【技术实现步骤摘要】
本申请涉及复合材料制造领域，特别是一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置。
技术介绍
1、碳纤维增强树脂基（cfrp）复合材料由于其相对于传统工业金属材料极其优异的比模量、比强度、耐疲劳、抗腐蚀等诸多性能优点，及其可整体成形的高效制造方法，已经作为战略性高性能材料日益广泛地被应用于航空航天、高铁、新能源风电设备等各个高端装备领域。然而，cfrp复合材料层压板由于自身制造工艺中层压的固有缺点，在垂直于纤维的厚度方向上力学性能明显薄弱，层间极易出现分层损伤问题，引起结构失效破坏和严重影响服役寿命。
2、针对这一工程瓶颈问题，传统的增韧方法如z-pin增韧、基体增韧等虽能一定程度提高层间韧性，但也会造成其它问题或增韧效果有限。因此，如何提出新的有效方法显著提升层间断裂韧性指标一直是该领域的热点问题。申请人发现自然界中类似的脆性层状岩石板块地质形貌特征，其层间区域在地震波横向分量界面反射作用下损伤主要集中于层间而易于分层剥落，受其力学原理启发，并结合当前最前沿的石墨烯科学与技术，创新性地提出了层间纳米增韧方法。由于选择最薄弱的层间区域进行局部增强，相较于传统对整个基体增韧的成本大幅降低，同时由于石墨烯片优异的比表面积纳米效应而获得了显著的增韧效果。
3、另一方面，由于纳米颗粒本身极易团簇，石墨烯在预浸料层间的均匀分散尤其是工业量级下很难保证。传统喷覆技术中采用的精细工业喷枪喷出的液滴尺寸一般只能达到接近二十微米的最低水平，但这在细观尺度上还未能真正实现辅助石墨烯有效分散的效果。对于超细微分散要求而言，现有喷覆技
4、目前，复合材料制造企业的预浸料生产线中尚未将上述层间喷覆技术真正应用到实际生产中。而且传统的人工喷覆工艺也存在喷覆不均、效率低、喷覆质量不稳定等问题。为此，本专利技术设计了一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，旨在实现工业化水平的高质纳米分散和高效纳米喷覆，并能保证改性喷覆工艺结合生产线的稳定性，以期获得高端装备领域所亟需的高性能复合材料。
技术实现思路
1、本申请的目的是克服现有技术的不足，提供一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其能够在预浸料生产线上将纳米溶液高效均匀地喷覆在预浸料层间，并对喷覆后的溶液进行快速完全烘干，从而实现石墨烯在预浸料层间的均匀分布，进而达到良好的预浸料层间增韧效果。
2、本申请实现途径如下：
3、本申请提供了一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其包括供液系统、供气系统、自动喷覆系统、预浸料输送系统和控制系统；
4、所述供液系统用于输送氧化石墨烯纳米溶液；所述供气系统用于提供气压；
5、所述自动喷覆系统用于在预浸料上喷覆氧化石墨烯纳米溶液，其包括喷覆机构；
6、所述喷覆机构包括系列沿生产线的宽度方向位置可调的雾化喷枪和两个平行布置并与所述系列雾化喷枪连通的集管；
7、所述雾化喷枪上设置有二次雾化空气帽、喷嘴孔径调节旋钮、喷幅调节旋钮、进气口、进液口和孔径可调式喷嘴，纳米溶液经过孔径可调式喷嘴处时压力升高并被雾化喷出，二次雾化空气帽上开设有雾化孔，用于引导高压气体喷出以对孔径可调式喷嘴喷出的液体进行二次雾化；二次雾化空气帽上还开设有喷幅整形孔，用于引导高压气体喷出并在喷嘴两侧形成两道风幕来控制喷雾的有效覆盖范围；
8、所述供液系统和供气系统的输出口分别与喷覆机构的两个集管相连接，所述预浸料输送系统用于完成预浸料的输送、收放卷和揭封膜，所述控制系统用于超细喷覆装置的运行控制。
9、根据本专利技术一些实施例，所述雾化孔包括两个离喷嘴较近的近端雾化孔和两个离喷嘴较远的远端雾化孔，近端雾化孔与远端雾化孔分别在纳米溶液喷出路径的不同位置上实现对纳米溶液的精细雾化，有效细化雾化后的液滴尺寸；同时，喷幅整形孔吹出的高压气体与纳米溶液喷出路径的交点远于近端雾化孔、远端雾化孔与喷出路径的交点，以此来保证二次雾化后的液体被完全包裹在由喷幅整形孔形成的两道风幕之间。
10、根据本专利技术的优选方案，所述孔径可调式喷嘴包括孔径调节底盘、可调式喷嘴围块和孔径调节转轴；孔径调节底盘固定在喷枪的液体流道内壁，不可转动，其上有六个弧形滑轨用以实现可调式喷嘴围块的运动；孔径调节转轴为中空设计，内部与进液口相连通，端部设计有六边形凹槽；六个大小全相同的可调式喷嘴围块的外侧都装有光滑的圆杆，圆杆一端固定在孔径调节底盘的滑轨内，另一端固定在孔径调节转轴的凹槽，当孔径调节转轴转动时，带动可调式喷嘴围块在滑轨的滑动，进而改变六个喷嘴围块的相对位置；滑轨与凹槽的尺寸设计使得可调式喷嘴围块在运动过程中始终围出封闭的六边形的喷嘴口；同时随着孔径调节转轴的转动，喷嘴出口呈现出不同大小的正六边形，即实现了喷嘴孔径的调节。
