裁切装置、废边裁切装置和成品收卷装置；废边裁切装置设置于上层保护材收卷机构后方，废边裁切装置为两把气动圆刀，设置于上层保护材收卷机构传来的碳纤维预浸料成品两侧，并根据预设宽度条件设置气动圆刀之间的间距；自动降速裁切装置设置于废边裁切装置后方，自动降速裁切装置由气缸、线性导轨和裁切刀组成，线性导轨用于传送碳纤维预浸料成品，裁切刀与线性导轨垂直设置，用于裁切碳纤维预浸料成品，裁切刀连接于气缸，自动降速由plc程序控制，在达到成品长度前自动降低牵引辊的转速；成品收卷装置设置于自动降速裁切装置后方，成品收卷装置由两支能够手动切换带气胀夹套的收卷轴组成，用于收卷裁切好的碳纤维预浸料成品。

11、进一步地，还设置有检测机构，用于对碳纤维的厚度和均匀性进行检测；检测机构包括检测仪和外观监测平台；外观监测平台设置于废边裁切装置后方，外观监测平台由高亮led灯管和透明钢化玻璃组成，高亮led灯管设置于高亮led灯管和碳纤维预浸料成品之间，透明钢化玻璃设置于碳纤维预浸料成品上方；检测仪设置于预浸料牵引橡胶压辊和二次覆膜橡胶压辊之间。

12、进一步地，纱架每排第一轴的位置均设置有超声波传感器。

13、进一步地，复合钢制压辊数量为五个，加热板数量为四个；五个复合钢制压辊依次排列设置于上胶膜放卷装置和下胶膜放卷装置后方，四个加热板依次排列设置于五个复合钢制压辊之间。

14、进一步地，覆膜含浸机构与复合陶瓷涂层压辊之间设置有冰板，一次覆膜橡胶压辊后方也设置有冰板。

15、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1)本申请的大克重碳纤维预浸料生产工艺和装置，简易的退纱装置，增加的橡胶压轮，可调的篦子，低成本实现退绕张力可调和碳纤维克重均匀性；2)超声波传感器实时监测纱轴直径，根据力矩换算系数，自动控制摩擦力，实现退绕张力恒定；3)使用405mm直径高硬度钢轮和伺服丝杆控制间隙，减少下压过程的反弹力影响，保证产品的厚度控制精度和含浸效果；4)增加下离型纸更换网格pe膜，降低预浸料与保护材料的剥离力，便于碳纤维的弯曲，减少收卷过程的褶皱缺陷，同时可以降低材料成本；5)采用双支撑、自动裁切和可连续换卷的收卷装置，保证避免因大克重碳纤维带来的重量增加导致收卷不稳定，自动降速裁切，避免裁切过程预浸料弯折，同时保证连续生产。

16、为更清楚说明本实用新型的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

技术特征：

1.一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，包括退纱展纱机构、覆膜含浸机构、下层支撑材更换机构、上层保护材收卷机构、成品收卷机构且依次前后排列设置；所述退纱展纱机构用于将碳纤维从纱架上引出并均匀分散；所述覆膜含浸机构用于对碳纤维进行覆膜、含浸；所述下层支撑材更换机构、上层保护材收卷机构用于将碳纤维的离型纸更换为网格pe膜或pe平膜；所述成品收卷机构用于对碳纤维进行收卷。

2.根据权利要求1所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述退纱展纱机构包括碳纤维纱架(1)、孔板(3)、碳纱牵引橡胶压辊(4)，纱梳(5)、展纱辊(6)；所述碳纤维纱架(1)、孔板(3)、碳纱牵引橡胶压辊(4)，纱梳(5)、展纱辊(6)依次前后排列设置。

3.根据权利要求1所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述覆膜含浸机构包括上胶膜放卷装置(7)、复合钢制压辊(8)、下胶膜放卷装置(9)、加热板(10)；所述上胶膜放卷装置(7)和下胶膜放卷装置(9)，呈对称上下分布，两者设置于退纱展纱机构后方；所述复合钢制压辊(8)、加热板(10)依次排列设置于上胶膜放卷装置(7)和下胶膜放卷装置(9)后方。

