CN108789933A - 一种热塑性单向带生产设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热塑性单向带生产设备及方法，包含纱架、展纱装置、撒粉装置、加热装置、压合装置、裁切装置、收卷部和支撑辊道；所述支撑辊道设置在所述展纱装置和所述收卷部之间，增强连续纤维的两端分别设置在所述纱架和所述收卷部上；沿所述纱架向所述收卷部的方向上，所述支撑辊道上依次设置所述撒粉装置、所述加热装置、所述压合装置、裁切装置；所述撒粉装置包括若干撒粉机头，所述撒粉机头分别设置在所述展纱装置的右侧和/或左侧；本发明通过所述撒粉装置的设置，致使热塑性单向带中纤维含量可以有较大的调整范围，并且实现所述树脂粉末均匀分散，在增强连续纤维表面可调整粉末分布量，从而使热塑性单向带不易翘曲。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种热塑性单向带生产设备及方法。
背景技术
随着纤维增强热塑性复合材料的发展，连续纤维增强复合材料因其相较于其他复合材料有强度高和重量轻的优点，得到越来越多的实际应用。
现有的热塑性单向带浸渍设备及方法，主要为三种：第一种是淋膜法，将增强连续纤维展纱后夹持在两片由挤出机热熔挤出的塑料熔体膜中间，通过几组对辊，进行浸渍和冷却，后收卷得到片材；第二种方法为粉末浸渍法，将增强连续纤维展纱后通过装有塑料粉末的料斗，从而带出一部分粉末吸附在纤维表面，可以采用静电吸附或者化学方法吸附，然后通过双带式连续压合机或者多组对轧辊进行加热和冷却，得到单向带制品；第三种方法为模具浸渍法，将增强连续纤维展纱后通过一个浸渍模具，此模具中充满由挤出机加热熔融输送过来的熔体，两者在浸渍模具中通过波浪形的通道形成压力得到浸渍，然后可以通过几组轧辊辅助浸渍和冷却得到单向带制品。
但现有的技术无法使树脂粉末在增强连续纤维表面上均匀分布，且树脂粉末吸附量有限不易调整，以致得到的热塑性单向带克重不均匀，易翘曲，纤维含量调整范围小，限制热塑性单向带的生产。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种热塑性单向带生产设备，包含纱架、展纱装置、撒粉装置、加热装置、压合装置、裁切装置、收卷部和支撑辊道；所述支撑辊道设置在所述展纱装置和所述收卷部之间，增强连续纤维的两端分别设置在所述纱架和所述收卷部上；沿所述纱架向所述收卷部的方向上，所述支撑辊道上依次设置所述撒粉装置、所述加热装置、所述压合装置、裁切装置；所述撒粉装置包括若干撒粉机头，所述撒粉机头分别设置在所述展纱装置的右侧和/或左侧。
较佳的，所述撒粉机头的撒粉口均朝向增强连续纤维。
较佳的，所述展纱装置和所述纱架之间的所述撒粉机头的撒粉口朝向所述支撑辊道。
较佳的，所述预加热装置采用红外加热管，所述红外加热管发射光波长范围为1-30μm。
较佳的，所述压合装置设置为双带式连续压合机，所述双带式连续压合机提供的面压力范围为0.01-10MPa。
一种使用所述热塑性单向带生产设备的热塑性单向带生产方法，包括步骤；
S1，将增强连续纤维固定在所述纱架上，并通过所述展纱装置带动所述增强连续纤维运动；
S2，所述撒粉装置开启并向从所述展纱装置移动出的所述增强连续纤维表面均匀铺撒树脂粉末；
S3，所述增强连续纤维进行预热处理及浸渍处理；
S4，所述浸渍处理后的所述增强连续纤维经过所述压合装置初步定型，再通过所述裁切装置进行切割收卷。
较佳的，在所述导向辊中通入所述热流体对所述增强连续纤维进行预加热，并在所述第一纤维梳和所述第二纤维梳的作用下进行梳理分离，通过所述压辊拉伸压平，从而实现展纱和预热操作。
