CN105252848B - 一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法，包括铺料平台、温控压板和切断成型装置，所述的铺料平台的一侧连接有成型机架，该成型机架内布置有传送装置，该传送装置的内部布置有温控压板，该温控压板分为左侧的热压段和右侧的冷压段，所述的成型机架的一侧连接有切断成型装置，该切断成型装置的一侧连接有传送托架；生产方法主要包括铺料、热压、冷压和裁切等步骤，自动化程度高。本发明涉及的生产线操作方便，能用于制造多种复合材料板材，自动化程度高，大大提高生产效率，用本发明生产的制品具备力学性能高，厚度均匀，尺寸稳定性好等优点。

Description

一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法
技术领域
本发明涉及纤维增强热塑性复合材料板材的生产领域，特别是涉及一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法。
背景技术
纤维增强热塑性片材(简称GMT)和长纤维增强热塑性材料(LFT-D)是以连续玻璃纤维毡或短切玻纤毡和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料，由于GMT具有轻质、耐腐蚀、抗冲击、易成型、可回来收等诸多特点，用途广泛，特别足受到汽车制造工艺的重视，因而近年来发展很快，在汽车内饰领域被广泛应用。
随着汽车行业的快速发展，在汽车制造过程中会有很多的GMT和LFT-D的边角料和废料出现，这些废料的量很大，而且处理困难，目前常用的方式的垃圾填埋或者焚烧。但是这些GMT和LFT-D是富含纤维的材料，如果将这些材料粉碎、加热熔融后进行模压成型就能生产出一种强度高，经久耐用的复合材料，这种高强度材料应用在很多领域，如承重托板或者支撑板等等。
目前，高水平连续纤维增强热塑性复合材料板材生产设备为双钢带连续压机。设备使用了链毯技术，温度控制为接触面传热，效率高；热传递均匀，成型的板材应力释放充分，产品外观平整，尺寸稳定性好，力学性能优异。
由于链毯加工工序复杂，对材料及制造精度要求高，好的链毯一米售价往往高达10万人民币，因此双钢带压机的价格让多数企业难以承受，大大限制了连续纤维增强热塑性复合材料板行业的发展。因此发明一种高性能，低价位的连续纤维增强热塑性复合材料板材生产设备，是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法，装置使用方便，能用于制造多种复合材料板材，能保证板材的强度，自动化程度高，大大提高生产效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线，包括铺料平台、温控压板和切断成型装置，所述的铺料平台的一侧连接有成型机架，该成型机架内布置有传送装置，该传送装置的内部布置有温控压板，该温控压板分为左侧的热压段和右侧的冷压段，所述的成型机架的一侧连接有切断成型装置，该切断成型装置的一侧连接有传送托架。
作为一种补充，所述的温控压板分为上温控压板和下温控压板，下温控压板为固定安装，所述的上温控压板通过油缸驱动上下移动。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的温控压板的热压段和冷压段分别连接油温加热机和循环水冷机，所述的温控压板的每一米为一个温控段，每个温控段单独控温。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的传送装置包括对称布置在温控压板两端的主辊，主辊包括上主辊和下主辊，两个上主辊和两个下主辊之间均通过循环传送带连接，所述的循环传送带从上温控压板和下温控压板之间通过，所述的主辊上均安装有伺服电机。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的温控压板左端的主辊与铺料平台之间布置有一对输送辊，其中一个输送辊为与伺服电机相连的传动辊，另一个为两端连接气缸的压辊。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，位于温控压板左侧的主辊上安装有纠偏装置，所述的纠偏装置包括分别与上主辊和下主辊的两端相连的纠偏油缸。
进一步的，所述的温控压板的上方和下方的循环传送带的内侧均匀安装有张紧装置，该张紧装置由张紧辊和张紧油缸组成，张紧辊为光面钢辊并通过张紧油缸来调节上下的位置。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的切断成型装置包括压紧装置、一把横刀、两把纵刀和轨道，所述的压紧装置为沿着轨道均匀布置的若干对辊轴，所述的横刀和纵刀均为高速转动的单刃铣刀，所述的横刀与板材同步移动。
一种纤维增强热塑性复合材料板材生产装置的生产方法，具体步骤如下：
