CN105346104A - 一种短切浸胶纤维制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种短切浸胶纤维切割装置(树脂胶或者沥青等其他胶液)，具体涉及纤维浸胶工艺、烘干、集中切割的装置，包括纤维卷固定架、纤维浸胶环节、纤维烘干及切割环节；纤维卷固定架设置有多个滚轴及纤维导向栏，纤维通过导向栏之后要经过限位板来调节多条纤维之间的距离，然后经过滚轴引导进入胶液中，浸渍后的纤维经烘箱硬化，最后采用刀具将其切割成短条状并落入收集箱中。
Description
技术领域
本发明涉及纤维浸胶(树脂胶或者沥青等其他胶液)、烘干及切割的装置，具体涉及一种表面固化有胶液的短切纤维的制备装置，应用于以短切纤维作为增强体制备的复合材料，可用于汽车工业、建筑行业、石油化工行业、机电行业、电子电器等领域。
背景技术
随科学技术的飞速发展，在各个领域中要求材料具备的性能也越来越苛刻，高比强度、高比模量、抗氧化、抗腐蚀、低密度、良好的摩擦学性能的零件越来越受到关注。摩擦材料是机械装置最重要的安全单元之一，采用碳纤维增强陶瓷基复合材料制成的摩擦件不但具有摩擦系数高且稳定、磨损率小、制动比压大、导热性好等一系列优异性能，尤其克服了像C/C制动材料在静态或湿态情况下摩擦系数低的特点，能保证机械装置在高速运转、高摩擦热的制动安全性，提高摩擦材料的效率及使用寿命。由于其成本较高，仅适用于航空、航天飞行器。而民用低成本摩擦件主要以短切纤维作为增强体、树脂和各种粉体作为基体，再添加其他辅助添加剂来制备摩擦件，以取代传统铁基摩擦件不能满足苛刻的使用环境。建筑行业使用玄武岩短切纤维作为增强体来提高混凝土的强度已经得到了广泛使用；机电、电子行业使用的短切纤维掺杂的复合材料具有绝缘或者绝热的特殊性能。目前，短切纤维作为增强体制备的复合材料，使用于汽车工业、建筑行业、石油化工行业、机电行业、电子电器行业等具有广阔的市场及应用前景。
现如今，以短切纤维作为增强体来制造碳/陶复合材料的方法得到不少学者的青睐。申请号：CN201410841709.4的专利是关于一种实验室用碳纤维切割装置及其切割方法，该方法在底座上设计了一个挡板和定位板，两者之间通过丝杆连接，挡板底部设有凸起和底座凹槽匹配，切挡板可以自由在丝杆上滑动。定位板内侧固定一个切刀，底座上配有与切刀匹配的切刀槽。该专利的优点就是通过调整挡板和定位板之间的距离，可以任意调整碳纤维切割尺寸。纤维短小时可在挡塞得配合下切割精确的短小纤维，该切割装置结构简单，操作方便。该申请只能满足于实验室小批量的碳纤维使用，切割效率肯定低下，而且该切割装置在手动切割纤维时，没有压紧部件，纤维容易在底座凹槽中弯曲，导致切割的纤维长短误差较大。
发明内容
为了降低碳陶汽车刹车盘成本，优化浸胶纤维刹车盘预制体的制备工艺，本发明提供一种制备刹车盘预制体所用的浸胶短纤维批量生产装置。
本发明的短切浸胶纤维制备装置，其特殊之处在于：包括沿纤维丝出丝方向依次布置的纤维卷放置单元、限位板、浸胶导向部件、浸胶单元、挤胶导向部件、挤胶单元、烘干单元及切割单元；
所述纤维卷放置单元包括纤维卷固定架1，所述纤维固定架1的正面设置有多个用于放置纤维卷的固定轴3，所述纤维固定架的一侧或相对的两侧设置有排线板4；
所述限位板5用于将多个经过排线板的纤维丝限位使多个经过限位板5的纤维丝的高度差在排线板4高度范围内；
所述浸胶单元位于限位板5的斜下方，所述浸胶单元包括至少一个溶胶池7，每个溶胶池7内均设置有一个浸入胶液的溶胶滚轴，相邻两个溶胶池之间的上方还设置有一个溶胶导向部件；从限位板5出来的纤维丝经浸胶导向部件浸入浸胶单元，并经过浸胶单元的溶胶滚轴的底部进入溶胶导向部件或挤胶导向部件，
所述挤胶导向部件位于溶胶池7的上方，所述挤胶单元包括并排设置的两个挤胶辊11，所述挤胶单元位于溶胶池7的上方；经浸胶单元出来的纤维丝通过挤胶导向部件进入挤胶单元；
