CN105196571A - 一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，包括：流胶板(1)、送入托板(3)、接收托板(10)、支架(11)、上辊(12)、下辊(13)、丝杆(18)、同步传动机构等部件；下辊(13)位置固定，通过丝杆(18)的转动带动移动板(17)，使与移动板(17)连接的上辊(12)上下移动，上辊(12)调节到位后，沿支架滑轨(26)移动张紧同步带轮支架(25)，使同步带(23)始终保持张紧状态。本发明实现了复合材料含胶量的量化控制和调节，提高了单块材料含胶量的均匀性及同批次材料含胶量的一致性，提高生产效率，并实现了树脂胶液的回收再利用。

Description

一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置

技术领域

本发明涉及一种制备复合材料的挤胶装置。

背景技术

复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一。三维纤维增强复合材料是指以在空间相互交织形成不分层的整体结构的三维纤维为增强体，树脂为基体固化成型的复合材料，具有重量轻，比强度高，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优异的综合特性，厚度方向有一组经纱连接克服了铺层复合材料和蜂窝夹层复合材料易分层这一致命弱点，具有良好的层间性能与抗冲击性能，在国防和国民经济各领域得到了广泛应用。

制备三维纤维增强树脂基复合材料的常用方法是将选定的三维纤维增强体放入配置好的树脂溶液充分浸渍，挤胶后形成复合体，然后干燥固化制得坯件，最后机加制得制品。该方案制备的复合材料的树脂含量及分布的均匀性是通过三维纤维增强体充分浸渍树脂溶液后的挤胶操作来保证的。目前挤胶方式为手工挤胶，主要存在以下问题：

(1)手工挤胶效率低，且对操作者技能水平与身体素质要求高。三维纤维增强体充分浸渍树脂溶液后，一名操作者将其提起悬在胶槽上方，另一名操作者用双手从两面同时从上往下挤压增强体，使其内部的多余的树脂溶液挤出，滴入胶槽中。挤完一遍后需要将三维纤维增强体翻转180度，再重复一遍，使树脂溶液在三维纤维增强体内部尽可能分布均匀。两位操作熟练的人员相互配合，每完成一块材料的挤胶大约需要30秒，且每连续工作30分钟需要休息一次。

(2)单块材料内部含胶量的均匀性差，难以量化。一方面，同一名操作者在双手挤胶时对力度把控不一致造成单块材料不同部位树脂溶液分布不均匀，另一方面，操作者将其提起悬在胶槽上方时由于树脂溶液在重力作用下往下流动造成下部的含量高于上部，尽管过程中翻转180度重复一遍，但这种不均匀仍然存在。

(3)同批次复合材料之间含胶量的一致性差，难以控制。一方面，操作者挤胶时随着操作时间的增加，胳膊疲劳造成批次之间力度把控不一致，另一方面，不同的挤胶操作者制备的材料之间树脂含量不一致。

然而，现有带上下辊的机械装置也不能满足工艺需求，主要缺点有：

(1)上下辊的间距无法根据需要自由调节，无法实现复合材料含胶量的量化控制与调节，更不能适应不同厚度的产品需要。

(2)上下辊转动方向单一，无法根据需要进行顺时针或者逆时针转动，无法实现产品的多次快速挤胶，效率低。

(3)没有多余胶液收集再利用系统，树脂胶液浪费严重，污染生产现场，增加生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种三维纤维增强复合材料的挤胶装置，本发明实现了复合材料含胶量的量化控制和调节，提高了单块材料含胶量的均匀性及同批次材料含胶量的一致性，提高生产效率，并实现了树脂胶液的回收再利用。

本发明所采用的技术方案是：一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，包括：流胶板、流胶板座、送入托板、可调节托板支架、支撑轴、轴承底座、上辊滑块、滑块连接板、接收托板、支架、上辊、下辊、手动手轮、顶板、移动板、丝杆、调距手轮、同步传动机构；移动板两端与滑块连接板连接，上辊滑块安装在滑块连接板上；顶板两端通过支撑轴固定在支架上，安装有轴承底座的上辊滑块安装在支撑轴上，上辊的连接轴两端与轴承底座连接；丝杠一端与调距手轮相连，另一端穿过移动板固定安装在顶板上；下辊位于在上辊下方，下辊的连接轴两端分别安装在支架上且能够转动，连接轴的一端与手动手轮连接，另一端与同步传动机构连接，使得上辊和下辊实现反方向同步转动；送入托板和接收托板分别安装在下辊两侧且通过可调节托板支架固定在支架上；流胶板位于下辊下方的支架上，流胶板底座安装在支架上，用于支撑流胶板且调节流胶板的水平位置及倾角。