4.根据权利要求1所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述下层支撑材更换机构包括复合陶瓷涂层压辊(12)、下离型纸收卷装置(13)、一次覆膜橡胶压辊(14)、下网格pe膜放卷装置(15)；所述复合陶瓷涂层压辊(12)设置于覆膜含浸机构后方，下离型纸收卷装置(13)设置于复合陶瓷涂层压辊(12)下方；一次覆膜橡胶压辊(14)设置于复合陶瓷涂层压辊(12)后方，下网格pe膜放卷装置(15)设置于一次覆膜橡胶压辊(14)下方。

5.根据权利要求1所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述上层保护材收卷机构包括上离型纸收卷装置(16)、预浸料牵引橡胶压辊(17)、上pe膜放卷装置(19)、二次覆膜橡胶压辊(20)；所述预浸料牵引橡胶压辊(17)设置于下层支撑材更换机构后方，上离型纸收卷装置(16)设置于预浸料牵引橡胶压辊(17)上方，二次覆膜橡胶压辊(20)设置于预浸料牵引橡胶压辊(17)后侧，上pe膜放卷装置(19)设置于二次覆膜橡胶压辊(20)上方。

6.根据权利要求5所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述成品收卷机构包括自动降速裁切装置(22)、废边裁切装置(23)和成品收卷装置(24)；所述废边裁切装置(23)设置于上层保护材收卷机构后方，废边裁切装置(23)为两把气动圆刀，设置于上层保护材收卷机构传来的碳纤维预浸料成品两侧，并根据预设宽度条件设置气动圆刀之间的间距；所述自动降速裁切装置(22)设置于废边裁切装置(23)后方，自动降速裁切装置(22)由气缸、线性导轨和裁切刀组成，所述线性导轨用于传送碳纤维预浸料成品，所述裁切刀与线性导轨垂直设置，用于裁切碳纤维预浸料成品，所述裁切刀连接于气缸；所述成品收卷装置(24)设置于自动降速裁切装置(22)后方，成品收卷装置(24)由两支能够手动切换带气胀夹套的收卷轴组成，用于收卷裁切好的碳纤维预浸料成品。

7.根据权利要求6所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，还设置有检测机构，用于对碳纤维的厚度和均匀性进行检测；所述检测机构包括检测仪(18)和外观监测平台(21)；所述外观监测平台(21)设置于废边裁切装置(23)后方，外观监测平台(21)由高亮led灯管和透明钢化玻璃组成，所述高亮led灯管设置于碳纤维预浸料成品下方，所述透明钢化玻璃设置于高亮led灯管和碳纤维预浸料成品之间；所述检测仪(18)设置于预浸料牵引橡胶压辊(17)和二次覆膜橡胶压辊(20)之间。

8.根据权利要求2所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述纱架(1)每排第一轴的位置均设置有超声波传感器(2)。

9.根据权利要求3所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述复合钢制压辊(8)数量为五个，加热板(10)数量为四个；五个复合钢制压辊(8)依次排列设置于上胶膜放卷装置(7)和下胶膜放卷装置(9)后方，四个加热板(10)依次排列设置于五个复合钢制压辊(8)之间。

10.根据权利要求4所述的一种大克重碳纤维预浸料生产设备，其特征在于，所述覆膜含浸机构与复合陶瓷涂层压辊(12)之间设置有冰板(11)，一次覆膜橡胶压辊(14)后方也设置有冰板(11)。

技术总结
本申请公开了一种大克重碳纤维预浸料生产设备，包括退纱展纱机构、覆膜含浸机构、下层支撑材更换机构、上层保护材收卷机构、成品收卷机构且依次前后排列设置；退纱展纱机构用于将碳纤维从纱架上引出并均匀分散；覆膜含浸机构用于对碳纤维进行覆膜、含浸；下层支撑材更换机构、上层保护材收卷机构用于将碳纤维的离型纸更换为网格PE膜或PE平膜；成品收卷机构用于对碳纤维进行收卷。本设备以低成本实现退绕张力可调和碳纤维克重均匀；自动控制摩擦力，实现退绕张力恒定；产品厚度控制精度和含浸效果好；减少收卷过程的褶皱缺陷，同时可降低材料成本；避免因大克重碳纤维带来的重量增加导致收卷不稳定，避免裁切过程预浸料弯折，保证连续生产。

技术研发人员：刘芳,郭鹏宗,刘府,王潇,唐照轩
受保护的技术使用者：中复神鹰（上海）科技有限公司
技术研发日：20230301
技术公布日：2024/1/13