CN110539419A - 复合材料预浸料超声浸渍方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料预浸料超声浸渍方法及装置，属于复合材料预浸料生产领域。超声波换能器安装在主体机架上，超声波换能器两侧分别设置有浸胶槽A和浸胶槽B，浸胶槽A入口处设有导布辊A，浸胶槽A出口处设有挤胶牵引辊，浸胶槽B入口处设有导布辊B和张力检测装置，浸胶槽B出口处设有别布辊B，浸胶槽B内安装浸胶辊E、浸胶辊F和浸胶辊G,浸胶槽A内也平行安装有与浸胶辊E、浸胶辊F和浸胶辊相同的三个浸胶辊。纤维编织布经过张力检测装置和导布辊B进入浸胶槽B进行树脂内浸润，再根据设定的预浸料含胶量，挤压出表面多余浮胶，且被挤胶牵引辊拖出浸胶槽A。本发明提高树脂对纤维的浸润性、浸透性及均匀性，进而提高预浸料的浸润质量。

Description

复合材料预浸料超声浸渍方法及装置

技术领域

本发明涉及复合材料预浸料的生产领域，详细地讲是一种复合材料预浸料超声浸渍方法及装置。

背景技术

众所周知，复合材料预浸料具有重量轻、比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等优点，在各个领域都得到了广泛的应用，尤其是在航空航天等领域广泛应用。在预浸料的生产过程中，由于碳纤维或玻璃纤维布本身为惰性材料，分子活性较低，与树脂的结合能力较差，不易被树脂的基体充分浸润，加热复合材料编织布纤维束编织紧密，树脂很难完全浸润到纤维丝之间，大量的树脂表面以表面浮胶的形式存在，在制成复合材料制品时，由于浸润性不良而容易造成制品分层和裂纹现象，从而降低制品的强度和刚度质量，致使复合材料制品存在极大的隐患。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种复合材料预浸料超声浸渍方法及装置，解决预浸料浸润过程中存在浮胶、气孔等缺陷的问题，提高预浸料的浸润质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料预浸料超声浸装置，设有主体机架，其特征在于，超声波换能器安装在主体机架上，超声波换能器两侧分别设置有浸胶槽A和浸胶槽B，浸胶槽A入口处设有导布辊A，浸胶槽A出口处设有挤胶牵引辊，浸胶槽B入口处设有导布辊B和张力检测装置，浸胶槽B出口处设有别布辊B，浸胶槽B内平行安装浸胶辊E、浸胶辊F和浸胶辊G,浸胶槽A内也平行安装有与浸胶辊E、浸胶辊F和浸胶辊相同的三个浸胶辊。

本发明还可通过如下措施来实现：

所述的浸胶槽A设有夹层结构。

所述的浸胶槽B设有夹层结构。

所述的超声波换能器高于两侧的导布辊A和别布辊B。

所述的超声波换能器包括弧面聚能器，弧面聚能器的底面与支撑板相连，并通过脚座安装在主体机架上，弧面聚能器的底面呈矩形排列方式均匀分布有安装槽，安装槽内安装有超声波震子。

一种使用前述装置生产复合材料预浸料超声浸渍方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步，浸胶槽A和浸胶槽B加入预混树脂，浸胶槽A和浸胶槽B的夹层内通入循环水给预混树脂加热；

第二步，纤维编织布经过张力检测装置和导布辊B进入浸胶槽B，在浸胶辊E的作用下进入树脂内浸润，再经浸胶辊F、浸胶辊G离开浸胶槽B的树脂液面，保证纤维编织物有足够的浸润长度；

第三步，纤维编织物在浸胶槽B出来后，在别布辊B的作用下挤压出纤维编织布上多余的树脂，再经过超声波换能器和导布辊A，在受牵引张力的作用下，经初次浸润的纤维织物完全贴合在弧面聚能器表面,超声波震子产生的振动波集中传导在弧面聚能器上，转换成机械振动，把超声波辐射到纤维编织物表面的液态树脂中，液态树脂在超声波的作用下产生空化效应，利用空化效应使织物纤维表面的液态树脂产生气泡，随着能力的加聚，气泡爆裂释放出来的能量促使树脂分子运动加快，使树脂、纤维表面及两相界面产生相互强迫作用，从而提高树脂对纤维的浸润性、浸透性及均匀性；