所述的同步传动机构包括：同步带轮、啮合齿轮、同步带、张紧同步带轮、张紧同步带轮支架、张紧同步带轮支架滑轨；同步带轮的轴与下辊连接轴未与手动手轮连接的一端共同固定在轴承固定座上，同步带轮的轴位于下辊连接轴的上方；两个啮合齿轮分别安装在下辊的连接轴和同步带轮的轴上，两个同步带轮分别安装在同步带轮的轴上和上辊连接轴的一端；张紧同步带轮支架一端安装张紧同步带轮，另一端安装在支架滑轨上；支架滑轨位于下辊轴端下方的支架上，张紧同步带轮支架的滑动方向与两个同步带轮的中心连线垂直；同步带套在同步带轮及张紧同步带轮上且由张紧同步带轮张紧。

所述两个啮合齿轮为外啮合。

所述流胶板伸出支架的一端侧边中间开有流胶孔，用于胶液流出。

所述的挤胶装置还包括滑块连接轴，滑块连接板通过滑块连接轴与上辊滑块连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明装置具有上下辊的间距调节系统，利用丝杠及齿轮传动系统的调节，能适应不同厚度的产品，满足不同的含胶量要求。根据三维纤维增强体的厚度数据，确定挤胶辊间距数据，从而控制含胶量，并大幅提高单块材料含胶量的均匀性和批次材料含胶量的一致性，使得单块材料含胶量的均匀性提升到100％，批次材料含胶量的一致性提升到99％。

(2)本发明装置解决了现有技术中上下辊转动方向单一的问题，通过齿轮传动系统和上辊、下辊的配合，可根据需要顺时针或者逆时针旋转手动手轮，对所需生产的复合材料施加前驱力或者后驱力，使复合材料可以根据需要前进或者后退，实现产品的多次快速挤胶，有效提高挤胶效率。

(3)本发明装置设计了多余胶液收集再利用系统，在生产过程中，通过调节可调节托板支架改变送入托板和接收托板的高度和倾角、调节流胶板底座控制流胶板的位置和倾角，同时配合流胶板上的流胶孔，共同完成多余胶液的回收和利用，消除胶液浪费现象，提高了树脂胶液的利用率，降低了生产成本、降低污染。

(4)本发明装置构成简单，使用过程中各部件承力小，各部分对材料要求低，装置制造成本低；机械化程度高，操作方便，挤胶效率比原来提高60倍，显著提高生产效率，降低生产成本，具有较好的经济效益，可以在三维纤维增强复合材料成型领域广泛推广。

附图说明

图1为本发明挤胶装置的结构示意图。

图2为本发明挤胶装置的正视图。

图3为本发明挤胶装置的侧视图。

图4为本发明挤胶装置的后视图。

图5为本发明中齿轮传动系统局部放大图。

具体实施方式

一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，包括：流胶板1、流胶板座2、送入托板3、可调节托板支架4、支撑轴5、轴承底座6、上辊滑块7、滑块连接轴8、滑块连接板9、接收托板10、支架11、上辊12、下辊13、手动手轮14、流胶孔15、顶板16、移动板17、丝杆18、调距手轮19、同步传动机构。

如图1、图2所示，支架11为框架结构；移动板17两端与滑块连接板9螺接，滑块连接板9通过滑块连接轴8与上辊滑块7连接，此种铰链连接方式可降低对零件的加工精度和装配精度的要求，提高设备的可操作性；顶板16两端通过支撑轴5固定在支架11上，上辊滑块7安装在支撑轴5上，上辊12的连接轴两端与固定在上辊滑块7上的轴承底座6连接，轴承底座6内安装滑动轴承；丝杠18一端与调距手轮19相连，另一端穿过移动板17的中心，丝杠18的轴承座固定安装在顶板16的中心处。

下辊13安装在上辊12下方，下辊13的连接轴两端分别安装在支架11上层框架结构的两个平行边框的中心处且能够转动，连接轴的一端与手动手轮14连接，另一端安装在轴承座上且伸出一段；下辊13两侧分布有送入托板3和接收托板10，送入托板3和接收托板10分别通过可调节托板支架4固定在支架11上，送入托板3、接收托板10可通过托板支架4调节高度、倾角和与下辊13的间距；流胶板1位于下辊13、送入托板3和接收托板10的下方支架11上，流胶板1伸出支架11的一端侧边中间开有流胶孔15，通过位于流胶板1下方且安装在支架11上的流胶板底座2调节相对于水平面的倾角和水平位置。

