CN103395138A - 一种连续纤维浸胶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续纤维浸胶系统，其特征是：包括储胶槽、梯度导流管、浸胶槽、回收槽、真空泵和纤维展开浸胶传动系统，所述储胶槽下通过梯度导流管与浸胶槽连通，浸胶槽下方设有回收槽，所述纤维展开浸胶传动系统穿过浸胶槽设在回收槽的上方，回收槽底部通过回流管与储胶槽连通，储胶槽通过真空管与真空泵连通；所述储胶槽、梯度导流管和浸胶槽的槽壁为双层结构，中间设有多段电阻丝。本发明的胶液储存区与浸胶区分开，通过具有温度梯度的管路连接，并有纤维定位、展开、控胶、张力调节装置。多余的胶液可以回收利用。利用本发明可以使纤维充分浸润，且胶液不会提前凝胶。

Description

一种连续纤维浸胶系统

技术领域

本发明涉及一种浸胶系统，特别是一种连续纤维浸胶系统。

背景技术

纤维复合材料由于比强度、比模量高，耐腐蚀性能优异，同时具有良好的耐疲劳性能，因此在航空航天、建筑、体育用品等领域得到了广泛应用。纤维复合材料是由连续纤维浸润树脂后通过热压固化而成。在浸润过程中，需要将树脂加热融化，然后将纤维浸润。由于目前所使用的纤维束，是由多根纤维组成，如12K碳纤维包含有12000根碳纤维，因此为了纤维充分浸润，需要树脂具有较低的粘度。由于树脂的粘度随着温度的升高而降低，因此需要将树脂加热到较高温度。但在较高的温度下，树脂会在较短的时间内就发生固化反应而凝胶。因此纤维浸胶时所采用的浸胶系统结构对浸胶效果有关键影响。此外，还需要将纤维有效展开，提高浸透性，并需要设计有浸胶量控制装置，保证胶含量符合要求。

目前的浸胶系统，均未设计纤维展开装置，且多数为单空间结构，树脂的储存与纤维浸润在同一容器内，无浸胶量控制装置，而是由纤维通过浸胶槽的速度控制浸胶量，如专利CN102430503等。专利CN202399437虽然将浸胶槽用带孔的钢片分割为两部分，一部分储存胶液，一部分实现纤维浸润，但实际上由于两部分的胶液可以相互流动，因此仍然难以保证树脂在高温下仅停留较短的时间。专利CN202881103设计了一种可自动补液的玻璃纤维浸胶槽，将储胶槽与浸胶槽分开，通过180°弯折的管道连通。该种设计虽然将胶液储存区与浸胶区完全分开，但由于储胶槽为防止树脂胶液固化必然温度较低，胶液的流动性较差，不可能通过180°弯折的管道而流入浸胶槽内。浸胶槽为保证浸胶效果必然温度较高，与储胶槽的温差较大，储胶槽内的胶液进入浸胶槽后，需要经过较长的时间才能达到温度平衡，严重影响浸胶槽内胶液温度的稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有纤维展开装置，可控制浸胶量，并且保证树脂胶液在高温下仅短时间停留的连续纤维浸胶系统。

本发明的一种连续纤维浸胶系统，是通过以下手段实现的：

一种连续纤维浸胶系统，其特征是：包括储胶槽、梯度导流管、浸胶槽、回收槽、真空泵和纤维展开浸胶传动系统，所述储胶槽下通过梯度导流管与浸胶槽连通，浸胶槽下方设有回收槽，所述纤维展开浸胶传动系统穿过浸胶槽设在回收槽的上方，回收槽底部通过回流管与储胶槽连通，储胶槽通过真空管与真空泵连通；所述储胶槽、梯度导流管和浸胶槽的槽壁为双层结构，中间设有多段电阻丝。

所述纤维展开浸胶传动系统包括由上向下依次排列的导向辊、展开辊、直辊A、压胶辊对、张力调节辊和直辊B，所述导向辊、展开辊和直辊A设在浸胶槽内部，压胶辊对设在浸胶槽底部。

所述导向辊辊面上有一凹槽，所述展开辊辊面为凸弧形，所述压胶辊对为两个，可以轴向相对转动，间隙大小可以调整，所述张力调节辊辊面为凹弧形，弧度与展开辊相同，方向相反。