较佳的，通过设置在所述展纱装置两侧的所述撒粉机头对所述增强连续纤维表面进行铺撒粉末的操作，所述粉末包括树脂粉末，所述树脂粉末材料选用PE、PP、PET/PBT、PVC、PA、PPS、PEI、POM、PEEK以及其他合理材料中的一种或几种；所述树脂粉末的平均粒径大小范围为8-400μm。
较佳的，所述粉末还包括偶联剂，所述偶联剂设置为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、络合物偶联剂中的一种或几种。
较佳的，所述增强连续纤维材料选用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维品种以及其他合理材料中的一种。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过所述压合装置提供稳定均匀并且足够大的浸渍压力，浸渍过程对纤维损伤小，可以实现95％以上的含浸率，得到更高强度的制品；通过所述撒粉装置的设置，致使热塑性单向带中纤维含量可以有较大的调整范围，并且实现所述树脂粉末均匀分散，在增强连续纤维两面可调整粉末分布量，从而使热塑性单向带不易翘曲，便于后续加工的实施，适用于更多的领域；两面撒粉的优势在于可以控制好两面浸渍的均匀性和可操作性，有效改善翘曲，同时也可对两面分别设定不同的撒粉量，以得到两表面光泽度等性能有区别的板材。
附图说明
图1为本发明所述热塑性单向带生产设备的结构视图；
图2为本发明所述展纱装置的结构视图。
图中数字表示：
1-纱架；2-展纱装置；3-撒粉装置；4-加热装置；5-压合装置；6-裁切装置；7-收卷部；8-支撑辊道；21-机架；22-前导向辊组；23-中导向辊组；24-后导向辊组；25-第一纤维梳；26-第二纤维梳；27-压辊；28-吹纱装置。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示，图1为本发明所述热塑性单向带生产设备的结构视图；本发明所述热塑性单向带生产设备包含纱架1、展纱装置2、撒粉装置3、加热装置4、压合装置5、收卷部7和支撑辊道8。
所述支撑辊道8设置在所述展纱装置2和所述收卷部7之间，增强连续纤维9的两端分别设置在所述纱架1和所述收卷部7上，所述增强连续纤维9从所述纱架1内带动出后并通过所述展纱装置2进一步移动至所述支撑辊道8上，从而以实现所述增强连续纤维9的移动。所述支撑辊道8设置有工作带，在工作过程中，所述工作带随所述增强连续纤维9同时移动。
较佳的，所述收卷部7设置为圆柱型滚筒结构，所述增强连续纤维9缠绕在所述滚筒的外圆上，通过所述展纱装置2带动和所述收卷部7的转动，使所述增强连续纤维9发生移动；具体的，所述纱架1上的所述增强连续纤维9在所述转动过程中逐渐移动至所述收卷部7上，从而完成所述增强连续纤维9从所述纱架1向所述收卷部7的转移。
所述支撑辊道8设置在所述纱架1和所述收卷部7之间，用于支撑所述纱架1和所述收卷部7之间的所述增强连续纤维9，以使所述增强连续纤维9保持平整，便于对所述增强连续纤维9进行撒粉、预热、浸渍、定型的处理。
沿所述纱架1向所述收卷部7的方向上，所述支撑辊道8上依次设置所述撒粉装置3、所述加热装置4、所述压合装置5，所述撒粉装置3向所述增强连续纤维9和/或所述工作带铺撒树脂粉末，所述加热装置4致使所述树脂粉末融化形成熔体保证树脂在所述增强连续纤维9表面的均匀性，提高树脂在所述增强连续纤维9上的浸渍效果，进而保证所述压合装置5对所述增强连续纤维9和树脂的定型复合。
所述热塑性单向带生产设备还包含裁切装置6，所述裁切装置设置在所述压合装置5和所述收卷部7之间，所述裁切装置6对定型复合后的热塑性单向带原料按设计尺寸进行尺寸裁剪从而得到热塑性单向带。
