CN103341966A

CN103341966A - 高性能纤维弯曲型材生产方法及生产线

Info

Publication number: CN103341966A
Application number: CN2013102252587A
Authority: CN
Inventors: 程正珲; 程逸建
Original assignee: NANJING LOYALTY COMPOSITE EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: NANJING LOYALTY COMPOSITE EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-06-07
Also published as: CN103341966B

Abstract

本发明公开了一种高性能纤维弯曲型材生产方法及生产线，所述的生产线主要由纱架（1）、去湿器（2）、喂料盒（3）、成型工艺机构（5）、弯曲成型模具（6）、弯曲后固化箱（7）、弯曲整形机架（8）、弯曲牵引机（10）和切割机（11）组成，复合材料纤维从纱架（1）引入去湿器（2）进入喂料机（3）浸胶后经成型工艺机构（5）收束整理进入弯曲成型模具（6）成型并初步固化后进入弯曲后固化箱（7）进行固化，再经过弯曲整形机架（8）整形至设定尺寸，最后由弯曲牵引机（10）牵引送入切割机（11）进行定尺寸切割，最终进行包装入库，所述的弯曲牵引机（10）的牵引曲率可调，并与弯曲成型模具（6）的曲率相配。本发明方法简单，适应性广。

Description

高性能纤维弯曲型材生产方法及生产线

技术领域

本发明涉及一种复合材料设备制造技术，尤其是一种具有曲面结构的复合材料型材的制造方法，具体地说是一种高性能纤维弯曲型材生产方法及曲率可调的生产线。

背景技术

众所周知，复合材料拉挤工艺成型具有如下特点：一.是工艺简单、高效，适合于高性能纤维复合材料的大规模生产。拉挤线速度己达到4 m/min以上，更进一步提高了生产效率。二是通过拉挤能最好地发挥纤维的增强作用。在大多数复合材料制造工艺中纤维是不连续的，这使纤维强度损失极大，即使连续纤维缠绕，由于纤维的无张力、交迭等也使其强度有一定损失。在拉挤中，纤维不仅连续而且充分展直，是发挥纤维强度的理想形式，质量波动小。在普通的拉挤工艺基础上，因此，高性能纤维弯曲型材已经在汽车、结构用建材等领域得到了广泛的应用，如：可用来生产汽车用弓形板簧，空客机仓骨架、航天飞行器内骨架等航天航空器材。

据申请人所知，目前复合材料制造仍主要集中在棒材和输电线材领域的应用，缺少经济实用的弯曲型材的制造方法及成套生产线可供使用，在很大程度上限制了复合材料型材在工业领域的应用。

发明内容

本发明的目的是针对目前因缺少复合材料型材生产工艺及生产线而限制了其优异性能在工业上应用的问题，发明一种高性能纤维弯曲型材生产方法，同时设计一种相配的曲率可调的生产线。

本发明的技术方案之一是：

一种高性能纤维弯曲型材生产方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，由张力纱架控制每束纤维的均张力，张力控制在0.5千N～4千N,匀速放纱；

其次，使从纱架上放出的纤维进入去湿器降低纤维含水率，去湿温度控制在40℃～80℃；

第三，将经过去湿的纤维经过密封式非均匀喂料盒进行浸胶，控制型材内外侧胶量，为弯曲拉挤做准备；

第四，使经过浸胶的纤维成束通过弯曲成型模具中进行成型并进行初步固化，初步固化温度分为三个阶段：第一阶段：50℃～100℃；第二阶段：120℃～200℃；第三阶段：110℃～180℃；

第五，使初步固化的弯曲型材进入弯曲后固化箱中进行固化，并使固化度先达到70%～90%；

第六，使经过后固化箱固化的弯曲型材再次进入固化箱中进行最终固化，并分二个阶段加热固化，第一阶段：100℃～180℃；第二阶段：180℃～200℃，形成固化完全型材；

最后，利用使固化后的弯曲型材经过弯曲调整机架和弯曲牵引机对弯曲型材进行整形，使弯曲型材的曲度满足设计要求并引入切割设备中进行分切、包装。

所述的弯曲调整机架和弯曲牵引机的曲率可调。

所述的弯曲成型模具为透明钢化玻璃模具，以便观察纤维与高分材料在模具体内的化学反应、物理变化及材料的凝固状态，帮助研究模内固化动力学；同时便于减少弯曲型材与模具脱模成型固化后的摩擦系数，同进降低模具制造成本。

