CN104494170B - 一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线及生产方法，生产线由纤维放卷装置、前端牵引装置、水浸装置、预热装置、薄膜放卷装置、热压装置、薄膜收卷装置，后端牵引装置及单向带收卷装置依次衔接构成；生产方法为：纤维牵引放纱；纤维水浸；纤维预热；热压；牵引收卷。采用本生产线及生产方法，在纤维纱放卷后，浸入到浸液中，在常温下，滚动的浸液中树脂粉末粘满在纤维纱中的每一根纤维表面上；然后预热烘干，使树脂粉末熔化成胶滴状，凝结在纤维的表面上；然后再经热压装置，使每根纤维之间的树脂的分子链与分子链连接，并排出气泡，这样，树脂全部浸渍于所有纤维中，使纤维连接为一体，形成热塑性复合材料预浸料单向带。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性复合材料生产技术领域，特别涉及一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线及生产方法。
背景技术
目前，在航天航空技术领域使用的复合材料有传统的热固性复合材料和较先进的高性能热塑性复合材料。其中热固性复合材料以增强纤维为载体，采用的树脂基为环氧类树脂，熔化温度80℃，成型固化120℃温度，所需固化时间为8小时，并且成型时需要较昂贵的热压罐设备。热固性复材环境友好性差并且废弃物难以回收处理，这些条件制约它在应用上的扩展。而先进的热塑性复材与热固性复合材料相比，其增强纤维不变，仅是树脂发生改变，但是热塑性复合材料与热固性复合材料相比，其在强度、韧性、耐腐蚀、耐热性能、抗蠕变、抗损伤、抗冲击的多方面的性能均优于热固性复合材料。
目前，在国内对热固性复合材料的生产及应用已经比较成熟，但在热塑性复合材料的应用与开发上还处于比较落后的阶段。目前，对于热塑性复合材料的使用还主要依赖进口，而上世纪60年代开始，高性能连续纤维增强热塑性复合材料已受到欧美日发达国家重视，并取得许多突破性进展，目前较普遍的应用于航天航空领域。
尽管国内对热固性复合材料的生产已经有比较成熟的技术，但由于热固性复合材料使用的环氧类树脂在熔化温度下流动性较好，可渗透于纤维间，而热塑性复合材料的树脂为高分子粉末状，例如PEEK(聚醚醚酮)，其在常温下为白色粉末，在340℃熔化温度时，融化为粘稠的胶状物，流动性较差，不能自动渗透于纤维之间。因此现有的热固性复合材料的生产方法和生产设备不适用于热塑性复合材料的生产，因此，自主研发热塑性复合材料预浸料的生产设备及生产方法对我国航天事业的发展是非常必要的。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线及生产方法，由该生产线及生产方法生产的预浸料单向带具有强度高、韧性好、耐腐蚀、耐热性能高、抗蠕变、抗损伤、抗冲击的特性。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：按照纤维纱的走向，所述生产线由纤维放卷装置、前端牵引装置、水浸装置、预热装置、薄膜放卷装置、热压装置、薄膜收卷装置，后端牵引装置及单向带收卷装置依次衔接构成；
所述纤维放卷装置包括放纱机架，所述放纱机架由放纱底架和设置在放纱底架上端的放纱立架构成；包括支撑在放纱立架上的一组或上下布置的多组纱卷支撑装置，每组纱卷支撑装置均包括用于支撑纱卷的纱筒芯轴和安装在纱筒芯轴端部的制动器构成；包括支撑在放纱立架上使纤维纱以固定方向输出给前端牵引装置的一组或多组导纱装置，导纱装置与纱卷支撑装置一一对应；
所述前端牵引装置包括前牵引机架，所述前牵引机架由前牵引底架和设置在前牵引底架上端的前牵引立架构成；包括前牵引部件，所述前牵引部件由支撑在前牵引立架一侧的前输入牵引辊和前输出牵引辊、设置在前牵引立架另一侧的前牵引电机及将前牵引电机的动力传递给前输入牵引辊和前输出牵引辊的前牵引传动机构构成，前输出牵引辊和前输入牵引辊上下错开布置；包括前端张力检测部件，前端张力检测部件设置在前输入牵引辊的前端或设置在前输出牵引辊的后端；
所述水浸装置包括浸槽基座，在浸槽基座上支撑有装浸液的水浸槽，在浸槽基座上靠近水浸槽两端的部位分别设有将纤维纱引入到水浸槽内的输入导辊和将纤维纱引出水浸槽的输出导辊；包括将纤维纱压入到水浸槽内的槽内导纱组件，所述槽内导纱组件由槽内导纱基架、导纱基架上下调节机构及伸入到水浸槽内的多个槽内导辊构成，槽内导纱基架由设置在浸槽基座上端的顶架及设置在顶架下端、且伸入到水浸槽内的多组导纱立架构成，多个槽内导辊一一支撑在多组导纱立架上靠近下端部位；包括能使水浸槽内的浸液呈滚动状态的浸液循环系统；
所述预热装置包括预热基座，在预热基座的上端支撑有预热筒或预热箱体，在预热筒或预热箱体的中心设有供纤维纱穿过的通孔；