所述撒粉装置3包括若干撒粉机头，所述撒粉机头设置在所述展纱装置2的左侧和/或右侧；较佳的，所述展纱装置2左右两侧均设置有所述撒粉机头，从而保证通过所述展纱装置2展纱后的增强连续纤维9两面均沾有所述撒粉机头撒出的树脂粉末。
设置在所述展纱装置2右侧的所述撒粉机头对已在所述支撑辊道8上水平展开的所述增强连续纤维9进行撒粉，避免所述树脂粉末在倾斜状态下的所述增强连续纤维9表面滑动。较佳的，所述支撑辊道8上还设置有压紧装置，所述压紧装置保证经所述展纱装置2展纱后的增强连续纤维9可水平展开在所述支撑辊道8上，所述压紧装置设置在所述展纱装置2和所述加热装置4之间，所述展纱装置2右侧的所述撒粉机头设置在所述加热装置4和所述压紧装置之间，保证所述树脂粉末铺撒在水平设置的所述增强连续纤维9上表面。
所述撒粉机头的撒粉口均朝向增强连续纤维9，以实现所述树脂粉末对所述增强连续纤维9两表面的同时喷洒，在所述展纱装置2对所述增强连续纤维9的初加热处理，保证所述树脂粉末粘连在所述增强连续纤维9两表面。
较佳的，所述展纱装置2和所述纱架1之间的所述撒粉机头的撒粉口朝向所述工作带，具体的，如本实施例图1中所示，所述展纱装置2左侧的所述撒粉机头将所述树脂粉末铺撒在所述工作带上，从而保证所述增强连续纤维9移动至所述加热装置前端位置时下表面沾有所述树脂粉末；所述展纱装置2右侧的所述撒粉机头直接对展纱后的所述增强连续纤维9上表面进行树脂粉末的铺撒，故保证所述增强连续纤维9上下两表面均设置有足够的所述树脂粉末，从而提高所述增强连续纤维9在浸渍处理过程中的浸渍效果，降低所述增强连续纤维9的翘曲问题。
通过控制所述撒粉装置3的撒粉速度以及所述增强连续纤维9的移动速度之间的相对关系，从而实现控制所述增强连续纤维9内的树脂含量以及成型后的树脂厚度，进而保证所述增强连续纤维9物质结构的准确性。同时通过所述撒粉装置3对所述增强连续纤维9两面的均匀撒粉，从而实现所述增强连续纤维9在所述加热装置4下的浸渍操作，保证所述增强连续纤维9的浸渍效果。
所述加热装置4优选采用红外加热管，所述红外加热管发射光波长为1-30μm范围，具有很高的加热效率以使所述树脂粉末快速进入融化状态，同时不易使融化状态的树脂过热，保证所述增强连续纤维9的生产过程快速有效的进行。
所述压合装置5优选设置为双带式连续压合机，所述双带式连续压合机提供的面压力范围为0.01-10MPa，可以适应多种树脂和多种纤维的复合加工。
本发明所述热塑性单向带生产设备能够提供通过所述压合装置5提供稳定均匀并且足够大的浸渍压力，浸渍过程对纤维损伤小，可以实现95％以上的含浸率，得到更高强度的制品。通过所述撒粉装置3的设置，致使热塑性单向带中纤维含量可以有较大的调整范围，并且实现所述树脂粉末均匀分散，在增强连续纤维9两面可调整粉末分布量，从而使热塑性单向带不易翘曲，便于后续加工的实施，适用于更多的领域。
相较于现有技术中树脂制膜后将膜与布间隔层叠加进压机去压合的方式，由于并非所有的树脂都适合加工成膜；但几乎所有的树脂都可加工成粉末，因此本发明所述热塑性单向带生产设备适用性更广。
实施例二
如图2所示，图2为本发明所述展纱装置的结构视图。较佳的，所述展纱装置2包括机架21和动力部，所述机架21沿所述纱架1向所述加热装置4的方向平行设置有前导向辊组22、中导向辊组23和后导向辊组24，所述前导向辊组22、所述中导向辊组23和所述后导向辊组24均设置有若干导向辊，所述动力部带动所述导向辊转动从而实现增强连续纤维9的展纱操作。