下辊13的连接轴伸出轴承座的一段上安装有同步传动机构，使得上辊12和下辊13实现反方向同步转动。同步传动机构包括：同步带轮20、啮合齿轮21、同步带23、张紧同步带轮24、张紧同步带轮支架25、张紧同步带轮支架滑轨26，如图3、图4、图5所示，同步带轮20的轴与下辊13的连接轴伸出的一段安装在同一个轴承固定座上，同步带轮20的轴位于下辊13连接轴伸出段的上方，两个啮合齿轮21分别安装在下辊13连接轴伸出段和同步带轮20的轴上，两个啮合齿轮21为外啮合，同步带轮20的轴上安装一个同步带轮20，位于同步带轮20的轴上方的上辊12一端的轴上安装另一个同步带轮20；啮合齿轮21靠近下辊13，安装在同步带轮20的轴上的同步带轮20在啮合齿轮21的外侧；张紧同步带轮24安装在张紧同步带轮支架25一端，张紧同步带轮支架25的另一端安装在支架滑轨26上，张紧同步带轮支架25可以在支架滑轨26上滑动，支架滑轨26位于下辊13的连接轴伸出段的下方支架11上，滑动方向与上辊12和下辊13的同步带轮20中心连线垂直，同步带23套在上下两个同步带轮20及张紧同步带轮24上且由张紧同步带轮24张紧。

上辊12与下辊13间距可调，具体方法为：下辊13位置固定，上辊12可通过上辊滑块7沿支撑轴5上下滑动；两辊间距通过手动旋转与丝杠18连接的调距手轮19调节，丝杆18的转动带动移动板17，使通过轴承底座6与移动板17连接的上辊12能够上下移动。调节上辊12与下辊13间距前，先手动松开张紧同步带轮支架25，上辊12调节到位后，沿支架滑轨26移动张紧同步带轮支架25，使同步带23始终保持张紧状态，手动锁紧张紧同步带轮支架25。根据需要顺时针或者逆时针旋转手动手轮14，上辊12与下辊13便同步顺时针或者逆时针反向旋转，对所需生产的复合材料施加前驱力或者后驱力，使所需生产的复合材料可以根据需要前进或者后退。

挤胶方式为调节上辊12与下辊13间距，使其小于所需生产的复合材料厚度，上辊12与下辊13同步转动，拖动并挤压复合材料，使多余胶液挤出，从而控制产品的含胶量，保证所需生产的复合材料中胶液分布均匀性及批次一致性。

多余胶液可收集再利用，具体方式为挤胶装置工作时，送入托板3、接收托板10、上辊12、下辊13多余胶液均流入流胶板1统一收集。送入托板3远离下辊13端高于靠近下辊13端，其上多余胶液从远离下辊13端向靠近下辊13端流动，最终沿送入托板3靠近下辊13端的折边流下，流入下方的流胶板1；接收托板10靠近下辊端低于远离下辊端，其上多余胶液从远离下辊端向靠近下辊端流动，最终沿接收托板10靠近下辊端的折边流下，流入下方的流胶板1；流胶板1位于下辊13及两托板下方，接收所有流下的胶液，流胶板1位于送入托板3下方的一侧低于位于接收托板10下方的一侧，胶液自流胶孔15流出回到浸渍机构。

本发明的挤胶装置的使用过程如下：

(1)将本发明装置摆放到树脂溶液胶槽旁边，保证流胶板1与流胶孔15处于胶槽上方；

(2)根据三维纤维增强体的厚度5～75mm、树脂溶液浓度1wt％～60wt％及固化后复合材料的目标树脂含量3wt％～60wt％三种数据，得出上辊12与下辊13的间距数据为3～55mm；

(3)转动调距手轮19，转动丝杠18，调节上辊12与下辊13的间距并固定，调整张紧同步带轮24，张紧同步带23；

(4)将三维纤维增强体充分浸胶后获得的复合体从胶槽取出送入本发明挤胶装置的送入托板3，并使复合体前边与上辊12、下辊13接触；

(5)摇动手动手轮14，使步骤(4)中的复合体通过同步转动但转动方向相反的上辊12与下辊13之间的间隙后到达接收托板10，挤出的胶液流入流胶板1，从流胶孔15流出回到胶槽；