所述真空管出口处设有半透膜，储胶槽上部通过电控阀门C与大气连通；连接储胶槽的真空管、回流管和梯度导流管上分别设有电控阀门A、电控阀门B、电控阀门D，储胶槽、梯度导流管和浸胶槽上分别设有连接温控仪的温度传感器，所述回收槽底部设有压力传感器，所述电控阀门A、电控阀门B、电控阀门C、电控阀门D、温控仪、压力传感器和真空泵分别和电控柜电连接，电控柜接收压力传感器信号，并控制真空泵与各电控阀门电源开关。

所述梯度导流管上设有多个温度传感器，使梯度导流管沿长度方向可分段控温。

本发明的益处是：

（1）胶液储存在储胶槽中，与浸胶槽通过管路连通，将储存区与浸胶区分开。储胶槽温度较低，有利于大量胶液的储存；浸胶槽内仅有少量胶液，可减少凝胶，降低胶液粘度，有利于纤维的充分浸润；

（2）储胶槽与浸胶槽通过具有温度梯度的梯度导流管连通。靠近储胶槽处，导流管温度接近储胶槽温度；而靠近浸胶槽处，导流管温度接近浸胶槽温度。当胶液从储胶槽中流出，在管路中逐渐被加热，待流到浸胶槽时，已基本与浸胶槽内胶液温度一致，避免浸胶槽内胶液温度发生波动，影响胶液粘度；

（3）在浸胶槽内有展开辊。展开辊辊面为凸弧形，当纤维束经过展开辊时，在张力作用下纤维束中的纤维沿辊面向辊两端分散，使得纤维束充分展开，有利于浸胶；

（4）纤维通过一对压胶辊中间，通过调节两压胶辊的间隙大小可以控制含胶量，多余的胶液会被压胶辊挤出。此外，通过压胶辊的挤压，可以使胶液更加充分渗透进纤维内部从而提高了浸润程度；

（5）压胶辊挤出的胶液、浸胶槽底部渗漏的胶液均通过回收槽进行收集，并通过真空管路利用真空的吸附作用重新流入储胶槽，减少胶液的浪费。此外胶液在回收过程中不直接流经任何泵体，胶液不会产生油污，避免对复合材料性能的影响。

附图说明

    下面结合附图对本发明进行进一步说明。

附图1为本发明的一种连续纤维浸胶用浸胶系统结构示意图；

附图2为导向辊结构示意图；

附图3为展开辊结构示意图；

附图4为张力调节辊结构示意图；

附图5为展开辊工作原理示意图

图中：1真空泵，2真空管，3电控阀门A，4半透膜，5储胶槽，6电阻丝，7电控阀门B，8回流管，9导向辊，10展开辊，11直辊A，12张力调节辊，13直辊B，14连续纤维，15回收槽，16压力传感器，17压胶辊，18温控仪，19浸胶槽，20梯度导流管，21温度传感器，22电控阀门C，23电控阀门D，24树脂胶液，25电控柜。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。如图1所示，附图为一种连续纤维浸胶系统，其特征是：包括储胶槽5、梯度导流管20、浸胶槽19、回收槽15、真空泵1和纤维展开浸胶传动系统，所述储胶槽5下通过梯度导流管20与浸胶槽19连通，浸胶槽19下方设有回收槽15，所述纤维展开浸胶传动系统穿过浸胶槽19设在回收槽15的上方，回收槽15底部通过回流管8与储胶槽5连通，储胶槽5通过真空管2与真空泵1连通；所述储胶槽5、梯度导流管20和浸胶槽19的槽壁为双层结构，中间设有多段电阻丝6；所述真空管2出口处设有半透膜4，防止胶液进入真空泵1内，储胶槽5上部通过电控阀门C22与大气连通；连接储胶槽5的真空管2、回流管8和梯度导流管20上分别设有电控阀门A3、电控阀门B7、电控阀门D23，储胶槽5、梯度导流管20和浸胶槽19上分别设有连接温控仪18的温度传感器21，所述回收槽15底部设有压力传感器16，所述电控阀门A3、电控阀门B7、电控阀门C22、电控阀门D23、温控仪18、压力传感器16和真空泵1分别和电控柜25电连接，电控柜25接收压力传感器信号16，并控制真空泵1与各电控阀门电源开关。所述梯度导流管20上设有多个温度传感器21，使梯度导流管20沿长度方向可分段控温。回收槽15位于张力调节辊12下方，为敞开式结构，收集多余的胶液。

所述纤维展开浸胶传动系统包括由上向下依次排列的导向辊9、展开辊10、直辊A11、压胶辊对17、张力调节辊12和直辊B13，所述导向辊9、展开辊10和直辊A11设在浸胶槽19内部，压胶辊对17设在浸胶槽19底部。