第四步，纤维织物在挤胶牵引辊的作用下经导布辊A进入浸胶槽A，在浸胶槽A内依次经过其内部的三个浸胶辊并离开浸胶槽A的树脂液面，保证纤维编织物有二次足够的浸润长度；

第五步，纤维织物在挤胶牵引辊的作用下，根据设定的预浸料含胶量，挤压出表面多余浮胶，且被挤胶牵引辊拖出浸胶槽A。

本发明的有益效果是，解决了预浸料浸润过程中存在浮胶、气孔等缺陷的问题，使树脂、纤维表面及两相界面产生相互强迫作用，从而提高树脂对纤维的浸润性、浸透性及均匀性，进而提高复合材料预浸料的浸润质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明为超声波换能器的结构图。

图4为本发明超声波震子的布局图。

图中 1-挤胶牵引辊；2-导布辊A；3-超声波换能器；4-别布辊B；5-浸胶辊G；6-浸胶辊F；7-浸胶辊E；8-导布辊B；9-张力检测装置；10-主体机架；11-弧面聚能器；12-超声波震子；13-脚座；14-支撑板；BU-纤维织物；15-浸胶槽A；16-浸胶槽B。

具体实施方式

在图中，本发明包括超声波换能器3，所述超声波换能器3安装在主体机架10上，两侧分别设有浸胶槽A15和浸胶槽B16，所述浸胶槽A15入口处设有导布辊A2，浸胶槽A15出口上方设有挤胶牵引辊1；所述浸胶槽B16入口处设有导布辊B8和张力检测装置9，浸胶槽B16出口处设有别布辊B4。所述浸胶槽B16内平行安装浸胶辊E7、浸胶辊F6和浸胶辊G5，所述的浸胶槽B16设有夹层，可通入循环水进行水浴加热浸胶槽内的树脂，浸胶槽A15和浸胶槽B16的结构形式和配置完全相同，即浸胶槽A15内也平行安装有与浸胶辊E7、浸胶辊F6和浸胶辊G5相同的三个浸胶辊。其中，所述超声波换能器3包括弧面聚能器11，弧面聚能器11的底面与支撑板14相连，并通过脚座13安装在主体机架10上。弧面聚能器11的底面呈矩形排列方式均匀分布有安装槽，安装槽内安装有超声波震子12，超声波震子12排列间距X，Y在60-220mm范围内。所述的超声波换能器3高于两侧的导布辊A2和别布辊B4，纤维编织物经过别布辊B4、超声波换能器3、导布辊A2后形成抛物线形状，完全贴合在弧面聚能器表面。

应用上述的复合材料预浸料超声浸渍装置，包括以下步骤：

第一步，浸胶槽A15和浸胶槽B16加入预混树脂，浸胶槽A15和浸胶槽B16的夹层内通入循环水给预混树脂加热；

第二步，纤维编织布经过张力检测装置9和导布辊B8进入浸胶槽B16，在浸胶辊E7的作用下进入树脂内浸润，再经浸胶辊F6、浸胶辊G5离开浸胶槽B16的树脂液面，保证纤维编织物有足够的浸润长度；

第三步，纤维编织物在浸胶槽B16出来后，在别布辊B4的作用下挤压出纤维编织布上多余的树脂，再经过超声波换能器3和导布辊A2，在受牵引张力的作用下，经初次浸润的纤维织物完全贴合在弧面聚能器11表面,超声波震子12产生的振动波集中传导在弧面聚能器11上，转换成机械振动，把超声波辐射到纤维编织物表面的液态树脂中，液态树脂在超声波的作用下产生空化效应，利用空化效应使织物纤维表面的液态树脂产生气泡，随着能力的加聚，气泡爆裂释放出来的能量促使树脂分子运动加快，使树脂、纤维表面及两相界面产生相互强迫作用，从而提高树脂对纤维的浸润性、浸透性及均匀性；

第四步，纤维织物在挤胶牵引辊的作用下经导布辊A2进入浸胶槽A15，在浸胶槽A15内依次经过其内部的三个浸胶辊并离开浸胶槽A15的树脂液面，保证纤维编织物有二次足够的浸润长度；