(6)将步骤(5)中获得的复合体翻转180°置于接收托板10，并使复合体的前边与上辊12、下辊13接触；

(7)反向摇动手动手轮14，使步骤(6)中获得的复合体通过上辊12与下辊13后到达送入托板3，挤出的胶液流入流胶板1，从流胶孔15流出回到胶槽，完成挤胶操作。

下面一个实施例详细的说明本发明挤胶装置的使用过程：

(1)将本发明装置摆放到树脂溶液胶槽旁边，保证流胶板1与流胶孔15处于胶槽上方；

(2)根据三维纤维增强体的厚度25mm、树脂溶液浓度10wt％及固化后复合材料的目标树脂含量8wt％三种数据，确定上辊12与下辊13的间距数据为17mm；

(3)转动调距手轮19，转动丝杠18，调节上辊12与下辊13的间距17mm并固定，调整张紧同步带轮24，张紧同步带23；

(4)将三维纤维增强体充分浸胶后获得的复合体从胶槽取出送入本发明挤胶装置的送入托板3，并使复合体前边与上辊12、下辊13接触；

(5)顺时针摇动手动手轮14，使步骤4中复合体通过同步转动但转动方向相反上辊12与下辊13后到达接收托板10，挤出的胶液流入流胶板1，从流胶孔15流出回到胶槽；

(6)将步骤(5)中获得的复合体翻转180°置于接收托板10，并使复合体的前边与上辊12、下辊13接触；

(7)逆时针摇动手动手轮14，使步骤(6)中获得的复合体通过上辊12与下辊13后到达送入托板3，挤出的胶液流入流胶板1，从流胶孔15流出回到胶槽，完成挤胶操作。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，其特征在于，包括：流胶板(1)、流胶板座(2)、送入托板(3)、可调节托板支架(4)、支撑轴(5)、轴承底座(6)、上辊滑块(7)、滑块连接板(9)、接收托板(10)、支架(11)、上辊(12)、下辊(13)、手动手轮(14)、顶板(16)、移动板(17)、丝杆(18)、调距手轮(19)、同步传动机构；移动板(17)两端与滑块连接板(9)连接，上辊滑块(7)安装在滑块连接板(9)上；顶板(16)两端通过支撑轴(5)固定在支架(11)上，安装有轴承底座(6)的上辊滑块(7)安装在支撑轴(5)上，上辊(12)的连接轴两端与轴承底座(6)连接；丝杠(18)一端与调距手轮(19)相连，另一端穿过移动板(17)固定安装在顶板(16)上；下辊(13)位于在上辊(12)下方，下辊(13)的连接轴两端分别安装在支架(11)上且能够转动，连接轴的一端与手动手轮(14)连接，另一端与同步传动机构连接，使得上辊(12)和下辊(13)实现反方向同步转动；送入托板(3)和接收托板(10)分别安装在下辊(13)两侧且通过可调节托板支架(4)固定在支架(11)上；流胶板(1)位于下辊(13)下方的支架(11)上，流胶板底座(2)安装在支架(11)上，用于支撑流胶板(1)且调节流胶板(1)的水平位置及倾角。

2.根据权利要求1所述的一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，其特征在于：所述的同步传动机构包括：同步带轮(20)、啮合齿轮(21)、同步带(23)、张紧同步带轮(24)、张紧同步带轮支架(25)、张紧同步带轮支架滑轨(26)；同步带轮(20)的轴与下辊(13)连接轴未与手动手轮(14)连接的一端共同固定在轴承固定座上，同步带轮(20)的轴位于下辊(13)连接轴的上方；两个啮合齿轮(21)分别安装在下辊(13)的连接轴和同步带轮(20)的轴上，两个同步带轮(20)分别安装在同步带轮(20)的轴上和上辊(12)连接轴的一端；张紧同步带轮支架(25)一端安装张紧同步带轮(24)，另一端安装在支架滑轨(26)上；支架滑轨(26)位于下辊(13)轴端下方的支架(11)上，张紧同步带轮支架(25)的滑动方向与两个同步带轮(20)的中心连线垂直；同步带(23)套在同步带轮(20)及张紧同步带轮(24)上且由张紧同步带轮(24)张紧。

3.根据权利要求1或2所述的一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，其特征在于：所述两个啮合齿轮(21)为外啮合。

4.根据权利要求3所述的一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，其特征在于：所述流胶板(1)伸出支架(11)的一端侧边中间开有流胶孔(15)，用于胶液流出。

5.根据权利要求1或2所述的一种制备三维纤维增强复合材料的挤胶装置，其特征在于：所述的挤胶装置还包括滑块连接轴(8)，滑块连接板(9)通过滑块连接轴(8)与上辊滑块(7)连接。