如附图2-4所示，所述导向辊9辊面上有一凹槽，纤维通过凹槽进入浸胶槽19，对纤维进行定位。所述展开辊10辊面为凸弧形，所述压胶辊对17为两个，可以轴向相对转动，间隙大小可以调整。所述张力调节辊12位于浸胶槽19下方，可以轴向相对转动，如图4所示，辊面为凹弧形，弧度与展开辊10相同，方向相反。

本发明的连续纤维浸胶系统的工作原理： 

首先在储胶槽5中储存一定量的胶液，并加热到胶液熔融温度，将浸胶槽19加热到浸胶温度，按照储胶槽5与浸胶槽19的温度差，设定梯度导流管20各段温度，梯度导流管在多段电阻丝、温度传感器与温控仪作用下，沿长度方向可分段控温，从与储胶槽5连接部分到与浸胶槽19连接部分温度依次升高。

将连续纤维14按照图1中所示依次通过过导向辊9、展开辊10、直辊A11、压胶辊17、张力调节辊12，直辊B13，并在动力装置牵引下逐步前进。待温度达到稳定状态以后，打开电控阀门C22、电控阀门D23，融化后的胶液通过梯度导流管20流入浸胶槽19。胶液在梯度导流管20中流动时，逐步被加热。调节两压胶辊17间隙的大小，使连续纤维14所浸润的胶含量符合要求，多余的胶液流进回收槽15中。调节电控阀门D23大小，使胶液流入浸胶槽19的量与连续纤维14经过浸胶槽19所带走的胶量相等。当回收槽15中胶量达到一定程度时，通过压力传感器16传递信号到电控柜25，控制电控阀门C22、电控阀门D23关闭，电控阀门A3、电控阀门B7打开，真空泵1启动，通过真空吸附作用将回收槽15的胶液回收到储胶槽5中，重新利用。

Claims (5)

1.一种连续纤维浸胶系统，其特征是：包括储胶槽（5）、梯度导流管（20）、浸胶槽（19）、回收槽（15）、真空泵（1）和纤维展开浸胶传动系统，所述储胶槽（5）下通过梯度导流管（20）与浸胶槽（19）连通，浸胶槽（19）下方设有回收槽（15），所述纤维展开浸胶传动系统穿过浸胶槽（19）设在回收槽（15）的上方，回收槽（15）底部通过回流管（8）与储胶槽（5）连通，储胶槽（5）通过真空管（2）与真空泵（1）连通；所述储胶槽（5）、梯度导流管（20）和浸胶槽（19）的槽壁为双层结构，中间设有多段电阻丝（6）。

2.根据权利要求1所述的一种连续纤维浸胶系统，其特征是：所述纤维展开浸胶传动系统包括由上向下依次排列的导向辊（9）、展开辊（10）、直辊A（11）、压胶辊对（17）、张力调节辊（12）和直辊B（13），所述导向辊（9）、展开辊（10）和直辊A（11）设在浸胶槽（19）内部，压胶辊对（17）设在浸胶槽（19）底部。

3.根据权利要求2所述的一种连续纤维浸胶系统，其特征是：所述导向辊（9）辊面上有一凹槽，所述展开辊（10）辊面为凸弧形，所述压胶辊对（17）为两个，可以轴向相对转动，间隙大小可以调整，所述张力调节辊（12）辊面为凹弧形，弧度与展开辊（10）相同，方向相反。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种连续纤维浸胶系统，其特征是：所述真空管（2）出口处设有半透膜（4），防止胶液进入真空泵（1）内，储胶槽（5）上部通过电控阀门C（22）与大气连通；连接储胶槽（5）的真空管（2）、回流管（8）和梯度导流管（20）上分别设有电控阀门A（3）、电控阀门B（7）、电控阀门D（23），储胶槽（5）、梯度导流管（20）和浸胶槽（19）上分别设有连接温控仪（18）的温度传感器（21），所述回收槽（15）底部设有压力传感器（16），所述电控阀门A（3）、电控阀门B（7）、电控阀门C（22）、电控阀门D（23）、温控仪（18）、压力传感器（16）和真空泵（1）分别和电控柜（25）电连接，电控柜（25）接收压力传感器信号（16），并控制真空泵（1）与各电控阀门电源开关。

5.根据权利要求4所述的一种连续纤维浸胶系统，其特征是：所述梯度导流管（20）上设有多个温度传感器（21），使梯度导流管（20）沿长度方向可分段控温。

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