CN108556382A - 缠绕法制备复合材料层合板的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缠绕法制备复合材料层合板的装置，被用于加工纤维束，包括纱锭、浸胶导辊、胶槽、层合板缠绕模具和模具旋转轴，纱锭上设置有纤维束，浸胶导辊位于胶槽中，模具旋转轴穿过层合板缠绕模具，纤维束的一端通过浸胶导辊穿过胶槽后与层合板缠绕模具固定连接。本发明还提供一种缠绕法制备复合材料层合板的方法，纤维束依次经过张力导辊、引导导辊一、浸胶导辊、引导导辊二和模具导辊后与层合板缠绕模具固定连接，制作成复合材料层合板。本发明省去了传统工艺中预浸料的制备、单层板剪裁这两个步骤，巧妙的缩短了工艺流程，提高了制备的效率，减少了原材料的浪费。

Description

缠绕法制备复合材料层合板的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料层合板的制备装置及方法，具体为一种缠绕法制备复合材料层合板的装置及方法。

背景技术

单向纤维增强单层板经过成型工艺制成的层合板是工程应用最广泛的一种复合材料形式。一般情况下，层合板类型的复合材料是通过将单层的预浸料按照所需要的铺层角度一层一层的叠加而成，然后经热压层合在一起而成的整体板材。目前，在铺设过程中可以通过手糊成型、真空压力袋、模压或热压罐辅助成型。

但是以上的层合板制备工艺，需要先制备单向板或预浸料，然后单向板或预浸料都要经过人为裁剪、铺层，然后进行装模热压，最后成型。然而铺层不匀、铺层角度偏差、层板间气孔率高在人工操作下是不可避免的。并且在层合板的制备准备中还会因裁剪而造成原材料的浪费，从而增加科研成本。

故如何设计一套从纤维原料直接制备层合板成型的工艺，能极大的减少工艺流程，降低原材料和生产成本，还能有效避免因工艺流程复杂带来的产品性能不稳定。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的缠绕法制备复合材料层合板的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种缠绕法制备复合材料层合板的装置，被用于加工纤维束，包括纱锭、浸胶导辊、胶槽、层合板缠绕模具和模具旋转轴；

所述纱锭上设置有纤维束；

所述浸胶导辊位于胶槽中；

所述模具旋转轴穿过层合板缠绕模具；

所述纤维束的一端通过浸胶导辊穿过胶槽后与层合板缠绕模具固定连接。

作为对本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置的改进：还包括张力导辊、引导导辊一、引导导辊二和模具导辊；

所述纤维束依次经过张力导辊、引导导辊一、浸胶导辊、引导导辊二和模具导辊后与层合板缠绕模具固定连接。

作为对本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置的进一步改进：所述张力导辊的数量为三个，三个张力导辊等距设置在同一水平线上；所述纤维束依次交替与三个张力导辊的上下表面抵接。

作为对本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置的进一步改进：所述层合板缠绕模具为矩形；所述模具旋转轴带有电机且为水平设置；所述模具旋转轴穿过层合板缠绕模具长度方向的轴线。

作为对本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置的进一步改进：所述浸胶导辊的数量为两个。

作为对本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置的进一步改进：所述张力导辊、引导导辊一、浸胶导辊、引导导辊二和模具导辊都为陶瓷导辊。

本发明还提供一种缠绕法制备复合材料层合板的方法，包括以下步骤：

1)、先将树脂倒入胶槽中，使树脂覆盖胶槽中的浸胶导辊；

2)、将一束纤维束从纱锭引出，依次经过三个张力导辊和引导导辊一后，纤维束浸入到胶槽的树脂中且经过两个浸胶导辊，纤维束浸染上树脂；然后带有树脂的纤维束依次经过引导导辊二和模具导辊后，用胶带固定在层合板缠绕模具右下端处；

3)、启动模具旋转轴的电机，模具旋转轴带动层合板缠绕模具进行360°匀速旋转，同时将层合板缠绕模具沿水平方向匀速向右平移，使带有树脂的纤维束在层合板缠绕模具上从右到左缠绕，当纤维束从最左端缠绕最右端时，完成一个缠绕厚度；缠绕完成后将纤维束剪断，固定在层合板缠绕模具上；

4)、将层合板缠绕模具连同纤维束共同放入烘箱中固化纤维束，纤维束在层合板缠绕模具表面形成层合板层；

5)、将层合板层连同层合板缠绕模具从烘箱中取出，然后将层合板层两侧裁减掉，将层合板缠绕模具上剩余两个面上的层合板层取下来作为两块层合板。

本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置及方法的技术优势为：

(1)本发明省去了传统工艺中预浸料的制备、单层板剪裁这两个步骤，巧妙的缩短了工艺流程，提高了制备的效率，减少了原材料的浪费；

(2)本发明使用缠绕板进行缠绕成型，一次操作即可得到两块层合板，提高了层合板的研制效率。

(3)本发明使用缠绕成型工艺能实现纤维精确铺层，能有效减少传统成型工艺中遇到的铺层不匀、铺层角度偏差的问题，提高了产品的成型质量；如：传统成型工艺铺层不匀的概率、铺层角度偏差的概率为5％左右，并且跟工人操作的仔细程度有关，而本发明的铺层角度偏差概率小于2％。