(a)生产准备：按工艺要求将所需铺层物料放置于铺料平台，设置温控压板上热压段、冷压段各温控段温度，并设置上、下温控压板压制厚度，设置传送装置的输送速度，以及切断成型装置的裁切尺寸；
(b)铺料：将在铺料台上铺好的物料，由传送装置定长送入温控压板的热压段；
(c)热压：温控压板的上温控压板下压开始对进入温控压板热压段的物料定厚加热加压，到工艺设定时间后，上温控压板抬起，传送装置同步运动将物料送入热压段下一温控段，上温控压板下压，依此循环直至物料完全通过热压段；
(d)冷压：上温控压板抬起，传送装置运动使热压段物料进入冷压段，上温控压板下压，物料开始定型冷却，到工艺设定时间后，上温控压板抬起，传送装置将物料送入冷压段下一温控段，依此循环直至物料完全通过冷压段；
(e)裁切：上温控压板抬起，传送装置运动，使成型板材从冷压段进入切断成型装置，板材通过切断装置两把纵刀，切除两边边角余料，同时横刀移动到设定尺寸位置与板材同步运动，同时横向切断板材，产品通过切断装置输送至托架，得到最终产品。
作为补充，在步骤中传送装置将铺好的物料送入温控压板的热压段的过程中纠偏装置通过对主辊两端纠偏油缸压力和行程的控制来调节主辊纠偏角度。
有益效果
本发明涉及一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法，装置使用方便，能用于制造多种复合材料板材，能保证板材的强度，自动化程度高，大大提高生产效率，本装置不需要使用链毯结构而具有链毯的优点，制造成本远远低于链毯，而且复合板材具有尺寸精度高、外观好、轻质、高强、高抗冲的特性。
附图说明
图1是本发明的立体结构图；
图2是本发明所述的铺料平台的结构图
图3是本发明所述的温控压板的结构图；
图4是本发明所述的机架的结构图；
图5是本发明所述的传送机构的结构图；
图6是本发明所述的切断成型装置的结构图。
图示：1、铺料平台；2、输送辊；3、温控压板；4、油温加热机；5、循环水冷机；6、循环传送带；7、成型机架；8、主辊；9、张紧装置；10、纠偏装置；11、伺服电机；12、切断成型装置；13、传送托架；1-1、双工位放卷机；1-2、导向压辊；1-3、张力控制器；1-4、铺料台；1-5、铺料平台机架；3-1、下温控压板；3-2、上温控压板；3-3、压板油缸；3-4、冷却水入口；3-5、冷却水出口；3-6、导热油入口；3-7、导热油出口；3-8、热压段；3-9、冷压段；7-1、前机架；7-2、后机架；7-3、连接横梁；9-1、张紧辊；9-2、张紧油缸；10-1、纠偏油缸；12-1、纵刀；12-2、横刀；12-3、轨道；12-4、压紧装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1-6所示，本发明的实施方式涉及一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线及生产方法，其中生产线包括铺料平台1、温控压板3和切断成型装置12，所述的铺料平台1的一侧连接有成型机架7，该成型机架7内布置有传送装置，该传送装置的内部布置有温控压板3，该温控压板3分为左侧的热压段3-8和右侧的冷压段3-9，所述的成型机架7的一侧连接有切断成型装置12，该切断成型装置12的一侧连接有传送托架13。
这里的铺料平台1包括双工位放卷机1-1、铺料台1-4和铺料平台机架1-5，放卷机带有磁粉刹车系统，可防止卷材输送停止时，由于惯性放卷机不能及时停下的问题，每组双工位放卷机对应一跟导向压辊1-2和一组张力控制器1-3，卷材经放卷机放卷，导向压辊1-2导向，张力控制器1-3调节张力后进入铺料台，与非卷材物料在铺料台上按工艺要求铺设。
这里的成型机架7包括前机架7-1、后机架7-2、连接横梁7-3，机器的传送装置安装在机架上、机架的设计具备足够的刚性，最大变形量不超过1mm，前机架、后机架、连接横梁均为组合件，各部分可拆装，安装方便，拆卸容易。
作为一种补充，所述的温控压板3分为上温控压板3-2和下温控压板3-1，下温控压板3-1为固定安装，所述的上温控压板3-2通过压板油缸3-3驱动上下移动，上温控压板3-2和下温控压板3-1为两块同等规格的温控压板，长度为5-10米，宽度为1-2米，厚度为0.1-0.15m，下温控压板3-1为固定压板，上温控压板为活动压板，可通过压板油缸运动抬起和下压，上温控压板3-2与下温控压板3-1间设有限厚功能，上温控压板3-2与压板油缸3-3相连，每隔1米设有一对压板油缸3-3，油缸直径80-250mm，油缸压力0-25MPa可自由调节，油缸行程0-300mm可自由调节；