所述薄膜放卷装置包括放膜机架，所述放膜机架由放膜底架和设置在放膜底架上端的放膜立架构成；包括悬臂支撑在放膜立架上的数组过渡空间支架，在数组过渡空间支架上支撑有过渡筒，在过渡筒上设有供纤维纱穿过的中心通孔；包括分别设置在过渡筒上方和下方的上膜放卷部件和下膜放卷部件；所述上膜放卷部件由用于支撑上放膜卷的上放膜卷支撑架、上放膜导轮支撑架及支撑在上放膜导轮支撑架上的数个上放膜导轮构成；所述下膜放卷部件由用于支撑下放膜卷的下放膜卷支撑架、下放膜导轮支撑架及支撑在下放膜导轮支撑架上的数个下放膜导轮构成，数个上放膜导轮和数个下放膜导轮均上下依次交替布置；在所述过渡筒的中心通孔的出口端设有上放膜输出导辊和下放膜输出导辊；
所述热压装置包括热压机架，在热压机架的上端按照纤维纱的走向固定有数组按间距设置的热压辊支撑架，每组热压辊支撑架均由左侧架和右侧架构成；包括支撑在热压机架上端的高温箱体，高温箱体设置在数组热压辊支撑架的两侧架之间，高温箱体的一端设有将纤维纱、上膜和下膜引入的进口，其相对的另一端设有将纤维纱、上膜和下膜引出的出口；包括与数组热压辊支撑架一一对应的数组热压组件，每组热压组件均由上、下两热压辊及分别支撑两热压辊的上压辊支撑轴和下压辊支撑轴构成，上、下两压辊支撑轴均通过设置在两端的轴承座支撑在对应的热压辊支撑架上，上、下两热压辊均置于高温箱体内；包括固定在热压机架上端与数组热压组件一一对应的数个热压辊驱动电机，每个热压辊驱动电机的输出端均连接一热压传动机构，热压传动机构与对应热压组件的上、下压辊支撑轴驱动连接；
所述薄膜收卷装置包括收膜机架，所述收膜机架由收膜底架和设置在收膜底架上端的收膜立架构成；包括上膜收卷部件和下膜收卷部件；上膜收卷部件包括上膜收卷托架，在上膜收卷托架上端安装有上收膜卷支撑架、上收膜导轮支撑架，在上收膜卷支撑架上安装有上收膜卷支撑轴及与该支撑轴驱动连接的上收膜电机，在上收膜导轮支撑架上支撑有数个上收膜导轮；下膜收卷部件包括下膜收卷托架，在下膜收卷托架上端安装有下收膜卷支撑架、下收膜导轮支撑架，在下收膜卷支撑架上安装有下收膜卷支撑轴及与该支撑轴驱动连接的下收膜电机，在下收膜导轮支撑架上支撑有数个下收膜导轮；上膜收卷托架和下膜收卷托架固定在收膜立架的一侧，数个上收膜导轮和数个下收膜导轮均上下依次交替布置；所述上膜收卷部件还包括将上膜引入到上收膜导轮的上收膜导膜辊，所述上收膜导膜辊支撑在上收膜导膜辊支架上；所述下膜收卷部件还包括下收膜导膜辊，所述下收膜导膜辊支撑在下收膜导膜辊支架上，两收膜导膜辊支架悬臂支撑在收膜机架上靠近热压装置的一端；
所述后端牵引装置包括后牵引机架，所述后牵引机架由后牵引底架和设置在后牵引底架上端的后牵引立架构成；包括后牵引部件，所述后牵引部件由支撑在后牵引立架一侧的后输入端牵引辊和后输出牵引辊、设置在后牵引立架另一侧的后牵引电机及将后牵引电机的动力传递给后输入牵引辊和后输出牵引辊的后牵引传动机构构成，后输出牵引辊和后输入牵引辊上下错开布置；包括后端张力检测部件，后端张拉检测部件设置在后输入牵引辊的前端或设置在后输出牵引辊的后端；
所述单向带收卷装置包括收卷箱体，在收卷箱体上安装有一组或上下布置的多组收卷组件；每组收卷组件包括收卷支撑轴、与收卷支撑轴驱动连接的收卷电机，多个收卷导轮和螺旋导带装置，收卷电机设置在箱体内部，收卷支撑轴、多个收卷导轮和螺旋导带装置设置在箱体的一侧。
本发明还可以采取的技术方案为：
纤维放卷装置中的每组导纱装置包括按照纤维纱的走向前后依次布置的导纱筒、多个导纱槽轮，导纱筒和多个导纱槽轮分别通过导纱芯轴及对应的导纱槽轮支架支撑在放纱立架上。
所述水浸装置中的导纱基架上下调节机构由安装在浸槽基座两侧的多个垂直设置的下拉气缸构成，下拉气缸的推杆端与导纱基架的顶架固定连接。
在浸槽基座上位于输出导辊的前端设有挤水装置，所述挤水装置包括定挤压辊、动挤压辊、固定支架、活动支架及推压气缸构成，固定支架和推压气缸固装在水浸槽基座的上端面，活动支架与推压气缸的推杆端固连，定挤压辊和动挤压辊分别支撑在固定支架和活动支架的上端。
所述浸液循环系统由设置在水浸槽下端的循环泵及安装在水浸槽内、且分别位于纤维纱经过路径的上方和下方的两排喷管连接构成，循环泵的进水口通过管路与水浸槽的内腔连通，循环泵的出水口通过管路与上下两排喷管连通。
所述上膜收卷部件还包括上纠偏托架，在上纠偏托架上固装有上纠偏电机，上纠偏电机输出端与上收膜导轮支撑架驱动连接；所述下膜收卷部件还包括下纠偏托架，在下纠偏托架上固装有下纠偏电机，下纠偏电机输出端与下收膜导轮支撑架驱动连接；上纠偏托架和下纠偏托架均固定在收膜立架的另一侧；上收膜卷支撑架、上收膜导轮支撑架通过直线导轨副同步滑动安装在上膜收卷托架上端；下收膜卷支撑架、下收膜导轮支撑架通过直线导轨副同步滑动安装在下膜收卷托架上端。
所述热压装置中的热压传动机构通过上、下两万向轴与对应热压组件的上压辊支撑轴和下压辊支撑轴驱动连接；每组热压组件中的上压辊支撑轴两端的轴承座固定安装在对应的热压辊支撑架上，下压辊支撑轴两端的轴承座上下可移动的安装在对应的热压辊支撑架上；所述热压装置还包括与下压管辊支撑轴两端的轴承座分别连接的推顶油缸，推顶油缸安装在热压机架的对应侧边上。
