热熔法制备纤维预浸丝的方法及其设备技术

本发明专利技术涉及到一种热熔法制备纤维预浸丝的方法及其设备，包括有以下步骤：1）根据预浸料生产需要将碳纤维纱筒置于热熔预浸机的放卷装置上；2）纤维丝进入浸胶过程，得到预浸纤维；3）通过吹风冷却，进入加膜装置，经过展平、限位、贴合和辊压，将预浸纤维压贴在隔离膜的中央，得到加膜预浸纤维；4）进入收卷装置，在收卷控制器和总体控制器的控制下，实现螺旋收卷，从而实现纤维预浸丝的制备。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术适用于纤维增强复合材料制品干法缠绕或铺放成型生产的原料制备，单卷预浸纤维的收卷长度可达到3000m以上，降低了生产过程换碳纤维纱团的频度，提高了生产效率；减少了制品中的纤维断头，提高了制品综合性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种热熔法制备纤维预浸丝的方法及其设备，适用于纤维增强复合材料制品干法缠绕或铺放成型生产的原料制备。
技术介绍
预浸料可直接用于复合材料制品的制造，被广泛运用在航空航天以及国防设备，特别是飞机螺旋桨、机翼、机身和一些重要壳体结构的制造中。该材料的应用程度直接反映一个国家的航天航空工业和国防装备水平。欧美等发达国家长期对预浸料生产应用及制造的关键设备实行出口限制和技术封锁，国内这方面发展也比较缓慢。目前的预浸料制备通常采用如下工艺制备胶膜纸制备、纤维丝排纱络纱、两层胶膜纸与纱片加压加热热熔浸渍、剥离上层隔离纸、覆盖PE隔离膜和收纳成卷等，该工艺生产的预浸料为宽无纬带预浸料，具有胶量控制好、不用参入挥发份溶剂等优点，适用于作为大面积构件的手工铺叠成型生产的原料。但由于采用宽幅预浸料制备(通常为900mm、1200mm等)，收卷时只能在径向逐层卷绕，不能在轴向排纱卷绕，因而受卷料外径和重量的限制，使得单卷预浸料纤维长不能太长，一般为300多米。这使得应用这种预浸料进行制品成型的机器自动生产时，需要频繁上料而严重影响生产效率的提高，而且会导致制品中纤维接头较多，张力均勻性差等问题。另外，换新纱停机时，树脂停留在加热板上，由于温度较高，树脂一直处于受热状态，将影响预浸料的粘性和成型性能。这些问题都直接影响了预浸料制品的质量和经济性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术而提出一种热熔法制备纤维预浸丝的方法，实现了预浸料单卷纤维丝长超过3000米的制备，以解决宽预浸带单卷带长过短造成使用过程中频繁停机换带的问题，提高干法复材制品的生产效率；而且简化了预浸料的制备过程和生产装备，极大提高了复合材料预浸料制品的性能和自动化成型效率。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是热熔法制备纤维预浸丝的方法，包括有以下步骤1)根据预浸料生产需要将碳纤维纱筒置于热熔预浸机的放卷装置上，采用张力控制器对纤维丝的张力进行控制，保证导纱过程中纤维丝的张力稳定在30士2N，保持纤维丝浸胶和收卷张力，各碳纤维纱筒设有独立的导纱路径进行限位，避免纤维丝之间的相互干涉，放卷装置采用卧式安装；2)纤维丝从放卷装置出来，通过浸胶装置的展平和限位后，进入浸胶过程，使纤维丝和树脂合理结合，得到预浸纤维；3)从浸胶装置出来的预浸纤维在冷却装置上通过吹风冷却，进入加膜装置，经过展平、限位、贴合和辊压，将预浸纤维压贴在隔离膜的中央，得到加膜预浸纤维，使得收卷后的预浸纤维相互间能得到可靠隔离，避免了预浸纤维之间的粘连；4)加膜预浸纤维进入收卷装置，在收卷控制器和总体控制器的控制下，实现加膜预浸纤维的螺旋收卷，从而实现纤维预浸丝的制备。按上述方案，步骤2)浸胶过程的主要工艺参数控制如下通过设置的温度压力控制器，在线测控浸胶温度，控制浸胶温度为80士 1 °C，在线调整控制浸胶压力，控制浸胶压力为70士5N ；通过设置的收卷控制器，实现浸胶过程的速度大小调整，控制恒速度为9m/min ；通过设置的张力控制器，实现纤维丝的浸胶张力的调整和控制，控制浸胶张力为30士2N。按上述方案，步骤4)所述的螺旋收卷的缠绕角为60度。即收卷的预浸纱团的加膜预浸纤维与收卷轴的轴线之间夹角为60度。