所述的上温控压板3-2和下温控压板3-1上相应的位置布置有冷却水入口3-4、冷却水出口3-5、导热油入口3-6和导热油出口3-7。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的温控压板3的热压段和冷压段分别连接油温加热机4和循环水冷机5，所述的温控压板3的每一米为一个温控段，每个温控段单独控温，根据不同的材料所需加热时间和冷却时间的不一致，需要调整热压段3-8与冷压段3-9的长度，可通过控制各温控段通油或通水来实现，油温机油温上限为350℃，加热总功率与温控压板热压段面积比值大≥30KW/m2，油温机有多路导热油出口，每路导热油可单独设置油温；水冷机水温下限为10℃，冷水流量为50立方/小时。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的传送装置包括对称布置在温控压板3两端的主辊8，主辊8包括上主辊和下主辊，两个上主辊和两个下主辊之间均通过循环传送带6连接，所述的循环传送带6从上温控压板和下温控压板之间通过，所述的主辊8上均安装有伺服电机11，循环传送带6的厚度为0.3-1.2mm，根据产品工艺需求可选择钢带或特氟龙带，设备主辊8共4只，主辊辊径为600-1000mm，主辊具备足够的刚性和表面光滑度，壁厚不小于30mm。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的温控压板3左端的主辊8与铺料平台1之间布置有一对输送辊2，其中一个输送辊2为与伺服电机相连的传动辊，另一个为两端连接气缸的压辊，所述的传动辊和压辊均为包胶辊，铺设好的物料进入传动辊与包胶压辊之间，汽缸下压，启动电机，传送装置的线速度与循环传送带6的线速度一致且同步运行。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，位于温控压板3左侧的主辊8上安装有纠偏装置10，所述的纠偏装置10包括分别与上主辊和下主辊的两端相连的纠偏油缸10-1。
进一步的，所述的温控压板3的上方和下方的循环传送带6的内侧均匀安装有张紧装置9，该张紧装置9由张紧辊9-1和张紧油缸9-2组成，张紧辊9-1为光面钢辊并通过张紧油缸9-2来调节上下的位置，张紧辊9-1的辊径为100-200mm、壁厚不小于20mm的光面钢辊，张紧辊9-1通过张紧油缸9-2调节上下位置来达到张紧效果，所述张紧辊9-1每5米不少于1根。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的切断成型装置12包括压紧装置12-4、一把横刀12-2、两把纵刀12-1和轨道12-3，所述的压紧装置12-4为沿着轨道12-3均匀布置的若干对辊轴，所述的横刀12-2和纵刀12-1均为高速转动的单刃铣刀，所述的横刀12-2与板材同步移动，单刃铣刀的转速为5000-20000转/分钟，裁切时可保护纤维不受损伤。通过轨道调整纵刀的位置调整裁切宽度，裁切压紧板材横刀与板材同步移动，过调整横刀的切割位置调整裁切长度。
本专利中所述的托架13具有一排传送辊，辊径为80mm，距为0.4m。
实施例1
作为本发明的第一个实施例，需要加工的产品的数据如下表一：
表一
具体的操作步骤如下：
(a)设备参数选择：按生产需求选择设备铺料平台1长度10m，包含5组放卷机构；选择传动、输送装置最大线速度1.5m/s；选择温控压板3长度10m，宽度1.6m，厚度0.15m，压板油缸3-3直径150mm，限厚高度4.1mm；选择油温机4加热功率250kw；选择循环传送带为0.5mm厚特氟龙带；选择主辊8直径1m，壁厚35mm；张紧辊9-1直径150mm，壁厚20mm；选择伺服驱动减速电机功率1.5kw；选择托架13长度8m；
(b)工艺参数设定：设置输送辊速度与循环传送带6速度同步1m/s，每次传动距离2.5m，每次传动间隔45S；设置前5个温控区通导热油，热压段3-8长度为5m，油温200℃，设置后5个温控区通冷却水，冷压段3-9长度为5m，水温10℃；设置温控压板3限厚高度为4.1mm；设置压板油缸3-3行程为50mm；设置裁切装置横刀12-2、纵刀12-1转速12000转/分钟，纵刀12-1裁切宽度1220mm，横刀12-2裁切长度2440mm；
(c)生产准备：将5卷0.35mm厚1300宽连续纤维增强聚丙烯单向带0°方向安装到放卷架上，同时将裁切好的1300*1300单向带(90°方向)放置于铺料平台旁，5卷(0°)单向带卷材经放卷机放卷，导向辊导向，张力器调节张力后进入铺料台，0°与90°单向带在铺料台上按照0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°0°的铺料次序铺设好，90°单向带对接时不可有缝隙。将铺好的物料放入输送装置，输送压辊下压夹紧后，启动循环传送带，输送装置同步运动，物料进入温控压板热压段；
(d)热压：上温控压板3-2下压开始对进入温控压板热压段3-8的物料定厚加热加压，到工艺设定时间后，上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动将物料送入热压段3-8下一温控段，上温控压板下压，依此循环直至物料完全通过热压段3-8；