本发明的技术方案之二是：

一种曲率可调的高性能纤维弯曲型材生产线，其特征是主要由纱架1、去湿器2、喂料盒3、成型工艺机构5、弯曲成型模具6、弯曲后固化箱7、弯曲整形机架8、弯曲牵引机10和切割机11组成，复合材料纤维从纱架1引入去湿器2进入喂料机3浸胶后经成型工艺机构5收束整理进入弯曲成型模具6成型并初步固化后进入弯曲后固化箱7进行固化，再经过弯曲整形机架8整形至设定尺寸，最后由弯曲牵引机10牵引送入切割机11进行定尺寸切割，最终进行包装入库，所述的弯曲牵引机10的牵引曲率可调，并与弯曲成型模具6的曲率相配。

所述的弯曲牵引机10至少由三台组成，三台弯曲牵引机10分别位于弯曲型材弧线的两端和中间段上，每个弯曲牵引机10均与驱动丝杆13相连，驱动丝杆13由伺服电机14驱动弯曲牵引机10沿径向导轨作径向移动，三台弯曲牵引机10的三根驱动丝杆13均同时枢装在同一根枢轴15上，伺服电机14带动驱动丝杆13转动，驱动丝杆13带动弯曲牵引机10沿驱动丝杆13作径向移动，从而根据弯曲型材的曲率调整弯曲牵引机10在驱动丝杆13上的位置，实现利用三台弯曲牵引机适用各种不同曲率的弯曲型材的牵引。

所述的弯曲牵引机10安装有三个位置可调的夹持辊16，其中一个夹持辊16与弯曲型材17的内凹面相抵，另两个位于弯曲型材13的外凸面相抵，所述的三个夹持辊16成等腰三角型布置。

所述的三台弯曲牵引机10的驱动丝杆之间的夹角可调。

所述的弯曲成型模具6为透明钢化玻璃模具，以便观察纤维与高分材料在模具体内的化学反应、物理变化及材料的凝固状态，帮助研究模内固化动力学；同时便于减少弯曲型材与模具脱模成型固化后的摩擦系数，同进降低模具制造成本。

所述的喂料盒3连接有电子配料混料机4。

本发明的有益效果：

本发明适用于各种高性能纤维（碳纤维、芳纶）与高分子材料（热塑性及热固性材料）复合的弯曲型材的制造，通过采用弯曲拉挤复合成型技术实现了连续化生产。

本发明适用性广，利用一条生产线可生产不同曲率的高性能型材，规格型号和生产节拍调整方便，是一种柔性化制造生产线。

附图说明

图1是本发明实施例的弯曲型材结构示意图。

图2是本发明的工艺流程示意图。

图3是本发明的生产线组成示意图。

图4是本发明的弯曲牵引机的结构示意图，图中R1、R2分别表示弯曲牵引机位于不同位置时的半径。

图5是本发明的弯曲牵引机上的夹持辊的安装示意图。

图6是本发明的密封式非均匀喂料盒的结构示意图。

图6中18为胶辊，19为含胶量测定仪，20表示反馈到胶辊控制器（两组）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1、2所示。

一种高性能纤维弯曲型材生产方法，它包括以下步骤：

首先，由张力纱架控制每束纤维（可为碳纤维、芳纶等复合材料纤维）的均张力，张力控制在0.5千N～4千N,匀速放纱；

第三，将经过去湿的纤维经过密封式非均匀喂料盒（如图6）进行浸胶，控制型材内外侧胶量，为弯曲拉挤做准备；

第四，使经过浸胶的纤维通过成型工艺机构(主要是进行集束和根据型材特点进行分配纤维束的走向，可采用现有技术加以实现)处理后成束通过弯曲成型模具中进行成型并进行初步固化，初步固化温度分为三个阶段：第一阶段：50℃～100℃；第二阶段：120℃～200℃；第三阶段：110℃～180℃；弯曲成型模具为透明钢化玻璃模具，以便观察纤维与高分材料在模具体内的化学反应、物理变化及材料的凝固状态，帮助研究模内固化动力学；同时便于减少弯曲型材与模具脱模成型固化后的摩擦系数，同进降低模具制造成本；

最后，利用使固化后的弯曲型材经过弯曲调整机架和弯曲牵引机对弯曲型材进行整形，使弯曲型材的曲度满足设计要求并引入切割设备中进行分切、包装即可得到图1所示的复合材料弯曲型材。在生产每个规格的弯曲型材前可先调整弯曲牵引机的曲率，使之与弯曲型材的曲率相配，如图4所示。