(4)由于层合板是直接由纤维束缠绕成型，能有效的降低各铺层之间的滞留空气，降低了层板间气孔率；传统方法气孔率为10～20％，本发明为＜5％。

(5)导辊采用陶瓷材质，更好的保护了纤维，有效的避免了纤维起毛和绕棍现象，以及树脂的损失。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明缠绕法制备复合材料层合板的装置的结构示意图；

图2为图1中缠绕有纤维束2的层合板缠绕模具9上放入烘箱11中的结构示意图；

图3为图2中烘箱11处理后的层合板层12被裁减的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、缠绕法制备复合材料层合板的装置，如图1-3所示，被用于加工纤维束2，包括纱锭1、张力导辊3、引导导辊一4、浸胶导辊5、引导导辊二6、模具导辊8、胶槽7、层合板缠绕模具9和模具旋转轴10。

纤维束2初始时缠绕设置在纱锭1上。

张力导辊3的数量为三个，三个张力导辊3等距设置在同一水平线上，纤维束2依次交替穿过三个张力导辊3，即为纤维束2与第一个张力导辊3上表面抵接，纤维束2与第二个张力导辊3下表面抵接，纤维束2与第三个张力导辊3上表面抵接。张力导辊3作用：给纤维束2增加一定的张力，使纤维束2能平行伸直，且起到一定的展纱作用(使纱线分开些，如本来纱线宽度4cm，展纱后边8cm)，保证成品质量。

引导导辊一4位于胶槽7前面且与纤维束2抵接。

浸胶导辊5的数量为两个，两个浸胶导辊5都位于胶槽7内，浸胶导辊5与纤维束2抵接。胶槽7中设有树脂(如环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂或双马树脂等)，在使用时，两个浸胶导辊5都浸泡在树脂中，浸胶导辊5使得纤维束2得以浸泡到树脂中(纤维束2与两个浸胶导辊5的下表面都抵接)。设置两个浸胶导辊5可以延长浸渍的时间，保证树脂充分渗透，各纤维束2被树脂充分包裹。

引导导辊二6位于胶槽7后面且与纤维束2抵接。引导导辊二6能引导纤维束2离开胶槽7，不与胶槽7壁口发生摩擦，导致纤维束2上的树脂流失或纤维束表面树脂不匀。

模具导辊8位于层合板缠绕模具9前面且与纤维束2抵接。模具导辊8能使纤维束顺利到达层合板缠绕模具9。

层合板缠绕模具9为矩形，层合板缠绕模具9上设置有模具旋转轴10，模具旋转轴10穿过层合板缠绕模具9长度方向的轴线，模具旋转轴10水平设置且带有电机，模具旋转轴10能带动层合板缠绕模具9共同旋转。纤维束2缠绕在层合板缠绕模具9上。

将纤维束2(纤维束2采用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维等)从纱锭1中引出，依次经过张力导辊3和引导导辊一4后，纤维束2进入到胶槽7的树脂中且经过浸胶导辊5，然后依次经过引导导辊二6和模具导辊8后与层合板缠绕模具9固定连接(通过胶带固定)。

张力导辊3、引导导辊一4、浸胶导辊5、引导导辊二6和模具导辊8都为采用陶瓷制作，减少纤维传动过程中的起毛和绕棍现象损失。

缠绕法制备复合材料层合板的方法：

1)、先将树脂(如环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、双马树脂等)按照工艺要求调配好倒入胶槽7中，使树脂覆盖胶槽7中的浸胶导辊5；

2)、将一束纤维束2从纱锭1引出，依次经过三个张力导辊3和引导导辊一4后，纤维束2浸入到胶槽7的树脂中且经过两个浸胶导辊5，纤维束2浸染上树脂；然后带有树脂的纤维束2依次经过引导导辊二6和模具导辊8后，用胶带固定在层合板缠绕模具9右下端处；

3)、启动模具旋转轴10的电机，模具旋转轴10带动层合板缠绕模具9进行360°匀速旋转，同时将层合板缠绕模具9沿水平方向匀速向右平移，使带有树脂的纤维束2在层合板缠绕模具9从右到左缠绕。层合板缠绕模具9的旋转速度根据纤维束2的浸润程度和张力可以实时调节；层合板缠绕模具9的平移速度可根据纤维束2幅宽调节，需保证层合板缠绕模具9每个面上相邻纤维束2之间相互搭接且没有间隙，纤维束2完全覆盖住层合板缠绕模具9(覆盖除层合板缠绕模具9左右两侧面以外的其他四个面)。