所述烘干单元设置在挤胶单元的上方，所述烘干单元包括箱体12、设置在箱体内的多个纤维丝导向部件、用于箱体温度调节的加热部件、设置在箱体底部的纤维丝入口及纤维丝出口、设置在箱体顶部的排气口15；从挤胶单元出来的纤维丝依次经纤维丝入口、多个纤维丝导向部件到纤维丝出口，在箱体12内进行烘干硬化，
经烘干后的纤维丝进入切割单元进行短切。
以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还可以做出以下优化限定：
上述溶胶池7的数量为2个，可以充分浸渍胶液。
上述纤维卷固定架1的数量为2个，且背靠背设置。
上述纤维卷固定架1的多个固定轴3多排分布，每一排的多个固定轴3不在同一水平面且每个固定轴3的轴心设置有反向拉紧配重。
上述排线板4由多个田子格组成，可以将高度差较大的纤维卷牵引出的纤维丝限定到排线板允许的范围内(不要接触排线板上下端面)，采用田字格结构不但能够较好将纤维丝的高、低位置的限制到排线板范围内，而且还能够限制左、右位置，防止相邻纤维丝相互缠绕。
上述浸胶导向部件及溶胶导向部件为辊轴6；所述挤胶导向部件为行星辊轴10，所述行星辊轴10包括中心圆柱及圆周分布在中心圆柱面上的直径为10-20mm的光滑圆柱杆，每个圆柱杆上开有多个宽度为4-8mm的梯形槽，梯形槽的开口直径大于槽底直径，多个光滑圆柱杆上的梯形槽对齐。
上述纤维丝导向部件包括三个行星辊轴10，三个行星辊轴在箱体内成等腰三角形分布，箱体靠上部位两个，靠下部位一个，可以延长纤维丝在箱体中的路径，保证纤维丝表面的树脂胶充分固化；所述箱体12的下方还设置有向箱体内部送风的鼓风扇14，所述加热部件设置在箱体的四周，排气口15位于箱体的正上方，采用四周加热可以保证箱体中上、下、左、右位置的温度均匀，采用下鼓风上排气的结构，可以将酒精等挥发气体充分排出。
上述溶胶池7中胶液的组成为：质量比：1份胶，1-3份酒精。
所述切割单元包括切割平台、压辊16、导轴17、主轴20、永磁体25、第一弹簧19、弹簧压块18、第二弹簧27、第一切刀21、第二切刀28及电磁驱动组件24；所述压辊16和导轴17设置在切割平台上分别用以限制和牵引纤维，
所述主轴20的上端通过第一弹簧19与主轴架连接，所述主轴20的下端固定有永磁体25，
所述主轴20靠近上端的位置设置有连接部26，所述弹簧压块18通过第二弹簧27与连接部连接，且弹簧压块正对切割平台；
所述第一切刀21固定连接在连接部26的下方，所述第二切刀28固定连接在切割平台的边缘，所述第一切刀21与第二切刀28配合进行纤维切割。
所述电磁驱动组件24在交变电流的作用下产生作用于永磁体的变化磁场，所述主轴20及弹簧压块18在交变电流作用下分别做上下、抬起及压紧的周期运动。
切割装置的工作原理：在交变电流控制下，一个安装在主轴20下方的螺线管24，在交变电流下产生NS极切换的磁力，对主轴下方的永磁体25周期性的产生吸引力和排斥力，使得主轴做抬起、吸下的周期往复运动。当主轴抬起时，导轴17牵引纤维向前移动设定的距离后停止，反向交变电流控制主轴下降，弹簧压块18压紧纤维，切刀21进行集中切割。
本发明与现有技术相比，优点是：
1、本发明提供了一种浸胶(树脂或者沥青)的短切纤维制备装置，解决了国内目前没有批量化生产这种浸胶短切纤维的问题，为学者们(工业生产)提供具有不同胶含量的短切纤维。
2、本发明革新了目前短切纤维生产效率低下的生产方法。如果滚轴长度为1.2m，切刀运行周期为5s，纤维放置数量为20-30根(相邻纤维间隔20mm，最多可以放置50根)，那么本发明5秒可以切割出20-30个短切纤维，这种生产速度要比目前分散的手工技术快得多。而且本发明均匀的运行速度，保证纤维表面左右方式挤胶均匀性较好。
3、本发明将多个纤维卷依次排列在放置架上(水平或者高低起伏放置、正反向牵引错开纤维丝)，不但放置纤维较多，而且节省占用面积。
4、本发明采用行星辊轴分离浸渍后的纤维减小了纤维和滚轴的接触面积，防止粘滚现象发生，采用梯形凹槽设计能够最大限度放置较多纤维而且保证纤维之间不粘接。
5、本发明采用左右橡胶辊轴挤胶可以保持纤维表面胶液均匀，橡皮滚轴设计在溶胶池上方可以回收挤出来的多余胶液。