(e)冷压：上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动，热压段3-8物料进入冷压段3-9，上温控压板3-2下压，物料开始定型冷却，到工艺设定时间后，上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动将物料送入冷压段下一温控段，依此循环直至物料完全通过冷压段3-9；
(f)裁切：上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动，成型板材从冷压段3-9进入切断装置，板材通过切断装置两把纵刀12-1，切除两边边角余料，同时横刀12-2移动到设定尺寸位置与板材同步运动，同时横向切断板材，产品通过切断装置输送至托架，得到最终产品。
最终产品性能如下表二
检测项目 单位 测试结果 测试标准
拉伸强度 MPa 279.8 GB/T1447
弯曲强度 MPa 298..6 GB/T1449
弯曲模量 GPa 12.7 GB/T1449
吸水率 ％ 0.36 GB/T1462
邵氏硬度 D 80 GB/T2411
缺口冲击强度 KJ/m2 115 GB/T1451
热变形温度 ℃ 157 GB/T1634.2
实施例2
作为本发明的第二个实施例，需要加工的产品的数据如下表三：
具体的操作步骤如下：
(a)设备参数选择：按生产需求选择设备铺料平台1长度6m，包含4组放卷机构；选择传动、输送装置线速度1.5m/s；选择温控压板3长度8m，宽度1.2m，厚度0.12m，压板油缸3-3直径80mm，限厚高度26mm；选择油温机4加热功率150kw；选择循环传送带6为0.5mm厚、1.1m宽钢带；选择主辊8直径0.6m，壁厚30mm；张紧辊9-1直径100mm，壁厚20mm；选择伺服驱动减速电机功率0.75kw；选择托架13长度4m；
(b)工艺参数设定：设置输送辊速度与循环传送带6速度同步1m/s，每次传动距离1.5m，每次传动间隔20S；设置前4个温控区通导热油，热压段3-8长度为4m，油温200℃，设置后3个温控区通冷却水，冷压段3-9长度为5m，水温10℃；设置温控压板限厚高度为4.1mm；设置压板油缸3-3行程为60mm；设置裁切装置横刀12-2、纵刀12-1转速15000转/分钟，纵刀12-2裁切宽度1000mm，横刀12-2裁切长度2000mm；
(c)生产准备：将2卷0.5mm厚1050宽连续纤维增强聚丙烯单向带0°方向和2卷0.5mm厚1050宽PP片安装到放卷架上，同时将裁切好的1050*1050单向带(90°方向)放置于铺料平台旁，2卷0°单向带和2卷PP片卷材经放卷机放卷，导向辊导向，张力器调节张力后进入铺料台，与90°单向带在铺料台上按照PP片/0°单向带/90°单向带/PP蜂窝板/90°单向带/0°单向带/PP片的铺料次序铺设好，90°单向带对接时不可有缝隙。将铺好的物料放入输送装置，输送压辊下压夹紧后，启动循环传送带，输送装置同步运动，物料进入温控压板热压段；
(d)热压：上温控压板3-2下压开始对进入温控压板热压段3-8的物料定厚加热加压，到工艺设定时间后，上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动将物料送入热压段3-8下一温控段，上温控压板下压，依此循环直至物料完全通过热压段3-8；
(e)冷压：上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动，热压段3-8物料进入冷压段3-9，上温控压板3-2下压，物料开始定型冷却，到工艺设定时间后，上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动将物料送入冷压段下一温控段，依此循环直至物料完全通过冷压段3-9；
(f)裁切：上温控压板3-2抬起，传动装置与输送辊同步运动，成型板材从冷压段3-9进入切断装置，板材通过切断装置两把纵刀12-1，切除两边边角余料，同时横刀12-2移动到设定尺寸位置与板材同步运动，同时横向切断板材，产品通过切断装置输送至托架，得到最终产品。
本次实施例得出的最终产品性能如下表四
检测项目 单位 测试结果 测试标准
剪切强度 MPa 0.49 GB/T1455-2005
平拉强度 MPa 1.3 GB/T1452-2005
压缩强度 MPa 1.8 GB/T1453-2005
压缩模量 MPa 50 GB/T1453-2005
弯曲强度 MPa 9.3 GB/T1456-2005
剥离强度 N/mm 145 GB/T1457-2005
冲击强度 KJ/m2 25 GB/T1451
本专利所述的生产线使用方便，能用于制造多种复合材料板材，能保证板材的强度，自动化程度高，大大提高生产效率，本装置不需要使用链毯结构而具有链毯的优点，制造成本远远低于链毯，而且复合板材具有尺寸精度高、外观好、轻质、高强、高抗冲的特性。

