CN104074313A - 高强度连续复合材料纤维网格、生产线及方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度连续复合材料纤维网格、生产方法及生产线，其特征是所述的生产线包括纱架（2）、经线铺放机（1）、纬线铺放机（10）、网格模具（3）、供胶装置（7）、烘箱（8）和收卷机构（9），经线铺放机（1）和纬线铺放机（10）垂直布置在网格模具（3）上并交替进行复合材料纤维的铺放以形成待注胶成形的网格状复合材料纤维，经线铺放机（1）和纬线铺放机（10）由各自的纱架（2）供纱；在网格模具（3）的一端安装有压料去胶辊（6），在网格模具（3）中安装有加热装置（5），在网格模具（3）上安装有脱模机构，在网格模具（3）的两侧各设有一个切断机构；烘箱（8）安装在网格模具（3）的出口端。本发明结构简单，生产效率高。

Description

高强度连续复合材料纤维网格、生产线及方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型设备，尤其是一种复合材料网格生产设备，具体地说是一种能实现复合材料网格不切断生产的高强度连续复合材料纤维网格、生产方法及生产线。 

背景技术

    目前，作为一种在国际上被广泛采用的新型结构加固技术，外部粘贴纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer, FRP）加固法近年来在国内得到了快速发展和广泛应用，已成为目前主流的结构加固技术之一。但是，该技术存在防火、耐久性等方面的缺点，而且对结构的刚度贡献有限，而FRP网格则可以很好地解决上述问题。更重要的是，FRP网格可替代钢筋使用于新建混凝土结构中，特别适用于墙、板等，成为在特殊条件下应用时的一种基本材料，可形成一种新的体系，而不仅仅是对传统FRP材料的补充。 

FRP网格是将碳纤维、玻璃纤维或聚酰胺纤维等高性能复合材料连续纤维浸渍于耐腐蚀性能良好的树脂中形成的整体网格。FRP网格具有轻质、高强、易被制成各种复杂形状等特点，使用方便，施工简单迅捷，可用于隧道、桥梁、高速公路、飞机跑道、停机坪、建筑物、沟渠等诸多新建工程和加固改造工程中。 

目前国内尚无规模化连续化生产FRP网格的成熟技术，严重制约了改新型材料在土木工程中的应用发展，因此亟需开发成套的自动化生产技术，以实现国产FRP网格的规模化生产。 

发明内容

本发明的目的是针对现有的FRP网格因缺少理想的设备而不能实现连续生产的问题，设计一种能实现连续生产的高强度连续复合材料纤维网格、生产方法及生产线。 

本发明的技术方案之一是： 

一种高强度连续复合材料纤维网格，其特征是组成网格的纵向筋条和横向筋条由诺干层垂直交替铺放的复合材料纤维和固化胶固化形成。

本发明的技术方案之二是： 

一种高强度连续复合材料纤维网格生产线，其特征是它包括纱架2、经线铺放机1、纬线铺放机10、网格模具3、供胶装置7、烘箱8和收卷机构9，经线铺放机1和纬线铺放机10垂直布置在网格模具3上并交替进行复合材料纤维的铺放以形成待注胶成形的网格状复合材料纤维，经线铺放机1和纬线铺放机10由各自的纱架2供纱；在网格模具3的一端安装有能沿经线方向或纬经方向移动的用于去掉热固性胶及胶中气泡的压料去胶辊6，供胶装置7用于在经向复合材料纤维和纬向复合材料纤维铺设到设定值后向形成的网格线注胶；在网格模具3中安装有用于对注胶后的复合材料纤维网格半固化的加热装置5，在网格模具3上安装有用于将半固化后的复合材料纤维网格与网格模具3分开的脱模机构，在网格模具3的一侧设有一个用于将纬线铺放机10出口端的复合材料纤维切断的切断机构；烘箱8安装在网格模具3的出口端，半固化的复合材料纤维网格脱模后在牵引装置的作用下进入烘箱8中进行固化定型后进入收卷机构9收卷。