6、本发明的烘箱采用四边加热中间鼓风的方式，具有温度均匀且挥发物容易排出的优点。
7、本发明采用特制切刀集中切割纤维，具有高效、平稳、方便更换的优点。
附图说明
图1为浸胶的短切纤维制备方法示意图；
图2纤维排线板示意图；
图3纤维限位板示意图；
图4为行星辊轴示意图；
其中附图标记：1-纤维卷固定架，2-纤维卷，3-固定轴，4-排线板，5-限位板，6-辊轴，7-溶胶池，8-小辊轴，9-树脂胶液，10-行星辊轴，11-挤胶辊，12-箱体，13-加热电极，14-鼓风扇，15-排气口，16-压辊，17-导轴，18-弹簧压块，19-弹簧，20-主轴,21-切刀，22-收集箱，23-短切纤维，24-电磁驱动组件，25-永磁体。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本发明的优选实施例进行说明。
如图1所示，本发明的短切浸胶纤维备装置包括沿纤维丝出丝方向依次布置的纤维卷放置单元、限位板、浸胶导向部件、浸胶单元、挤胶导向部件、挤胶单元、烘干单元、切割导向部件及切割单元。其中纤维卷固定架采用背靠背式放置两个放置架，其上面可以排列放置多个纤维卷(每排纤维卷可以不放置在同一水平面上或者通过反转的方法保证纤维束不会相互缠绕)，每个纤维卷轴心都有反向拉紧配重，纤维卷安置在固定架的转轴上且同一水平面纤维卷放置4个。纤维卷固定架两端安装密集的“田字”光滑金属排线板，排线板的结构如图2所示；纤维通过排线板和限位板之后整齐排列，将不同角度的纤维丝限制到一个水平面上，限位板的结构如图3所示。纤维绕过两个胶液池中辊轴底部，两个溶胶池中的胶与酒精质量比为1:1-3，内置小滚轴且两池之间用大辊轴分开。粘有胶液的纤维进入箱体之前，先通过行星辊轴牵引，然后经过两个间距为1-3mm的橡皮棍挤胶后进入箱体；行星辊轴是由排列在同一圆周上的直径为10-20mm的光滑圆柱杆组成，且每个圆柱杆上开有宽度为4-8mm的梯形槽；箱体内安置三个上述的行星辊轴，两边安装加热装置，下面放置鼓风扇，正上方留有一个排气口。切割单元的切割平台上安装压辊和导轴来限制和牵引纤维，一根上下移动的主轴上通过安装弹簧压块和切刀进行纤维切割。主轴及导轴在交变电流作用下分别做上下、抬起及压紧的周期运动。收集箱放在切刀下方。
行星辊轴上的梯形凹槽的深度为3mm、宽度5mm、间距为10mm，可以防止带有胶液的纤维相互粘接。整齐排列的纤维经过行星辊轴改变纤维的方向，然后通过两个间距为2mm的橡胶辊进入箱体中。
使用时，手动牵引纤维绕过星形辊轴后进入切割装置。抬起压辊将纤维并排压紧，牵引纤维通过刀具的下方。纤维牵引完成之后，接着在溶胶池及酒精池中倒入胶液和酒精。称取树脂粉和酒精质量比1：2并倒入胶池中，要求液位必须高于滚轮中心线。接着打开箱体电源，设置温度为150℃，等到温度到达设定值后再启动开关开始切割。开启电源之后，压辊会按照设定的速度牵引所有纤维前进，切刀的主轴在脉冲电流控制下有规律的上下运动，带动压块及切刀间歇式压紧及切割硬化后的碳纤维，切割后的短纤维最终掉入收集箱中统一收集。
Claims (10)
1.一种短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：包括沿纤维丝出丝方向依次布置的纤维卷放置单元、限位板、浸胶导向部件、浸胶单元、挤胶导向部件、挤胶单元、烘干单元及切割单元；
所述纤维卷放置单元包括纤维卷固定架(1)，所述纤维固定架(1)的正面设置有多个用于放置纤维卷的固定轴(3)，所述纤维固定架的一侧或相对的两侧设置有排线板(4)；
所述限位板(5)用于将多个经过排线板的纤维丝限位使多个经过限位板(5)的纤维丝的高度差在排线板(4)高度范围内；
所述浸胶单元位于限位板(5)的斜下方，所述浸胶单元包括至少一个溶胶池(7)，每个溶胶池(7)内均设置有一个浸入胶液的溶胶滚轴，相邻两个溶胶池之间的上方还设置有一个溶胶导向部件；从限位板(5)出来的纤维丝经浸胶导向部件浸入浸胶单元，并经过浸胶单元的溶胶滚轴的底部进入溶胶导向部件或挤胶导向部件，