所述前导向辊组22的前端设置有沿所述前导向辊组22轴向分布的第一纤维梳25，在所述中导向辊组23和所述后导向辊组24之间设置有沿所述后导向辊组24轴向分布的第二纤维梳26，从所述纱架1导出的多条增强连续纤维9穿过所述第一纤维梳25和所述第二纤维梳26的不同凹槽以保证各增强连续纤维9之间在所述前导向辊组22、所述中导向辊组23和所述后导向辊组24上平稳移动。
所述机架21还设置有第一支架，所述第一支架设置在所述中导向辊组23的上部，且所述第一支架可上下移动，所述第一支架上装有压辊27，所述压辊27与所述中导向辊组23相平行并在所述第一支架向下移动到位后压在增强连续纤维9上，所述后导向辊组24的导向辊设置为空心结构，所述后导向辊组24内部通入热流体从而实现对所述增强连续纤维9的初加热；优选热流体为热油。
所述第一支架可通过齿轮齿条传动，具体的，所述第一支架上竖直设置齿条，第一电机的输出轴设置齿轮，所述齿轮和所述齿条啮合连接，通过控制所述第一电机的转动从而调节所述第一支架上下移动，且可保证所述第一支架上所述压辊27移动的精准性。
在所述第二纤维梳26后面设置有吹纱装置28，所述吹纱装置28设置在所述后导向辊组24的位置，所述吹纱装置28包括吹风管，所述吹风管可设置在增强连续纤维9上下两端，所述吹气管的出气口朝向增强连续纤维9，所述吹气管的上部固定在第二支架上，所述吹气管的上端连接进气软管，所述第二支架和所述机架21通过导轨结构连接以使所述第二支架在所述机架21上自由移动。设置第二电机，通过第二电机实现所述第二支架在所述机架21上的移动控制从而调整所述吹气管的位置。
较佳的，所述吹纱装置28包括对应设置的吹气管和收尘管，所述吹气管和所述收尘管分别设置在所述增强连续纤维9的上下两侧，所述收尘管可设置为带负压的空管，通过所述吹气管对所述增强连续纤维9进行吹风效果，并通过带有负压的所述收尘管将从增强连续纤维9上吹掉的粉尘和杂物吸走，从而有效的提高所述增强连续纤维9的洁净度。
所述第二支架上设置若干安装孔，所述吹气管和所述收尘管设有外螺纹，所述吹气管和所述收尘管通过所述外螺纹安装在所述安装孔上。
本实施例使用时，使多条增强连续纤维9穿过所述第一纤维梳25的不同凹槽跨过所述前导向辊组22、所述中导向辊组23，然后穿过所述第二纤维梳26的不同凹槽沿所述后导向辊组24的上移动，通过所述第一电机，实现所述压辊27对增强连续纤维9的拉伸压平，同时所述后导向辊组24的导向辊中通入热流体对增强连续纤维9进行预加热，增强连续纤维9就通过所述第一纤维梳和所述第二纤维梳进行梳理分离，并通过所述压辊27拉伸压平，起到较好的展纱和预热效果。
通过所述展纱装置2的预热，保证从所述展纱装置2中移动出的所述增强连续纤维9带有一定的高温，从而致使所述撒粉装置3铺撒的所述树脂粉末在接触到所述增强连续纤维9上表面时产生部分融化，便于所述树脂粉末与所述增强连续纤维9表面之间的粘结状态，避免所述展纱装置2带动所述增强连续纤维9振动所带来的所述树脂粉末散落的负面效果。
在增强连续纤维9移动过程中，启动所述第二电机，使得所述第二支架及固定在第二支架上的多根吹气管沿导向辊组的轴向来回移动，使所述吹气管吹出气流直接打在增强连续纤维9上，使得所述增强连续纤维9进一步分散，并把所述增强连续纤维9上的粉尘和杂物吹掉，进一步提高增强连续纤维9的分散度和洁净度，从而有效保证最终热塑性单向带的生产质量。
较佳的，所述展纱装置2还设置有除静电装置，所述除静电装置设置在所述中导向辊组23和所述吹纱装置28之间，在所述吹纱装置28对增强连续纤维9上的粉尘和杂物起吹除操作前降低增强连续纤维9对粉尘等之间静电吸附能力，从而提高所述吹纱装置28的清理效果。
实施例三
本发明所述热塑性单向带生产方法包括步骤：