所述前端张力检测部件和后端张力检测部件均包括张力检测支撑板和呈三角形布置的三个导轮，三个导轮采用一上两下的方式布置或采用两上一下的方式布置；当采用一上两下的方式布置时，下方两个导轮分别支撑在固定于张力检测支撑板上的两导轮轴上，上方导轮支撑在上下可移动式支撑在张力检测支撑板上的导轮轴上，在上方导轮的正下方安装有张力检测传感器；当采用两上一下的方式布置时，上方两个导轮分别支撑在固定于张力检测支撑板上的两导轮轴上，下方导轮支撑在上下可移动式支撑在张力检测支撑板上的导轮轴上，在下方导轮的正上方安装有张力检测传感器。
一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产方法，其特征在于，该生产方法利用上述权利要求所述的生产线来完成，主要包括以下步骤：
1)纤维牵引放纱：支撑在纤维放卷装置的纱筒芯轴上的卷状纤维纱经导纱装置、前牵引装置的前牵引部件、前牵引装置的前端张拉检测部件后连续不断的输送给后续设备，纤维纱在向后续设备输送的过程中，通过前端张力检测部件及时检测纤维纱的放卷张力，通过设在纱筒芯轴端部的制动器来自动调节纤维纱的放卷张力；
2)纤维水浸：将放卷后的纤维纱引入到装浸液的水浸槽中，对纤维纱进行水浸，使浸液中的树脂粉末均匀地落在每根纤维的表面；
3)纤维预热：将浸有树脂粉末的湿纤维引入到预热箱或预热筒内，对湿纤维进行预热烘干，并使树脂粉末熔化，树脂粉末形成胶滴状，凝结在纤维的表面上。
4)热压：支撑在薄膜放卷装置上的上、下薄膜进行放卷，使带有胶滴状树脂的纤维纱夹在上下两层薄膜之间进入热压装置的高温箱体内，在高温箱体内进行多道热压辊的热压，将树脂胶滴压散进入纤维之间，使纤维纱形成热塑性预浸料单向带；
5)牵引收卷：上、下两侧层薄膜经薄膜收卷装置牵引出，并完成上、下膜收卷，同时热压成型的热塑性预浸料单向带被后端牵引装置牵引出，最后通过单向带收卷装置完成收卷。
本发明具有的优点和积极效果是：
采用本生产线及生产方法，在纤维纱放卷后，浸入到由树脂粉末和水组成的浸液中，在常温下，滚动的浸液使树脂粉末粘满纤维纱中的每一根纤维表面，提前为热压做好准备；然后预热烘干，使树脂粉末熔化成胶滴状，凝结在纤维的表面上；然后再经热压装置，在多组热压辊的作用下，每根纤维之间的树脂的分子链与分子链连接，并排出气泡，这样，树脂全部浸渍于所有纤维中，并是纤维连接为一体，形成热塑性复合材料预浸料单向带。由本生产线及生产方法生产的热塑性复合材料预浸料单向带具有有强度高、韧性好、耐腐蚀、耐热性能高、抗蠕变、抗损伤、抗冲击等多方面的特性。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是图1中纤维放卷装置的结构示意图
图3是图2的左视图；
图4是图1中前端牵引装置的结构示意图；
图5是图4的左视图；
图6是图1中水浸装置的结构示意图；
图7是图6的右视图；
图8是图1中预热装置的结构示意图；
图9是图1中薄膜放卷装置的结构示意图；
图10是图1中热压装置的结构示意图；
图11是图10的左视图；
图12是图1中薄膜收卷装置的结构示意图；
图13是图12的左视图；
图14是后端牵引装置的示意图；
图15是图14的左视图；
图16是图1中单向带收卷装置的结构示意图。
图中：1、纤维放卷装置；1-1、放纱机架；1-1-1、放纱底架；1-1-2、放纱立架；1-2、纱卷支撑装置；1-2-1、纱筒芯轴；1-2-2、制动器；1-3、导纱装置；1-3-1、导纱筒；1-3-2、导纱槽轮；1-3-3、导纱芯轴；1-3-4、导纱槽轮支架；2、前端牵引装置；2-1、前牵引机架；2-1-1、前牵引底架；2-1-2、前牵引立架；2-2、前牵引部件；2-2-1、前输入牵引辊；2-2-2、前输出牵引辊；2-2-3、前牵引电机；2-2-4、前牵引传动机构；2-3、前端张力检测部件；3、水浸装置；3-1、浸槽基座；3-2、水浸槽；3-3、输入导辊；3-4、输出导辊；3-5、槽内导纱组件；3-5-1、槽内导纱基架；3-5-2、导纱基架上下调节机构；3-5-3、槽内导辊；3-6、浸液循环系统；3-6-1、循环泵；3-6-2、喷管；3-7、挤水装置；3-7-1、定挤压辊；3-7-2、动挤压辊；3-7-3、固定支架；3-7-4、活动支架；3-7-5、推压气缸；4、预热装置；4-1、预热基座；4-2、预热筒；5、薄膜放卷装置；5-1、放膜机架；5-1-1、放膜底架；5-1-2、放膜立架；5-2、过渡空间支架；5-3、过渡筒；5-4、上膜放卷部件；5-4-1、上放膜卷支撑架；5-4-2、上放膜导轮支撑架；5-4-3、上放膜导轮；5-5、下膜放卷部件；5-5-1、下放膜卷支撑架；5-5-2、下放膜导轮支撑架；5-5-3、下放膜导轮；5-6、上放膜输出导辊；5-7、下放膜输出导辊；6、热压装置；6-1、热压机架；6-2、热压辊支撑架；6-2-1、左侧架；6-2-2、右侧架；6-3、高温箱体；6-4、热压组件；6-4-1、上热压辊；6-4-2、下热压辊；6-4-3、上压辊支撑轴；6-4-4、下压辊支撑轴；6-5、热压辊驱动电机；6-6、热压传动机构；6-7、上部万向轴；6-8、下部万向轴；6-9、推顶油缸；7