所述挤胶导向部件位于溶胶池(7)的上方，所述挤胶单元包括并排设置的两个挤胶辊(11)，所述挤胶单元位于溶胶池(7)的上方；经浸胶单元出来的纤维丝通过挤胶导向部件进入挤胶单元；
所述烘干单元设置在挤胶单元的上方，所述烘干单元包括箱体(12)、设置在箱体内的多个纤维丝导向部件、用于箱体温度调节的加热部件、设置在箱体底部的纤维丝入口及纤维丝出口、设置在箱体顶部的排气口(15)；从挤胶单元出来的纤维丝依次经纤维丝入口、多个纤维丝导向部件到纤维丝出口，在箱体(12)内进行烘干硬化，
经烘干后的纤维丝进入切割单元进行短切。
2.根据权利要求1所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述溶胶池(7)的数量为2个。
3.根据权利要求2所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述纤维卷固定架(1)的数量为2个，且背靠背设置。
4.根据权利要求3所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述纤维卷固定架(1)的多个固定轴(3)多排分布，每一排的多个固定轴(3)不在同一水平面。
5.根据权利要求4所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：每个固定轴(3)的轴心设置有反向拉紧配重。
6.根据权利要求5所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述排线板(4)由多个田子格组成。
7.根据权利要求6所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述浸胶导向部件及溶胶导向部件为辊轴(6)；所述挤胶导向部件为行星辊轴(10)，所述行星辊轴(10)包括中心圆柱及圆周分布在中心圆柱面上的直径为10ˉ20mm的光滑圆柱杆，每个圆柱杆上开有多个宽度为4ˉ8mm的梯形槽，梯形槽的开口直径大于槽底直径，多个光滑圆柱杆上的梯形槽对齐。
8.根据权利要求7所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述纤维丝导向部件包括三个行星辊轴(10)，三个行星辊轴在箱体内成等腰三角形分布，箱体(12)靠上部位两个，靠下部位一个，所述箱体(12)的下方还设置有向箱体内部送风的鼓风扇(14)，所述加热部件设置在箱体的四周，排气口(15)位于箱体的正上方。
9.根据权利要求8所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：所述溶胶池(7)中胶液的组成为：1份胶，1-3份酒精。
10.如权利要求1至9之任一权利所述的短切浸胶纤维制备装置，其特征在于：
所述切割单元包括切割平台、压辊(16)、导轴(17)、主轴(20)、永磁体(25)、第一弹簧(19)、弹簧压块(18)、第二弹簧(27)、第一切刀(21)、第二切刀(28)及电磁驱动组件(24)；所述压辊(16)和导轴(17)设置在切割平台上分别用以限制和牵引纤维，
所述主轴(20)的上端通过第一弹簧(19)与主轴架连接，所述主轴(20)的下端固定有所述永磁体(25)，
所述主轴(20)靠近上端的位置设置有连接部(26)，所述弹簧压块(18)通过第二弹簧(27)与连接部连接，且弹簧压块正对切割平台，
所述第一切刀(21)固定连接在连接部(26)的下方，所述第二切刀(28)固定连接在切割平台的边缘，所述第一切刀(21)与第二切刀(28)配合进行纤维切割，
所述电磁驱动组件(24)在交变电流的作用下产生作用于永磁体的变化磁场，所述主轴(20)及弹簧压块(18)在交变电流作用下分别做上下、抬起及压紧的周期运动。
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