S1，将增强连续纤维9固定在所述纱架1上，并通过所述展纱装置2带动所述增强连续纤维9运动；
S2，所述撒粉装置3开启并向从所述展纱装置移动出的所述增强连续纤维9表面均匀铺撒树脂粉末；
S3，所述增强连续纤维9进行加热处理及浸渍处理；
S4，浸渍处理后的所述增强连续纤维9经过所述压合装置5初步定型，再通过所述裁切装置6进行切割收卷。
步骤S1具体为；根据设计将各所述增强连续纤维9放置在所述纱架1上。所述纱架1上设置若干放卷辊，所述增强连续纤维9设置在所述放卷辊上；所述放卷辊一端连接动力装置，另一端末尾设置卡销，保证所述增强连续纤维9在放卷过程不会出现横向位移。
使多条增强连续纤维9穿过所述第一纤维梳25的不同凹槽跨过所述前导向辊组22、所述中导向辊组23，然后穿过所述第二纤维梳26的不同凹槽沿所述后导向辊组24的上移动，通过所述第一电机，实现所述压辊27对增强连续纤维9的拉伸压平；所述后导向辊组24的导向辊中通入热流体对增强连续纤维9进行预加热，并在所述第一纤维梳和所述第二纤维梳的作用下进行梳理分离，通过所述压辊27拉伸压平，从而达到较好的展纱和预热效果。
步骤S2具体为，通过设置在所述展纱装置2两侧的所述撒粉机头对所述增强连续纤维9表面进行铺撒粉末的操作。
所述粉末主要为树脂粉末，根据生产状况的需要还可包括偶联剂，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、络合物偶联剂中的一种，并且是经过与醇或者去离子水经过一定浓度稀释后的溶液。
所述树脂粉末和所述偶联剂可通过同一所述撒粉机头混合后铺撒，也可在所述展纱装置两侧分别设置若干所述撒粉机头，通过不同的所述撒粉机头分别铺撒所述树脂粉末和所述偶联剂。
较佳的，通过不同的所述撒粉机头分别铺撒所述树脂粉末和所述偶联剂有利于对所述树脂粉末和所述偶联剂份量的控制，有利于树脂在所述增强连续纤维9上的浸渍效果。
所述树脂粉末材料选用PE、PP、PET/PBT、PVC、PA、PPS、PEI、POM、PEEK以及其他合理材料中的一种或几种。所述树脂粉末的平均粒径大小范围为8-400μm，以保证所述树脂粉末在所述增强连续纤维9表面的均匀性，从而提高浸渍效果。
所述增强连续纤维9材料选用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维品种以及其他合理材料中的一种。
步骤S3具体为，采用红外加热方式或者电加热方式，对所述增强连续纤维9进行预热处理；在本发明中，采用红外加热方式进行加热，所述加热装置4中的红外加热管发射光波长为1-30μm范围，具有很高的加热效率以使所述树脂粉末快速进入融化状态，同时不易使融化状态的树脂过热，保证所述增强连续纤维9的生产过程快速有效的进行。
在所述加热装置4内有鼓风设备，有利于溶剂，水分杂质的挥发，提高干燥，预热效果。预热温度略高于进行复合树脂的熔点，保证所述树脂粉末形成熔体状态。由于在加热处理之前，所述树脂粉末和所述增强连续纤维9已充分接触，树脂熔体可平稳的浸入所述增强连续纤维9内，从而完成初步浸渍处理。
步骤S4具体为：初步浸渍处理后的所述增强连续纤维9经过所述压合装置5初步定型。经过初步浸渍处理后的所述增强连续纤维9为半成品热塑性单向带，所述半成品热塑性单向带形状没有固定，表面也不够平整。经过所述带式连续压合机处理，并在压合过程中进行加热保温以进一步进行浸渍处理，提高热塑性单向带材料的表面平整度，提高产品尺寸的精确，且在压力作用下的加热保温操作进一步提高热塑性单向带的浸渍效果。所述双带式连续压合机提供的面压力范围为0.01-10MPa。