、薄膜收卷装置；7-1、收膜机架；7-1-1、收膜底架；7-1-2、收膜立架；7-2、上膜收卷部件；7-2-1、上膜收卷托架；7-2-2、上收膜卷支撑架；7-2-3、上收膜导轮支撑架；7-2-4、上收膜卷支撑轴；7-2-5、上收膜电机；7-2-6、上收膜导轮；7-2-7、上收膜导膜辊；7-2-8、上收膜导膜辊支架；7-2-9、上纠偏托架；7-2-10、上纠偏电机；7-3、下膜收卷部件；7-3-1、下膜收卷托架；7-3-2、下收膜卷支撑架；7-3-3、下收膜导轮支撑架；7-3-4、下收膜卷支撑轴；7-3-5、下收膜电机；7-3-6、下收膜导轮；7-3-7、下收膜导膜辊；7-3-8、下收膜导膜辊支架；7-3-9、下纠偏托架；7-3-10、下纠偏电机；8、后端牵引装置；8-1、后牵引机架；8-1-1、后牵引底架；8-1-2、后牵引立架；8-2、后牵引部件；8-2-1、后输入端牵引辊；8-2-2、后输出牵引辊；8-2-3、后牵引电机；8-2-4、后牵引传动机构；8-3、后端张力检测部件；9、单向带收卷装置；9-1、收卷箱体；9-2、收卷组件；9-2-1；收卷支撑轴；9-2-2、收卷导轮；9-2-3、螺旋导带装置；1’、纤维纱；2’、热塑性预浸料单向带；3’、上膜；4’、下膜。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
参阅图1-16，一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，由纤维放卷装置1、前端牵引装置2、水浸装置3、预热装置4、薄膜放卷装置5、热压装置6、薄膜收卷装置7、后端牵引装置8及单向带收卷装置9依次衔接构成，各装置的具体结构为：
所述纤维放卷装置，包括放纱机架1-1，所述放纱机架由放纱底架1-1-1和设置在放纱底架上端的放纱立架1-1-2构成；包括支撑在放纱立架上的一组或上下布置的多组纱卷支撑装置1-2，每组纱卷支撑装置均包括用于支撑纱卷的纱筒芯轴1-2-1和安装在纱筒芯轴端部的制动器1-2-2构成，其中制动器优选采用磁粉制动器。在实际使用时，一般采用上、下两组纱卷支撑装置即可，形成一用一备，这样当支撑在一组纱卷支撑装置上的纤维纱放纱完成后，可及时的衔接上另一组纱卷支撑装置上纤维纱，从而保证了生产线连续运行；包括支撑在放纱立架上使纤维纱以固定方向输出给前端牵引装置的一组或多组导纱装置1-3，导纱装置与纱卷支撑装置一一对应，即一组导纱装置对应于一组纱卷支撑装置。
所述前端牵引装置包括前牵引机架2-1，所述前牵引机架由前牵引底架2-1-1和设置在前牵引底架上端的前牵引立架2-1-2构成；包括前牵引部件2-2，所述前牵引部件由支撑在前牵引立架一侧的前输入牵引辊2-2-1和前输出牵引辊2-2-2、设置在前牵引立架另一侧的前牵引电机2-2-3及将前牵引电机的动力传递给前输入牵引辊和前输出牵引辊的前牵引传动机构2-2-4构成，前牵引传动机构采用齿轮传动机构即可，前输出牵引辊和前输入牵引辊上下错开布置；包括前端张力检测部件2-3，前端张力检测部件设置在前输入牵引辊的前端或设置在前输出牵引辊的后端，具体的，当前端张力检测部件设置在前输入牵引辊的前端时，由纤维放卷装置释放的纤维纱先经过前端张力检测部件，然后经过前输入牵引辊，最后经过前输出牵引辊；当前端张力检测部件设置在前输出牵引辊的后端时，由纤维放卷装置释放的纤维纱先经过前输入牵引辊件，然后经过前输出牵引辊，最后经过前端张力检测部；上述前输出牵引辊和前输入牵引辊采用上下错开布置的结构，保证了纤维纱以较大的包角缠绕在两牵引辊上。
所述水浸装置包括浸槽基座3-1，在浸槽基座上支撑有装浸液的水浸槽3-2，在浸槽基座上靠近水浸槽两端的部位分别设有将纤维纱引入到水浸槽内的输入导辊3-3和将纤维纱引出水浸槽的输出导辊3-4；包括将纤维纱压入到水浸槽内的槽内导纱组件3-5，所述槽内导纱组件由槽内导纱基架3-5-1、导纱基架上下调节机构3-5-2及伸入到水浸槽内的多个槽内导辊3-5-3构成，槽内导纱基架由设置在浸槽基座上端的顶架及设置在顶架下端、且伸入到水浸槽内的多组导纱立架构成，多个槽内导辊一一支撑在多组导纱立架上靠近下端部位；包括能使水浸槽内的浸液呈滚动状态的浸液循环系统3-6。
所述预热装置包括预热基座4-1，在预热基座的上端支撑有预热筒4-2或预热箱体，在预热筒或预热箱体的中心设有供纤维纱穿过的通孔。预热筒或预热箱体可采用电加热、蒸汽加热等现有的多种方式进行加热。