Claims (9)

1.一种纤维增强热塑性复合材料板材生产线，包括铺料平台(1)、温控压板(3)和切断成型装置(12)，其特征在于，所述的铺料平台(1)的一侧连接有成型机架(7)，该成型机架(7)内布置有传送装置，该传送装置的内部布置有温控压板(3)，该温控压板(3)分为左侧的热压段(3-8)和右侧的冷压段(3-9)，所述的成型机架(7)的一侧连接有切断成型装置(12)，该切断成型装置(12)的一侧连接有传送托架(13)，所述的温控压板(3)的热压段和冷压段分别连接油温加热机(4)和循环水冷机(5)，所述的温控压板(3)的每一米为一个温控段，每个温控段单独控温。
2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线，其特征在于：所述的温控压板(3)分为上温控压板(3-2)和下温控压板(3-1)，下温控压板(3-1)为固定安装，所述的上温控压板(3-2)通过油缸驱动上下移动。
3.根据权利要求2所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线，其特征在于：所述的传送装置包括对称布置在温控压板(3)两端的主辊(8)，主辊(8)包括上主辊和下主辊，两个上主辊和两个下主辊之间均通过循环传送带(6)连接，所述的循环传送带(6)从上温控压板和下温控压板之间通过，且主辊(8)上均安装有伺服电机(11)。
4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线，其特征在于：所述的温控压板(3)左端的主辊(8)与铺料平台(1)之间布置有一对输送辊(2)，其中一个输送辊(2)为与伺服电机相连的传动辊，另一个为两端连接气缸的压辊。
5.根据权利要求3所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线，其特征在于：位于温控压板(3)左侧的主辊(8)上安装有纠偏装置(10)，所述的纠偏装置(10)包括分别与上主辊和下主辊的两端相连的纠偏油缸(10-1)。
6.根据权利要求3所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线，其特征在于：所述的温控压板(3)的上方和下方的循环传送带(6)的内侧均匀安装有张紧装置(9)，该张紧装置(9)由张紧辊(9-1)和张紧油缸(9-2)组成，张紧辊(9-1)为光面钢辊并通过张紧油缸(9-2)来调节上下的位置。
7.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线，其特征在于：所述的切断成型装置(12)包括压紧装置(12-4)、一把横刀(12-2)、两把纵刀(12-1)和轨道(12-3)，所述的压紧装置(12-4)为沿着轨道(12-3)均匀布置的若干对辊轴，所述的横刀(12-2)和纵刀(12-1)均为高速转动的单刃铣刀，所述的横刀(12-2)与板材同步移动。
8.一种根据权利要求5所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线的生产方法，具体步骤如下：
(a)生产准备：按工艺要求将所需铺层物料放置于铺料平台(1)，设置温控压板(3)上热压段(3-8)、冷压段(3-9)各温控段温度，并设置上、下温控压板压制厚度，设置传送装置的输送速度，以及切断成型装置(12)的裁切尺寸；
(b)铺料：将在铺料台上铺好的物料，由传送装置定长送入温控压板(3)的热压段；
(c)热压：温控压板(3)的上温控压板(3-2)下压开始对进入温控压板热压段(3-8)的物料定厚加热加压，到工艺设定时间后，上温控压板(3-2)抬起，传送装置同步运动将物料送入热压段(3-8)下一温控段，上温控压板(3-2)下压，依此循环直至物料完全通过热压段(3-8)；
(d)冷压：上温控压板(3-2)抬起，传送装置运动使热压段物料进入冷压段(3-9)，上温控压板(3-2)下压，物料开始定型冷却，到工艺设定时间后，上温控压板(3-2)抬起，传送装置将物料送入冷压段(3-9)下一温控段，依此循环直至物料完全通过冷压段(3-9)；
(e)裁切：上温控压板(3-2)抬起，传送装置运动，使成型板材从冷压段(3-9)进入切断成型装置(12)，板材通过切断装置两把纵刀(12-1)，切除两边边角余料，同时横刀(12-2)移动到设定尺寸位置与板材同步运动，同时横向切断板材，产品通过切断装置输送至托架，得到最终产品。
9.根据权利要求8所述的纤维增强热塑性复合材料板材生产线的生产方法，其特征在于，在步骤(b)中传送装置将铺好的物料送入温控压板(3)的热压段的过程中纠偏装置(10)通过对主辊(8)两端纠偏油缸(10-1)压力和行程的控制来调节主辊(8)纠偏角度。
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