实施例二。

如图3-6所示。

一种曲率可调的高性能纤维弯曲型材生产线，它主要由纱架1、去湿器2、喂料盒3、成型工艺机构5、弯曲成型模具6、弯曲后固化箱7、弯曲整形机架8、弯曲牵引机10和切割机11组成，如图3所示，喂料盒3连接有电子配料混料机4以提高用胶的准确性，如图6所示。复合材料纤维从纱架1引入去湿器2进入喂料机3浸胶后经成型工艺机构5收束整理进入弯曲成型模具6成型并初步固化后进入弯曲后固化箱7进行固化，再经过弯曲整形机架8整形至设定尺寸，最后由弯曲牵引机10牵引送入切割机11进行定尺寸切割，最终进行包装入库，所述的弯曲牵引机10的牵引曲率可调，并与弯曲成型模具6的曲率相配。所述的弯曲牵引机10至少由三台组成，如图4三台弯曲牵引机10分别位于弯曲型材弧线的两端和中间段上，每个弯曲牵引机10均与驱动丝杆13相连，驱动丝杆13由伺服电机14驱动弯曲牵引机10沿径向导轨作径向移动，三台弯曲牵引机10的三根驱动丝杆13均同时枢装在同一根枢轴15上，伺服电机14带动驱动丝杆13转动，驱动丝杆13带动弯曲牵引机10沿驱动丝杆13作径向移动，从而根据弯曲型材的曲率调整弯曲牵引机10在驱动丝杆13上的位置，实现利用三台弯曲牵引机适用各种不同曲率的弯曲型材的牵引，所述的三台弯曲牵引机10的驱动丝杆之间的夹角可调。弯曲牵引机10安装有三个位置可调的夹持辊16，其中一个夹持辊16与弯曲型材17的内凹面相抵，另两个位于弯曲型材13的外凸面相抵，所述的三个夹持辊16成等腰三角型布置，如图5所示。所述的弯曲成型模具6为透明钢化玻璃模具，以便观察纤维与高分材料在模具体内的化学反应、物理变化及材料的凝固状态，帮助研究模内固化动力学；同时便于减少弯曲型材与模具脱模成型固化后的摩擦系数，同进降低模具制造成本。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种高性能纤维弯曲型材生产方法，其特征是它包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的弯曲调整机架和弯曲牵引机的曲率可调。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的弯曲成型模具为透明钢化玻璃模具，以便观察纤维与高分材料在模具体内的化学反应、物理变化及材料的凝固状态，帮助研究模内固化动力学；同时便于减少弯曲型材与模具脱模成型固化后的摩擦系数，同进降低模具制造成本。

4.一种曲率可调的高性能纤维弯曲型材生产线，其特征是主要由纱架（1）、去湿器（2）、喂料盒（3）、成型工艺机构（5）、弯曲成型模具（6）、弯曲后固化箱（7）、弯曲整形机架（8）、弯曲牵引机（10）和切割机（11）组成，复合材料纤维从纱架（1）引入去湿器（2）进入喂料机（3）浸胶后经成型工艺机构（5）收束整理进入弯曲成型模具（6）成型并初步固化后进入弯曲后固化箱（7）进行固化，再经过弯曲整形机架（8）整形至设定尺寸，最后由弯曲牵引机（10）牵引送入切割机（11）进行定尺寸切割，最终进行包装入库，所述的弯曲牵引机（10）的牵引曲率可调，并与弯曲成型模具（6）的曲率相配。

5.根据权利要求4所述的生产线，其特征是所述的弯曲牵引机（10）至少由三台组成，三台弯曲牵引机（10）分别位于弯曲型材弧线的两端和中间段上，每个弯曲牵引机（10）均与驱动丝杆（13）相连，驱动丝杆（13）由伺服电机（14）驱动弯曲牵引机（10）沿径向导轨作径向移动，三台弯曲牵引机（10）的三根驱动丝杆（13）均同时枢装在同一根枢轴（15）上，伺服电机（14）带动驱动丝杆（13）转动，驱动丝杆（13）带动弯曲牵引机（10）沿驱动丝杆（13）作径向移动，从而根据弯曲型材的曲率调整弯曲牵引机（10）在驱动丝杆（13）上的位置，实现利用三台弯曲牵引机适用各种不同曲率的弯曲型材的牵引。

6.根据权利要求5所述的生产线，其特征是所述的弯曲牵引机（10）安装有三个位置可调的夹持辊（16），其中一个夹持辊（16）与弯曲型材（17）的内凹面相抵，另两个位于弯曲型材（13）的外凸面相抵，所述的三个夹持辊（16）成三角型布置。

7.根据权利要求5所述的生产线，其特征是所述的三台弯曲牵引机（10）的驱动丝杆之间的夹角可调。

8.根据权利要求4所述的生产线，其特征是所述的弯曲成型模具（6）为透明钢化玻璃模具，以便观察纤维与高分材料在模具体内的化学反应、物理变化及材料的凝固状态，帮助研究模内固化动力学；同时便于减少弯曲型材与模具脱模成型固化后的摩擦系数，同进降低模具制造成本。

9.根据权利要求4所述的生产线，其特征是所述的喂料盒（3）连接有电子配料混料机（4）。