所述薄膜放卷装置包括放膜机架5-1，所述放膜机架由放膜底架5-1-1和设置在放膜底架上端的放膜立架5-1-2构成；包括悬臂支撑在放膜立架上的数组过渡空间支架5-2，在数组过渡空间支架上支撑有过渡筒5-3，在过渡筒上设有供纤维纱穿过的中心通孔；包括分别设置在过渡筒上方和下方的上膜放卷部件5-4和下膜放卷部件5-5；所述上膜放卷部件由用于支撑上放膜卷的上放膜卷支撑架5-4-1、上放膜导轮支撑架5-4-2及支撑在上放膜导轮支撑架上的数个上放膜导轮5-4-3构成；所述下膜放卷部件由用于支撑下放膜卷的下放膜卷支撑架5-5-1、下放膜导轮支撑架5-5-2及支撑在下放膜导轮支撑架上的数个下放膜导轮5-5-3构成，数个上放膜导轮和数个下放膜导轮均上下依次交替布置；在所述过渡筒的中心通孔的出口端设有上放膜输出导辊5-6和下放膜输出导辊5-7。采用本薄膜放卷装置，上膜经上放膜卷支撑架引出后，上下依次绕过数个上放膜导轮，然后经上放膜输出导辊引入到后续的热压装置中，而下膜经下放膜卷支撑架引出后，上下依次绕过数个下放膜导轮，然后经下放膜输出导辊引入到后续的热压装置中，其中由过渡筒引出的纤维纱在过渡筒的出口端被设置在上膜与下膜之间，然后随上下膜一起引入到后续热压装置的高温箱体内。
所述热压装置包括热压机架6-1，在热压机架的上端按照纤维纱的走向固定有数组按间距设置的热压辊支撑架6-2，每组热压辊支撑架均由左侧架6-2-1和右侧架6-2-2构成；包括支撑在热压机架上端的高温箱体6-3，高温箱体设置在数组热压辊支撑架的两侧架之间，高温箱体的一端设有将纤维纱、上膜和下膜引入的进口，其相对的另一端设有将纤维纱、上膜和下膜引出的出口；包括与数组热压辊支撑架一一对应的数组热压组件6-4，每组热压组件由上热压辊6-4-1、下热压辊6-4-2、分别支撑两热压辊的上压辊支撑轴6-4-3和下压辊支撑轴6-4-4构成，上、下两压辊支撑轴均通过设置在两端的轴承座支撑在对应的热压辊支撑架上，上、下两热压辊均置于高温箱体内；包括固定在热压机架上端与数组热压组件一一对应的数个热压辊驱动电机6-5，每个热压辊驱动电机的输出端均连接一热压传动机构6-6，热压传动机构与对应热压组件的上、下压辊支撑轴驱动连接。上述高温箱体采用上、下连接的两分体结构，这样，当上分体开启后，在高温箱体的上端形成开口，就可通过开口将上述上热压辊和下热压辊放置到高温箱体内，然后，再关闭上分体即可。上述高温箱体可采用电加热方式进行加热，而上热压辊和下热压辊内注入高温热油进行加热。
所述薄膜收卷装置包括收膜机架7-1，所述收膜机架由收膜底架7-1-1和设置在收膜底架上端的收膜立架7-1-2构成；包括上膜收卷部件7-2和下膜收卷部件7-3；上膜收卷部件包括上膜收卷托架7-2-1，在上膜收卷托架上端安装有上收膜卷支撑架7-2-2、上收膜导轮支撑架7-2-3，在上收膜卷支撑架上安装有上收膜卷支撑轴7-2-4及与该支撑轴驱动连接的上收膜电机7-2-5，在上收膜导轮支撑架上支撑有数个上收膜导轮7-2-6；下膜收卷部件包括下膜收卷托架7-3-1，在下膜收卷托架上端安装有下收膜卷支撑架7-3-2、下收膜导轮支撑架7-3-3，在下收膜卷支撑架上安装有下收膜卷支撑轴7-3-4及与该支撑轴驱动连接的下收膜电机7-3-5，在下收膜导轮支撑架上支撑有数个下收膜导7-3-6；上膜收卷托架和下膜收卷托架固定在收膜立架的一侧，数个上收膜导轮和数个下收膜导轮均上下依次交替布置；所述上膜收卷部件还包括将上膜引入到上收膜导轮的上收膜导膜辊7-2-7，所述上收膜导膜辊支撑在上收膜导膜辊支架7-2-8；所述下膜收卷部件还包括下收膜导膜辊7-3-7，所述下收膜导膜辊支撑在下收膜导膜辊支架7-3-8，两收膜导膜辊支架悬臂支撑在收膜机架上靠近热压装置的一端。本薄膜收卷装置中的上膜收卷部件与上述薄膜放卷装置中的上膜放卷部件相配合，实现上膜的收卷和放卷，本薄膜收卷装置中的下膜收卷部件与上述薄膜放卷装置中的下膜放卷部件相配合同步也实现下膜的放卷与手卷。
所述后端牵引装置包括后牵引机架8-1，所述后牵引机架由后牵引底架8-1-1和设置在后牵引底架上端的后牵引立架8-1-2构成；包括后牵引部件8-2，所述后牵引部件由支撑在后牵引立架一侧的后输入端牵引辊8-2-1和后输出牵引辊8-2-2、设置在后牵引立架另一侧的后牵引电机8-2-3及将后牵引电机的动力传递给后输入牵引辊和后输出牵引辊的后牵引传动机构8-2-4构成，后输出牵引辊和后输入牵引辊上下错开布置；包括后端张力检测部件8-3，后端张拉检测部件设置在后输入牵引辊的前端或设置在后输出牵引辊的后端。
所述单向带收卷装置包括收卷箱体9-1，在收卷箱体上安装有一组或上下布置的多组收卷组件9-2。每组收卷组件包括收卷支撑轴9-2-1、与收卷支撑轴驱动连接的收卷电机，多个收卷导轮9-2-2和螺旋导带装置9-2-3，螺旋导带装置可参看现有技术。收卷电机设置在箱体内部，收卷支撑轴、多个收卷导轮和螺旋导带装置设置在箱体的一侧。采用本单向带收卷装置，由后端牵引装置输出的单向带先经过螺旋导带装置，然后依次经过多个收卷导轮，最后缠绕在支撑于收卷支撑轴上的收卷芯轴上，从而实现单向带的收卷。
上述结构中，纤维放卷装置中的每组导纱装置包括按照纤维纱的走向依次布置的导纱筒1-3-1、多个导纱槽轮1-3-2，导纱筒和多个导纱槽轮分别通过导纱芯轴1-3-3及对应的导纱槽轮支架1-3-4支撑在放纱立架上。
上述结构中，所述水浸装置中的导纱基架上下调节机构3-5-2由安装在浸槽基座两侧的多个垂直设置的下拉气缸构成，下拉气缸的推杆端与导纱基架的顶架固定连接。