经过所述压合装置5后，所述热塑性单向带材料形状初步稳定，经过冷却装置加速冷却牵引，通过所述裁切装置6设置的修边切刀对所述热塑性单向带材料的横向宽幅进行修整，通过所述裁切装置6设置的两组切刀协调裁剪出需要的宽度。进一步，通过所述收卷补的收卷后得到热塑性单向带。
本发明所述热塑性单向带生产方法能够提供通过所述压合装置5提供稳定均匀并且足够大的浸渍压力，浸渍过程对纤维损伤小，可以实现95％以上的含浸率，得到更高强度的制品。通过所述撒粉装置3的设置，致使热塑性单向带中纤维含量可以有较大的调整范围，并且实现所述树脂粉末均匀分散，在增强连续纤维9两面可调整粉末分布量，从而使热塑性单向带不易翘曲，便于后续加工的实施，适用于更多的领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种热塑性单向带生产设备，其特征在于，包含纱架、展纱装置、撒粉装置、加热装置、压合装置、裁切装置、收卷部和支撑辊道；所述支撑辊道设置在所述展纱装置和所述收卷部之间，增强连续纤维的两端分别设置在所述纱架和所述收卷部上；沿所述纱架向所述收卷部的方向上，所述支撑辊道上依次设置所述撒粉装置、所述加热装置、所述压合装置、裁切装置；所述撒粉装置包括若干撒粉机头，所述撒粉机头分别设置在所述展纱装置的右侧和/或左侧。
2.如权利要求1所述的热塑性单向带生产设备，其特征在于，所述撒粉机头的撒粉口均朝向增强连续纤维。
3.如权利要求1所述的热塑性单向带生产设备，其特征在于，设置在所述展纱装置和所述纱架之间的所述撒粉机头撒粉口朝向所述支撑辊道。
4.如权利要求1所述的热塑性单向带生产设备，其特征在于，所述预加热装置采用红外加热管，所述红外加热管发射光波长范围为1-30μm。
5.如权利要求1所述的热塑性单向带生产设备，其特征在于，所述压合装置设置为双带式连续压合机，所述双带式连续压合机提供的面压力范围为0.01-10MPa。
6.一种使用权利要求1至5任一所述热塑性单向带生产设备的热塑性单向带生产方法，其特征在于，包括步骤；
S1，将增强连续纤维固定在所述纱架上，并通过所述展纱装置带动所述增强连续纤维运动；
S2，所述撒粉装置开启并向从所述展纱装置移动出的所述增强连续纤维表面均匀铺撒树脂粉末；
S3，所述增强连续纤维进行加热处理及浸渍处理；
S4，所述浸渍处理后的所述增强连续纤维经过所述压合装置初步定型，再通过所述裁切装置进行切割收卷。
7.如权利要求6所述的热塑性单向带生产方法，其特征在于，在所述展纱装置中通入所述热流体对所述增强连续纤维进行预加热，并在所述展纱装置的第一纤维梳和第二纤维梳的作用下进行梳理分离，通过压辊拉伸压平，从而实现展纱和预热操作。
8.如权利要求6所述的热塑性单向带生产方法，其特征在于，通过设置在所述展纱装置两侧的所述撒粉机头对所述增强连续纤维表面进行铺撒粉末的操作，所述粉末包括树脂粉末，所述树脂粉末材料选用PE、PP、PET/PBT、PVC、PA、PPS、PEI、POM、PEEK以及其他合理材料中的一种或几种；所述树脂粉末的平均粒径大小范围为8-400μm。
9.如权利要求8所述的热塑性单向带生产方法，其特征在于，所述粉末还包括偶联剂，所述偶联剂设置为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、络合物偶联剂中的一种或几种。
10.如权利要求6所述的热塑性单向带生产方法，其特征在于，所述增强连续纤维材料选用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维品种以及其他合理材料中的一种。
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