本专利技术的另外一个目的是提供一种热熔法制备纤维预浸丝的热熔预浸机，其包括有放卷装置，浸胶装置，冷却装置，加膜装置、收卷装置、张力控制器、收卷控制器、总体控制器和温度压力控制装置，其中，所述的放卷装置，包括有转轴、锁紧螺母、夹块、轴承、轴承座和支板，转轴、锁紧螺母和夹块由轴承、轴承座和支板支撑，纤维纱筒安装在两夹块中间并通过锁紧螺母与转轴锁紧成一体，放卷装置上还设有张力控制器，连接在转轴安装纤维纱筒的另一端，张力控制器接收与其相连的总体控制器送来的张力补偿控制信号，实现纤维丝的张力在30士2N的控制；所述的浸胶装置包括有三个辊，其连接于放卷装置之后，上侧的两个辊与温度压力控制装置相连，用于放置热熔树脂，下侧的一个辊与上侧的两个辊紧密配合，以将纤维丝压紧在上侧的两个辊的底部；所述的冷却装置连接于浸胶装置和加膜装置之间；所述的加膜装置，包括有展平辊、限位辊、隔离膜放卷、压辊和支板，限位辊的限位中心与隔离膜放卷出来的隔离膜中心对齐，压辊设置在预浸纤维与隔离膜的贴合处，限位辊和压辊确保预浸纤维压帖在隔离膜中央，使得收卷后预浸纤维相互间能得到可靠隔离；所述的收卷装置连接于加膜装置之后，包括有固定支板、出纱限位辊、收卷轴，床头、收卷回转伺服电机、收卷移动伺服电机和床头底座；固定支板与加膜装置固连，固定支板上设置有出纱限位辊，使得出纱限位辊和加膜装置的相对位置固定，收卷轴和收卷回转伺服电机相配合并安装在床头上，实现收卷轴的回转运动，床头与床头底座相连，收卷移动伺服电机与床头底座相配合，通过收卷移动伺服电机和丝杠螺母的传动使床头在床头底座上做往复移动，实现带隔离膜预浸纤维的螺旋收卷，收卷装置还连接有收卷控制器，对螺旋收卷过程的回转运动与往复运动进行控制，实现带隔离膜预浸纤维的螺旋收卷控制。按上述方案，所述的总体控制器分别与收卷控制器和张力控制器电连接，向收卷控制器传输速度控制信号，以实现9m/min的预浸纤维恒定生产速度控制，向张力控制器传输张力补偿控制信号，实现30士2N的纤维丝张力控制。本专利技术的收卷装置与现有技术的预浸带收卷装置的主要区别在于，预浸带收卷装置只有收卷回转一个运动，而本收卷装置在收卷芯轴进行转动收卷的同时，收卷装置的收卷轴还可在其轴线方向进行左右移动，设置的收卷控制器对收卷过程的回转运动与往复运动关系进行控制，实现加膜预浸纤维的60度缠绕角螺旋收卷，总体控制器根据预浸纤维的浸胶速度和收卷卷径变化情况确定收卷速度大小，并将速度控制信号传输给收卷控制器，实现9m/min的预浸料恒定生产速度控制。本专利技术的收卷装置的螺旋收卷实现方式区别于现有技术的缠绕机螺旋缠绕实现方式的是，缠绕机通过芯轴的回转和丝嘴沿芯轴轴向往复运动实现螺旋缠绕，而收卷装置的出丝嘴是固定的，螺旋缠绕通过芯轴的回转和芯轴自身沿其轴向往复运动来实现。这种螺旋收卷方式的出丝嘴固定，使得螺旋收卷对预浸纤维的隔离膜施加工艺干扰很小，收卷装置与加膜装置间可以短距离安装，减小了设备占地空间，另外，如采用左右移动丝嘴方式进行螺旋收卷，由于隔离膜有一定宽度，在其宽度方向的弯曲势必造成隔离膜曲翘打皱和脱离预浸纤维现象，而本专利技术的收卷装置则避免了这些问题。本专利技术的有益效果本专利技术适用于纤维增强复合材料制品干法缠绕或铺放成型生产的原料制备。通过纤维丝与热熔环氧树脂的浸渍、隔离膜的贴合和螺旋收卷等工艺设备，实现了热熔预浸纤维的生产，若在设备上设置多条预浸通道，可实现多根预浸纤维的同时制备，本专利技术通过利用隔离膜将预浸纤维进行隔离，避免了预浸纤维收卷成团后的粘连问题；螺旋收卷采用出丝嘴固定，收卷轴的芯轴回转和轴向往复运动的形式，避免了螺旋收卷对加膜工艺的干扰，也避免了螺旋收卷过程隔离膜曲翘和脱离预浸纤维的问题；以螺旋方式收卷的预浸纤维，利用了在径向和轴向方向的卷绕空间，单卷预浸纤维的收卷长度可达到3000m以上，相比预浸带只能在径向方向卷绕的单卷300m收卷长度，使用这种预浸纤维进行制品的自动成型生产的优点有降低了生产过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东亮，刘雪红，常延辛，张吉法，王志辉，田会方，何俊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：