上述结构中，在浸槽基座位于输出导辊的前端设有挤水装置3-7。所述挤水装置包括定挤压辊3-7-1、动挤压辊3-7-2、固定支架3-7-3、活动支架3-7-4及推压气缸3-7-5构成。固定支架和推压气缸固装在浸槽基座的上端面，活动支架与推压气缸的推杆端固连，定挤压辊和动挤压辊分别支撑在固定支架和活动支架的上端。采用挤水装置，经水浸后的纤维纱从定挤压辊与动挤压辊之间通过，在两挤压辊的挤压作用下，将纤维纱上多余的水和树脂粉末挤出，以便于控制纤维纱上树脂粉末的含量。
上述结构中，所述浸液循环系统由设置在水浸槽下端的循环泵3-6-1及安装在水浸槽内、且分别位于纤维纱经过路径的上方和下方的两排喷管3-6-2连接构成，每根喷管的管壁上均设有多个喷水孔，循环泵的进水口通过管路与水浸槽的内腔连通，循环泵的出水口通过管路与上下两排喷管连通。
上述结构中，所述上膜收卷部件还包括上纠偏托架7-2-9，在上纠偏托架上固装有上纠偏电机7-2-10，上纠偏电机输出端与上收膜导轮支撑架驱动连接；所述下膜收卷部件还包括下纠偏托架7-3-9，在下纠偏托架上固装有下纠偏电机7-3-10，下纠偏电机输出端与下收膜导轮支撑架驱动连接；上纠偏托架和下纠偏托架均固定在收膜立架的另一侧；上收膜卷支撑架、上收膜导轮支撑架通过直线导轨副同步滑动安装在上膜收卷托架上端，这样，在上纠偏电机的驱动下，可带动上收膜卷支撑架和上收膜导轮支撑架同步往复移动，从而带动上收膜卷及数个上收膜导轮同步往复移动，实现上收膜的纠偏，保证上膜收卷的整齐；下收膜卷支撑架、下收膜导轮支撑架通过直线导轨副同步滑动安装在下膜收卷托架上端，这样，在下纠偏电机的驱动下，可带动下收膜卷支撑架和下收膜导轮支撑架同步往复移动，从而带动下收膜卷及数个下收膜导轮同步往复移动，实现下收膜的纠偏，保证下膜收卷的整齐。
上述结构中，所述热压装置中的热压传动机构通过上、下两万向轴与对应热压组件的上压辊支撑轴和下压辊支撑轴驱动连接，即上部万向轴6-7与上压辊支撑轴连接，下部万向轴6-8与下压辊支撑轴连接；每组热压组件中的上压辊支撑轴两端的轴承座固定安装在对应的热压辊支撑架上，下压辊支撑轴两端的轴承座上下可移动的安装在对应的热压辊支撑架上；所述热压装置还包括与下压管辊支撑轴两端的轴承座分别连接的推顶油缸6-9，推顶油缸安装在热压机架的对应侧边上。这样，通过推动油缸可驱动对应下热压辊上下移动，从而改变上、下热压辊之间的间隙，这样就可就使从上、下压辊之间经过的纤维纱受到较适宜的压紧力。
上述结构中，所述前端张力检测部件和后端张力检测部件均包括张力检测支撑板和呈三角形布置的三个导轮，三个导轮按照一上两下的方式布置或按照两上一下的方式布置，其中一上两下的方式布置是指上方一个导轮和下方两个导轮，而两上一下的方式布置是指上方两个导轮和下方一个导轮。当三个导轮采用一上两下的方式布置时，下方两个导轮分别支撑在固定于张力检测支撑板上的两导轮轴上，上方导轮支撑在上下可移动式支撑在张力检测支撑板上的导轮轴上，即该导轮轴活动安装于设置在张力检测支撑板上的长孔内，在该导轮轴的下方安装弹性支撑件，比如压簧，在上方导轮的正下方安装有张力检测传感器。这样，当纤维纱或纤维带的张力较大时，会施加给上方导轮较大的下压力，当该下压力超过导轮下方的弹性支撑力时，在该下压力的作用下，会使上方导轮下移一定距离，这样设在下方的张力检测传感器就会检测到信号，该信号被本生产线的控制系统接收后，就会给相应的部件发出控制系统，具体的，对前端张力检测部件来说，就会切断前序纤维放卷装置制动器，这样就会加快放卷速度，从而减小纤维纱的张力，对于后端张力检测部件来说，就会降低单向带收卷装置中收卷电机的转速，从而降低收卷速度，进而减小纤维纱带的张力。当三个导轮采用两上一下的方式布置时，上方两个导轮分别支撑在固定于张力检测支撑板上的两导轮轴上，下方导轮支撑在上下可移动式支撑在张力检测支撑板上的导轮轴上，在下方导轮的正上方安装有张力检测传感器。三个导轮采用两上一下的方式布置，其工作原理与上述三个导轮采用一上两下的方式布置方式的工作原理相同，在此不再赘述。
一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产方法，其特征在于，该生产方法利用上述生产线来完成，主要包括以下步骤：
1)纤维牵引放纱：支撑在纤维放卷装置的纱筒芯轴上的卷状纤维纱经导纱装置、前牵引装置的前牵引部件、前牵引装置的前端张拉检测部件后连续不断的输送给后续设备，纤维纱在向后续设备输送的过程中，通过前端张力检测部件及时检测纤维纱的放卷张力，通过设在纱筒芯轴端部的制动器来自动调节纤维纱的放卷张力；
2)纤维水浸：将放卷后的纤维纱引入到装浸液的水浸槽中，对纤维纱进行水浸，使浸液中的树脂粉末均匀地落在每根纤维的表面；
3)纤维预热：将浸有树脂粉末的湿纤维引入到预热箱或预热筒内，对湿纤维进行预热烘干，并使树脂粉末熔化，树脂粉末形成胶滴状，凝结在纤维的表面上。
4)热压：支撑在薄膜放卷装置上的上、下薄膜进行放卷，使带有胶滴状树脂的纤维纱夹在上下两层薄膜之间进入热压装置的高温箱体内，在高温箱体内进行多道热压辊的热压，将树脂胶滴压散进入纤维之间，使纤维纱形成热塑性预浸料单向带；