11、根据本专利技术的优选方案，所述喷嘴孔径调节旋钮固连一个孔径调节蜗杆，两者转动时带动与孔径调节蜗杆配合的孔径调节蜗轮旋转，孔径调节蜗轮与孔径调节转轴固连，因此孔径调节转轴也随之转动，同时带动可调式喷嘴围块完成设定行程的滑动，进而实现喷嘴孔径的精确调节。
12、根据本专利技术的优选方案，所述喷幅调节旋钮连接一个喷幅柱塞，所述喷枪内设置有整形气槽用于连接喷幅整形孔和进气口；喷幅柱塞的前端设置在整形气槽内，喷幅调节旋钮的旋转能够带动喷幅柱塞在整形气槽内伸入长度的改变，进而控制整形气槽输送到喷幅整形孔的气体压力，最终通过整形风幕的改变来实现喷幅的调节。
13、本专利技术的有益效果包括：
14、本专利技术提供的实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置能够在预浸料生产线上将纳米溶液高效均匀地喷覆在预浸料层间，在喷嘴孔径可调式设计的基础上，经过结构参数优化，可以将喷枪喷出的雾化液滴尺寸控制在几微米水平，使得纳米颗粒的分散效果得到了显著提升。同时具备烘干功能，以确保喷覆后的溶液迅速干燥，纳米颗粒能够均匀稳定地分散在预浸料层间。在成本可控的前提下，采用本专利技术中提供的实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置生产的预浸料，其层间抗分层能力的关键性能指标可提高一倍以上。
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1.一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，其包括供液系统、供气系统、自动喷覆系统、预浸料输送系统和控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述雾化孔包括两个离喷嘴较近的近端雾化孔和两个离喷嘴较远的远端雾化孔，近端雾化孔与远端雾化孔分别在纳米溶液喷出路径的不同位置上实现对纳米溶液的精细雾化；同时，喷幅整形孔吹出的高压气体与纳米溶液喷出路径的交点远于近端雾化孔、远端雾化孔与喷出路径的交点，以此来保证二次雾化后的液体被完全包裹在由喷幅整形孔形成的两道风幕之间。
3.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述孔径可调式喷嘴包括孔径调节底盘、可调式喷嘴围块和孔径调节转轴；孔径调节底盘固定在喷枪的液体流道内壁且不可转动，其上有六个弧形滑轨用以实现可调式喷嘴围块的运动；孔径调节转轴为中空设计，内部与进液口相连通，端部设计有六边形凹槽；六个大小全相同的可调式喷嘴围块的外侧都装有光滑的圆杆，圆杆一端固定在孔径调节底盘的滑轨内，另一端固定在孔径调节转轴的凹槽，当孔径调节转轴转
4.根据权利要求3所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述喷嘴孔径调节旋钮固连一个孔径调节蜗杆，两者转动时带动与孔径调节蜗杆配合的孔径调节蜗轮旋转，孔径调节蜗轮与孔径调节转轴固连，因此孔径调节转轴也随之转动，同时带动可调式喷嘴围块完成设定行程的滑动，进而使得喷嘴孔径能够精确调节。
5.根据权利要求3所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述喷幅调节旋钮连接一个喷幅柱塞，所述喷枪内设置有整形气槽用于连接喷幅整形孔和进气口；喷幅柱塞的前端设置在整形气槽内，喷幅调节旋钮的旋转能够带动喷幅柱塞在整形气槽内伸入长度的改变，进而控制整形气槽输送到喷幅整形孔的气体压力，最终通过整形风幕的改变来实现喷幅的调节。
6.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述超细喷覆装置还包括用于实现氧化石墨烯纳米片在溶剂中充分均匀分散的纳米溶液制备系统、用于对预浸料上的喷覆溶液进行烘干的烘干系统。
7.根据权利要求6所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述供液系统包括用于暂存氧化石墨烯纳米溶液的料桶、用于提供溶液输送动压力的磁力泵及用于溶液输送的软管。