当纤维束2从最左端移动最右端时，完成一个缠绕厚度。如需要多层厚度，层合板模具9沿模具轴向以相同的速度向右平移，这时带有树脂的纤维束2在层合板缠绕模具9从左到右缠绕，左右依次往复平移即可缠绕成所需厚度。缠绕完成后将纤维束2剪断，固定在层合板缠绕模具9上。

层合板缠绕模具9每旋转360°，纤维束2在层合板缠绕模具9上缠绕一圈；层合板缠绕模具9从左到右或从右到左平移一次，纤维束2铺层数为一层。本发明的缠绕角度都是0°或接近0°(以竖直方法为0°)，如需要其他铺层角度，可调节平移速度，速度越快，角度越大。角度过大时会出现一部分无法遮盖，且未遮盖面积会随着铺层角度的增大而增加，如出现只能后期进行剪裁，将未遮盖部分剪裁，成为边角料进行回收。

4)、将缠绕在层合板缠绕模具9上的纤维束2连同层合板缠绕模具9取下，放入烘箱11(现有装置)中，按照树脂固化工艺固化成型纤维束2，纤维束2在层合板缠绕模具9表面形成层合板层12。

5)、将层合板层12连同层合板缠绕模具9从烘箱11中取出，然后用复合材料切割工具将层合板层12沿图3所示的窄边裁开(即为将层合板缠绕模具9宽度较小的两侧面上的层合板层12裁减掉)，这样层合板缠绕模具9上只剩下两个面(宽边)上有层合板层12，将剩余两个面上的层合板层12取下来作为两块层合板，再将层合板按照需要进行裁剪和打磨加工成成品。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.缠绕法制备复合材料层合板的装置，被用于加工纤维束(2)，其特征在于：包括纱锭(1)、浸胶导辊(5)、胶槽(7)、层合板缠绕模具(9)和模具旋转轴(10)；

所述纱锭(1)上设置有纤维束(2)；

所述浸胶导辊(5)位于胶槽(7)中；

所述模具旋转轴(10)与层合板缠绕模具(9)固定连接；

所述纤维束(2)的一端通过浸胶导辊(5)穿过胶槽(7)后与层合板缠绕模具(9)固定连接。

2.根据权利要求1所述的缠绕法制备复合材料层合板的装置，其特征在于：还包括张力导辊(3)、引导导辊一(4)、引导导辊二(6)和模具导辊(8)；

所述纤维束(2)依次经过张力导辊(3)、引导导辊一(4)、浸胶导辊(5)、引导导辊二(6)和模具导辊(8)后与层合板缠绕模具(9)固定连接。

3.根据权利要求2所述的缠绕法制备复合材料层合板的装置，其特征在于：所述张力导辊(3)的数量为三个，三个张力导辊(3)等距设置在同一水平线上；所述纤维束(2)依次交替与三个张力导辊(3)的上下表面抵接。

4.根据权利要求3所述的缠绕法制备复合材料层合板的装置，其特征在于：所述层合板缠绕模具(9)为矩形；所述模具旋转轴(10)带有电机且为水平设置；所述模具旋转轴(10)穿过层合板缠绕模具(9)长度方向的轴线。

5.根据权利要求4所述的缠绕法制备复合材料层合板的装置，其特征在于：所述浸胶导辊(5)的数量为两个。

6.根据权利要求5所述的缠绕法制备复合材料层合板的装置，其特征在于：所述张力导辊(3)、引导导辊一(4)、浸胶导辊(5)、引导导辊二(6)和模具导辊(8)都为陶瓷导辊。

7.利用如权利要求1-6任一所述的缠绕法制备复合材料层合板的装置的缠绕法制备复合材料层合板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、先将树脂倒入胶槽(7)中，使树脂覆盖胶槽(7)中的浸胶导辊(5)；

2)、将一束纤维束(2)从纱锭(1)引出，依次经过三个张力导辊(3)和引导导辊一(4)后，纤维束(2)浸入到胶槽(7)的树脂中且经过两个浸胶导辊(5)，纤维束(2)浸染上树脂；然后带有树脂的纤维束(2)依次经过引导导辊二(6)和模具导辊(8)后，用胶带固定在层合板缠绕模具(9)右下端处；

3)、启动模具旋转轴(10)的电机，模具旋转轴(10)带动层合板缠绕模具(9)进行360°匀速旋转，同时将层合板缠绕模具(9)沿水平方向匀速向右平移，使带有树脂的纤维束(2)在层合板缠绕模具(9)上从右到左缠绕，当纤维束(2)从最左端缠绕最右端时，完成一个缠绕厚度；缠绕完成后将纤维束(2)剪断，固定在层合板缠绕模具(9)上；

4)、将层合板缠绕模具(9)连同纤维束(2)共同放入烘箱(11)中固化纤维束(2)，纤维束(2)在层合板缠绕模具(9)表面形成层合板层(12)；

5)、将层合板层(12)连同层合板缠绕模具(9)从烘箱(11)中取出，然后将层合板层(12)两侧裁减掉，将层合板缠绕模具(9)上剩余两个面上的层合板层(12)取下来作为两块层合板。