5)牵引收卷：上、下两侧层薄膜经薄膜收卷装置牵引出，并完成上、下膜收卷，同时热压成型的热塑性预浸料单向带被后端牵引装置牵引出，最后通过单向带收卷装置完成收卷。
Claims (9)
1.一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：按照纤维纱的走向，所述生产线由纤维放卷装置、前端牵引装置、水浸装置、预热装置、薄膜放卷装置、热压装置、薄膜收卷装置，后端牵引装置及单向带收卷装置依次衔接构成；
所述纤维放卷装置包括放纱机架，所述放纱机架由放纱底架和设置在放纱底架上端的放纱立架构成；包括支撑在放纱立架上的一组或上下布置的多组纱卷支撑装置，每组纱卷支撑装置均包括用于支撑纱卷的纱筒芯轴和安装在纱筒芯轴端部的制动器构成；包括支撑在放纱立架上使纤维纱以固定方向输出给前端牵引装置的一组或多组导纱装置，导纱装置与纱卷支撑装置一一对应；
所述前端牵引装置包括前牵引机架，所述前牵引机架由前牵引底架和设置在前牵引底架上端的前牵引立架构成；包括前牵引部件，所述前牵引部件由支撑在前牵引立架一侧的前输入牵引辊和前输出牵引辊、设置在前牵引立架另一侧的前牵引电机及将前牵引电机的动力传递给前输入牵引辊和前输出牵引辊的前牵引传动机构构成，前输出牵引辊和前输入牵引辊上下错开布置；包括前端张力检测部件，前端张力检测部件设置在前输入牵引辊的前端或设置在前输出牵引辊的后端；
所述水浸装置包括浸槽基座，在浸槽基座上支撑有装浸液的水浸槽，在浸槽基座上靠近水浸槽两端的部位分别设有将纤维纱引入到水浸槽内的输入导辊和将纤维纱引出水浸槽的输出导辊；包括将纤维纱压入到水浸槽内的槽内导纱组件，所述槽内导纱组件由槽内导纱基架、导纱基架上下调节机构及伸入到水浸槽内的多个槽内导辊构成，槽内导纱基架由设置在浸槽基座上端的顶架及设置在顶架下端、且伸入到水浸槽内的多组导纱立架构成，多个槽内导辊一一支撑在多组导纱立架上靠近下端部位；包括能使水浸槽内的浸液呈滚动状态的浸液循环系统；
所述预热装置包括预热基座，在预热基座的上端支撑有预热筒或预热箱体，在预热筒或预热箱体的中心设有供纤维纱穿过的通孔；
所述薄膜放卷装置包括放膜机架，所述放膜机架由放膜底架和设置在放 膜底架上端的放膜立架构成；包括悬臂支撑在放膜立架上的数组过渡空间支架，在数组过渡空间支架上支撑有过渡筒，在过渡筒上设有供纤维纱穿过的中心通孔；包括分别设置在过渡筒上方和下方的上膜放卷部件和下膜放卷部件；所述上膜放卷部件由用于支撑上放膜卷的上放膜卷支撑架、上放膜导轮支撑架及支撑在上放膜导轮支撑架上的数个上放膜导轮构成；所述下膜放卷部件由用于支撑下放膜卷的下放膜卷支撑架、下放膜导轮支撑架及支撑在下放膜导轮支撑架上的数个下放膜导轮构成，数个上放膜导轮和数个下放膜导轮均上下依次交替布置；在所述过渡筒的中心通孔的出口端设有上放膜输出导辊和下放膜输出导辊；
所述热压装置包括热压机架，在热压机架的上端按照纤维纱的走向固定有数组按间距设置的热压辊支撑架，每组热压辊支撑架均由左侧架和右侧架构成；包括支撑在热压机架上端的高温箱体，高温箱体设置在数组热压辊支撑架的两侧架之间，高温箱体的一端设有将纤维纱、上膜和下膜引入的进口，其相对的另一端设有将纤维纱、上膜和下膜引出的出口；包括与数组热压辊支撑架一一对应的数组热压组件，每组热压组件均由上、下两热压辊及分别支撑两热压辊的上压辊支撑轴和下压辊支撑轴构成，上、下两压辊支撑轴均通过设置在两端的轴承座支撑在对应的热压辊支撑架上，上、下两热压辊均置于高温箱体内；包括固定在热压机架上端与数组热压组件一一对应的数个热压辊驱动电机，每个热压辊驱动电机的输出端均连接一热压传动机构，热压传动机构与对应热压组件的上、下压辊支撑轴驱动连接；
所述薄膜收卷装置包括收膜机架，所述收膜机架由收膜底架和设置在收膜底架上端的收膜立架构成；包括上膜收卷部件和下膜收卷部件；上膜收卷部件包括上膜收卷托架，在上膜收卷托架上端安装有上收膜卷支撑架、上收膜导轮支撑架，在上收膜卷支撑架上安装有上收膜卷支撑轴及与该支撑轴驱动连接的上收膜电机，在上收膜导轮支撑架上支撑有数个上收膜导轮；下膜收卷部件包括下膜收卷托架，在下膜收卷托架上端安装有下收膜卷支撑架、下收膜导轮支撑架，在下收膜卷支撑架上安装有下收膜卷支撑轴及与该支撑轴驱动连接的下收膜电机，在下收膜导轮支撑架上支撑有数个下收膜导轮；
上膜收卷托架和下膜收卷托架固定在收膜立架的一侧，数个上收膜导轮和数个下收膜导轮均上下依次交替布置；所述上膜收卷部件还包括将上膜引入到上收膜导轮的上收膜导膜辊，所述上收膜导膜辊支撑在上收膜导膜辊支架上；所述下膜收卷部件还包括下收膜导膜辊，所述下收膜导膜辊支撑在下收膜导膜辊支架上，两收膜导膜辊支架悬臂支撑在收膜机架上靠近热压装置的一端；
所述后端牵引装置包括后牵引机架，所述后牵引机架由后牵引底架和设置在后牵引底架上端的后牵引立架构成；包括后牵引部件，所述后牵引部件由支撑在后牵引立架一侧的后输入牵引辊和后输出牵引辊、设置在后牵引立架另一侧的后牵引电机及将后牵引电机的动力传递给后输入牵引辊和后输出牵引辊的后牵引传动机构构成，后输出牵引辊和后输入牵引辊上下错开布置；包括后端张力检测部件，后端张拉检测部件设置在后输入牵引辊的前端或设置在后输出牵引辊的后端；