所述的网格模具3中加热装置5的固化率不超过60%，便于重复网格接合点的连续性。 

所述的经线铺放机1安装在网格模具3两侧的X向导轨上，纬线铺放机10安装在网格模具3两端的Y向导轨上。 

所述的Y向导轨架设或悬置在网格模具3的上方。 

所述的经线铺放机1和纬线铺放机10的铺放速度为0.15-0.3m／s 。 

本发明的技术方案之三是： 

一种高强度连续复合材料纤维网格的制备方法，其特征是将复合材料纤维分别交替从对应的纱架上引出，由经向（X向）铺放机和纬向（Y向）铺放机牵引分层铺设复合材料纤维，相邻经向和续向的距离可调并由成品的参数值决定，铺放到设定的股数后，铺放机停止铺纱，供胶装置开始供胶，使模具中的纤维浸渍完全，同时启动压料去胶装置在网格模具上移动将多余的胶水去掉并将胶水中的气泡挤出，此时启动加热装置到不超过60%固化温度，加热到半固化状态，启动网格模具一侧的的切断装置将续线切断以便于半固化的网格在牵引装置的牵引下进入烘箱中进一步完成固化，固化结束后网格制品进入收卷机构收卷。

上述的复合材料纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合 

本发明的有益效果：

    本发明首次实现了复合材料网格的连续化生产，克服了过去需设计大型模具进行热压成型所存在的制作周期长、占地面积大、产品尺寸受限的问题，能生产出长度不受限制的网格制品。

    本发明的生产线具有结构简单，占地面积小，制造、安装调度方便的优点，所生产的网格质量高、一致性好。 

附图说明

    图1是本发明的生产线的组成结构示意图。 

    图2是本发明的供胶装置的结构示意图。 

    图3是本发明的生产线加工的网格的结构示意图。 

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。 

如图1-3所示。 

一种高强度连续复合材料纤维网格，组成网格的纵向筋条和横向筋条由诺干层垂直交替铺放的复合材料纤维固化形成，如图3所示。该网格可采用图1-2所示的高强度连续复合材料纤维网格生产线生产所得，所述的生产线包括纱架2、经线铺放机1、纬线铺放机10、网格模具3、供胶装置7、烘箱8和收卷机构9，如图1所示，经线铺放机1和纬线铺放机10结构相同，类似于传统织布机构，它们可直接从市场购置，也可自行设计，还可采用申请人在先申请的申请号为2012205475499的实用新型专利加以实现，经线铺放机1和纬线铺放机10垂直布置在网格模具3上并交替进行复合材料纤维的铺放以形成待注胶成形的网格状复合材料纤维，铺放速度为0.15-0.3m／s，经线铺放机1和纬线铺放机10由各自的纱架2供纱，也可由同一个纱架供纱，经线铺放机1可安装在网格模具3两侧的X向导轨上，纬线铺放机10安装在网格模具3两端的Y向导轨上，Y向导轨可架设或悬置在网格模具3的上方；在网格模具3的一端安装有能沿经线方向或纬经方向移动的用于去掉热固性胶及胶中气泡的压料去胶辊6，供胶装置7用于在经向复合材料纤维和纬向复合材料纤维铺设到设定值后向形成的网格线注胶；供胶装置7如科2所示，它主要是为各浸渍槽及时提供定量的热固性胶，以保证浸渍槽中有足够的胶供通过的纤维浸渍。供胶装置7包括：料桶701、计量泵702、气缸103和出胶管704.如图2所示，料桶701的出料端与计量泵702的进口端相连通，计量泵702的活塞杆与气缸703的活塞杆相连，计量泵702的出料口与出胶管704的进口端相连，出胶管704的出口端与浸渍槽的进胶口相连通，气缸与电器控制箱105电气连接。在网格模具3中安装有用于对注胶后的复合材料纤维网格半固化的加热装置5（加热温度应控制在固化率不超过60%为宜），在网格模具3上安装有用于将半固化后的复合材料纤维网格与网格模具3分开的脱模机构，可采用在网格线下部加装液压或气动顶块来加以实现，在网格模具3的一两侧设有一个用于将纬线铺放机10出口端的复合材料纤维切断的切断机构，切断机构或采用安装在X向导轨上移动的割刀或直接安装在X向导轨一侧的能上下移动的切断刀加以实现；烘箱8安装在网格模具3的出口端，半固化的复合材料纤维网格脱模后在牵引装置的作用下进入烘箱8中进行固化定型后进入收卷机构9收卷，即得到图3所示的成品。 