8.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述自动喷覆系统还包括支撑机构、承载平台和位移机构；所述位移机构固定在所述支撑机构上，所述位移机构包括与所述承载平台和支撑机构连接的滚珠丝杠副和单自由度导轨，所述滚珠丝杠副和单自由度导轨用于驱动所述承载平台沿Z向移动，所述Z向为靠近或远离所述预浸料的方向；
9.根据权利要求8所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述同步轴上设有与伺服电机同步转动的同步带轮，所述同步轴两端设有用于驱动两侧位移机构内的滚珠丝杠副运动的锥齿轮。
10.根据权利要求8所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述单自由度导轨包括四条平行设于两支撑机构上的Z向导轨、滑动套于所述Z向导轨上的滑块，所述滑块连接于所述承载平台；所述滚珠丝杠副与所述滑块同步运动。
11.根据权利要求10所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述承载平台包括一根Y向水平铝型材、两根对称固定在Y向水平铝型材上的Z向铝型材；所述Y向水平铝型材与所述滑块连接，所述Z向铝型材上设有所述集管的固定孔；孔径可调式喷嘴在Y向水平铝型材上的位置可调。
12.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述集管均采用双口设计，在工作时，一个端口开放，另一个端口关闭，通过端口的切换实现流体的再循环，两根集管中，第一集管与供液系统连通，第二集管与供气系统连通；两根集管上均设有多个分流口；第一集管的分流口通过管路与对应喷嘴的进液口相连，第二集管的分流口通过管路与对应喷嘴的进气口相连。
13.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述预浸料输送系统包括用于实现预浸料输送功能的对压辊、用于实现预浸料收放卷功能的收卷机构和放卷机构、用于实现预浸料上PE...
【技术特征摘要】
1.一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，其包括供液系统、供气系统、自动喷覆系统、预浸料输送系统和控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述雾化孔包括两个离喷嘴较近的近端雾化孔和两个离喷嘴较远的远端雾化孔，近端雾化孔与远端雾化孔分别在纳米溶液喷出路径的不同位置上实现对纳米溶液的精细雾化；同时，喷幅整形孔吹出的高压气体与纳米溶液喷出路径的交点远于近端雾化孔、远端雾化孔与喷出路径的交点，以此来保证二次雾化后的液体被完全包裹在由喷幅整形孔形成的两道风幕之间。
3.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述孔径可调式喷嘴包括孔径调节底盘、可调式喷嘴围块和孔径调节转轴；孔径调节底盘固定在喷枪的液体流道内壁且不可转动，其上有六个弧形滑轨用以实现可调式喷嘴围块的运动；孔径调节转轴为中空设计，内部与进液口相连通，端部设计有六边形凹槽；六个大小全相同的可调式喷嘴围块的外侧都装有光滑的圆杆，圆杆一端固定在孔径调节底盘的滑轨内，另一端固定在孔径调节转轴的凹槽，当孔径调节转轴转动时，带动可调式喷嘴围块在滑轨的滑动，进而改变六个喷嘴围块的相对位置；滑轨与凹槽的尺寸设计使得可调式喷嘴围块在运动过程中始终围出封闭的六边形的喷嘴口；同时随着孔径调节转轴的转动，喷嘴出口呈现出不同大小的正六边形，即实现了喷嘴孔径的调节。
4.根据权利要求3所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述喷嘴孔径调节旋钮固连一个孔径调节蜗杆，两者转动时带动与孔径调节蜗杆配合的孔径调节蜗轮旋转，孔径调节蜗轮与孔径调节转轴固连，因此孔径调节转轴也随之转动，同时带动可调式喷嘴围块完成设定行程的滑动，进而使得喷嘴孔径能够精确调节。
5.根据权利要求3所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述喷幅调节旋钮连接一个喷幅柱塞，所述喷枪内设置有整形气槽用于连接喷幅整形孔和进气口；喷幅柱塞的前端设置在整形气槽内，喷幅调节旋钮的旋转能够带动喷幅柱塞在整形气槽内伸入长度的改变，进而控制整形气槽输送到喷幅整形孔的气体压力，最终通过整形风幕的改变来实现喷幅的调节。
6.根据权利要求1所述的一种实现预浸料表面纳米改性的超细喷覆装置，其特征在于，所述超细喷覆装置还包括...
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