所述单向带收卷装置包括收卷箱体，在收卷箱体上安装有一组或上下布置的多组收卷组件；每组收卷组件包括收卷支撑轴、与收卷支撑轴驱动连接的收卷电机，多个收卷导轮和螺旋导带装置，收卷电机设置在箱体内部，收卷支撑轴、多个收卷导轮和螺旋导带装置设置在箱体的一侧。
2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：纤维放卷装置中的每组导纱装置包括按照纤维纱的走向依次布置的导纱筒、多个导纱槽轮，导纱筒和多个导纱槽轮分别通过导纱芯轴及对应的导纱槽轮支架支撑在放纱立架上。
3.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：所述水浸装置中的导纱基架上下调节机构由安装在浸槽基座两侧的多个垂直设置的下拉气缸构成，下拉气缸的推杆端与导纱基架的顶架固定连接。
4.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：在浸槽基座上位于输出导辊的前端设有挤水装置，所述挤水装置包括定挤压辊、动挤压辊、固定支架、活动支架及推压气缸构成，固定支架 和推压气缸固装在水浸槽基座的上端面，活动支架与推压气缸的推杆端固连，定挤压辊和动挤压辊分别支撑在固定支架和活动支架的上端。
5.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：所述浸液循环系统由设置在水浸槽下端的循环泵及安装在水浸槽内、且分别位于纤维纱经过路径的上方和下方的两排喷管连接构成，循环泵的进水口通过管路与水浸槽的内腔连通，循环泵的出水口通过管路与上下两排喷管连通。
6.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：所述上膜收卷部件还包括上纠偏托架，在上纠偏托架上固装有上纠偏电机，上纠偏电机输出端与上收膜导轮支撑架驱动连接；所述下膜收卷部件还包括下纠偏托架，在下纠偏托架上固装有下纠偏电机，下纠偏电机输出端与下收膜导轮支撑架驱动连接；上纠偏托架和下纠偏托架均固定在收膜立架的另一侧；上收膜卷支撑架、上收膜导轮支撑架通过直线导轨副同步滑动安装在上膜收卷托架上端；下收膜卷支撑架、下收膜导轮支撑架通过直线导轨副同步滑动安装在下膜收卷托架上端。
7.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：所述热压装置中的热压传动机构通过上、下两万向轴与对应热压组件的上压辊支撑轴和下压辊支撑轴驱动连接；每组热压组件中的上压辊支撑轴两端的轴承座固定安装在对应的热压辊支撑架上，下压辊支撑轴两端的轴承座上下可移动的安装在对应的热压辊支撑架上；所述热压装置还包括与下压管辊支撑轴两端的轴承座分别连接的推顶油缸，推顶油缸安装在热压机架的对应侧边上。
8.根据权利要求1所述的热塑性复合材料预浸料单向带的生产线，其特征在于：所述前端张力检测部件和后端张力检测部件均包括张力检测支撑板和呈三角形布置的三个导轮，三个导轮采用一上两下的方式布置或采用两上一下的方式布置；当采用一上两下的方式布置时，下方两个导轮分别支撑在固定于张力检测支撑板上的两导轮轴上，上方导轮支撑在上下可移动式支撑在张力检测支撑板上的导轮轴上，在上方导轮的正下方安装有张力检测传 感器；当采用两上一下的方式布置时，上方两个导轮分别支撑在固定于张力检测支撑板上的两导轮轴上，下方导轮支撑在上下可移动式支撑在张力检测支撑板上的导轮轴上，在下方导轮的正上方安装有张力检测传感器。
9.一种热塑性复合材料预浸料单向带的生产方法，其特征在于，该生产方法利用上述权利要求所述的生产线来完成，主要包括以下步骤：
1)纤维牵引放纱：支撑在纤维放卷装置的纱筒芯轴上的卷状纤维纱经导纱装置、前牵引装置的前牵引部件、前牵引装置的前端张拉检测部件后连续不断的输送给后续设备，纤维纱在向后续设备输送的过程中，通过前端张力检测部件及时检测纤维纱的放卷张力，通过设在纱筒芯轴端部的制动器来自动调节纤维纱的放卷张力；
2)纤维水浸：将放卷后的纤维纱引入到装浸液的水浸槽中，对纤维纱进行水浸，使浸液中的树脂粉末均匀地落在每根纤维的表面；
3)纤维预热：将浸有树脂粉末的湿纤维引入到预热箱或预热筒内，对湿纤维进行预热烘干，并使树脂粉末熔化，树脂粉末形成胶滴状，凝结在纤维的表面；
4)热压：支撑在薄膜放卷装置上的上、下薄膜进行放卷，使带有胶滴状树脂的纤维纱夹在上下两层薄膜之间进入高温箱体内，在高温箱体内进行多道热压辊的热压，将树脂胶滴压散进入纤维之间，使纤维纱形成热塑性预浸料单向带；
5)牵引收卷：上、下两侧层薄膜经薄膜收卷装置牵引出，并完成薄膜收卷，同时热压成型的热塑性预浸料单向带被后端牵引装置牵引出，最后通过单向带收卷装置完成收卷。
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