    实施例二。 

一种高强度连续复合材料纤维网格的制备方法，它包括以下步骤： 

将复合材料纤维（碳纤维、玻璃纤维、玄武纤维或芳纶纤维等高性能复合材料）分别交替从对应的纱架上引出，由经向（X向）铺放机和纬向（Y向）铺放机牵引分层铺设复合材料纤维，相邻经向和续向的距离可调并由成品（图3）的参数值决定，铺放到设定的股数后，铺放机停止铺纱，供胶装置7开始供胶，使网格线上充满胶水，此时启动加热装置到60%固化温度，同时启动压料去胶装置在网格模具上移动将多余的胶水去掉并将胶水中的气泡挤出，加热到半固化状态，启动网格模具两侧的（X向）的切断装置将续线切断以便于半固化的网格在牵引装置的牵引下进入烘箱8中进一步完成固化，固化结束后网格制品进入收卷机构收卷。本发明的工作原理是：

   用自动辅放机将碳纤维在网格模具3的模腔内沿0℃与90℃方向交错连续铺放，碳纤维上下叠加，左右碳纤维交错，整体的网状结构，然后与树脂浸润合成加温固化复合成网状热固性复合材料网格。网格并通过连续成型工艺方法，获得连续卷状的高强度碳纤维网格。纤维与合成树脂浸渍固化由自动脱模装置自动起模，然后自动收卷，再由纤维自动辅放浸渍固化，重复过程就形成连续化生产得到连续纤维网格卷状形式制品11。   

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 (8)

1.一种高强度连续复合材料纤维网格，其特征是组成网格的纵向筋条和横向筋条由诺干层垂直交替铺放的复合材料纤维固化形成。

2.一种权利要求1所述的高强度连续复合材料纤维网格用生产线，其特征是它包括纱架（2）、经线铺放机（1）、纬线铺放机（10）、网格模具（3）、供胶装置（7）、烘箱（8）和收卷机构（9），经线铺放机（1）和纬线铺放机（10）垂直布置在网格模具（3）上并交替进行复合材料纤维的铺放以形成待注胶成形的网格状复合材料纤维，经线铺放机（1）和纬线铺放机（10）由各自的纱架（2）供纱；在网格模具（3）的一端安装有能沿经线方向或纬经方向移动的用于去掉热固性胶及胶中气泡的压料去胶辊（6），供胶装置（7）用于在经向复合材料纤维和纬向复合材料纤维铺设到设定值后向形成的网格线注胶；在网格模具（3）中安装有用于对注胶后的复合材料纤维网格半固化的加热装置（5），在网格模具（3）上安装有用于将半固化后的复合材料纤维网格与网格模具（3）分开的脱模机构，在网格模具（3）的一侧设有一个用于将纬线铺放机（10）出口端的复合材料纤维切断的切断机构；烘箱（8）安装在网格模具（3）的出口端，半固化的复合材料纤维网格脱模后在牵引装置的作用下进入烘箱（8）中进行固化定型后进入收卷机构（9）收卷。

3.根据权利要求2所述的生产线，其特征是所述的网格模具（3）中加热装置（5）的固化率不超过60%，便于重复网格接合点的连续性。

4.根据权利要求2所述的生产线，其特征是所述的经线铺放机（1）安装在网格模具（3）两侧的X向导轨上，纬线铺放机（10）安装在网格模具（3）两端的Y向导轨上。

5.根据权利要求4所述的生产线，其特征是所述的Y向导轨架设或悬置在网格模具（3）的上方。

6.根据权利要求2所述的生产线，其特征是所述的经线铺放机（1）和纬线铺放机（10）的铺放速度为0.15-0.3m／s 。

7.一种权利要求1所述的高强度连续复合材料纤维网格的制备方法，其特征是将复合材料纤维分别交替从对应的纱架上引出，由经向（X向）铺放机和纬向（Y向）铺放机牵引分层铺设复合材料纤维，相邻经向和续向的距离可调并由成品的参数值决定，铺放到设定的股数后，铺放机停止铺纱，供胶装置开始供胶，使模具中的纤维浸渍完全，同时启动压料去胶装置在网格模具上移动将多余的胶水去掉并将胶水中的气泡挤出，此时启动加热装置到不超过60%固化温度，加热到半固化状态，启动网格模具一侧的的切断装置将续线切断以便于半固化的网格在牵引装置的牵引下进入烘箱中进一步完成固化，固化结束后网格制品进入收卷机构收卷。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是所述的复合材料纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武纤维或芳纶纤维中的一种或几种的组合。