第五步，纤维织物在挤胶牵引辊1的作用下，根据设定的预浸料含胶量，挤压出表面多余浮胶，且被挤胶牵引辊1拖出浸胶槽A15，使纤维织物持续经过步骤2-4连续浸润。

所述的复合材料预浸料超声浸渍方法及装置，在挤胶牵引辊1的作用下，调整辊子间隙可控制预浸料的树脂含量，利用张力检测装置9的反馈信号控制挤胶牵引辊1，形成闭环恒张力控制系统，有利于提高浸胶槽A15浸润和浸胶槽B16浸润效果，有效保障保障纤维织物在弧面聚能器11表面的贴合力，为超声波浸渍提供可靠条件。在挤胶牵引辊1的作用下，使纤维织物经浸胶槽B16浸润，再经别布辊B4和导布辊A2的控制，使纤维织物贴合在超声波弧面聚能器11表面，通过弧面聚能器11把超声波辐射到纤维编织物表面的液态树脂中，液态树脂在超声波的作用下产生空化效应，使纤维织物表面的液态树脂产生气泡，气泡爆裂释放出来的能量促使树脂分子运动加快，使树脂、纤维表面及两相界面产生相互强迫作用，从而提高树脂对纤维的浸润性、浸透性及均匀性，进而提高复合材料预浸料的浸润质量。通过调整牵引挤胶辊之间的间隙，可控制预浸料的树脂含量，利用张力检测装置的反馈信号控制牵引挤胶辊，形成闭环恒张力控制系统，可有效保障保障纤维织物在弧面聚能器表面的贴合力恒定，提高超声波浸渍提供可靠性和稳定性。

Claims (6)

1.一种复合材料预浸料超声浸渍装置，设有主体机架，其特征在于，超声波换能器安装在主体机架上，超声波换能器两侧分别设置有浸胶槽A和浸胶槽B，浸胶槽A入口处设有导布辊A，浸胶槽A出口处设有挤胶牵引辊，浸胶槽B入口处设有导布辊B和张力检测装置，浸胶槽B出口处设有别布辊B，浸胶槽B内平行安装浸胶辊E、浸胶辊F和浸胶辊G,浸胶槽A内也平行安装有与浸胶辊E、浸胶辊F和浸胶辊相同的三个浸胶辊。

2.根据权利要求1所述复合材料预浸料超声浸渍装置，其特征在于所述的浸胶槽A设有夹层结构。

3.根据权利要求1所述复合材料预浸料超声浸渍装置，其特征在于所述的浸胶槽B设有夹层结构。

4.根据权利要求1所述复合材料预浸料超声浸渍装置，其特征在于所述的超声波换能器高于两侧的导布辊A和别布辊B。

5.根据权利要求1所述复合材料预浸料超声浸渍装置，其特征在于所述的超声波换能器包括弧面聚能器，弧面聚能器的底面与支撑板相连，并通过脚座安装在主体机架上，弧面聚能器的底面呈矩形排列方式均匀分布有安装槽，安装槽内安装有超声波震子。

6.一种使用权利要求1所述装置生产复合材料预浸料超声浸渍的方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步，浸胶槽A和浸胶槽B加入预混树脂，浸胶槽A和浸胶槽B的夹层内通入循环水给预混树脂加热；

第二步，纤维编织布经过张力检测装置和导布辊B进入浸胶槽B，在浸胶辊E的作用下进入树脂内浸润，再经浸胶辊F、浸胶辊G离开浸胶槽B的树脂液面，保证纤维编织物有足够的浸润长度；

第三步，纤维编织物在浸胶槽B出来后，在别布辊B的作用下挤压出纤维编织布上多余的树脂，再经过超声波换能器和导布辊A，在受牵引张力的作用下，经初次浸润的纤维织物完全贴合在弧面聚能器表面,超声波震子产生的振动波集中传导在弧面聚能器上，转换成机械振动，把超声波辐射到纤维编织物表面的液态树脂中，液态树脂在超声波的作用下产生空化效应，利用空化效应使织物纤维表面的液态树脂产生气泡，随着能力的加聚，气泡爆裂释放出来的能量促使树脂分子运动加快，使树脂、纤维表面及两相界面产生相互强迫作用，从而提高树脂对纤维的浸润性、浸透性及均匀性；

第四步，纤维织物在挤胶牵引辊的作用下经导布辊A进入浸胶槽A，在浸胶槽A内依次经过其内部的三个浸胶辊并离开浸胶槽A的树脂液面，保证纤维编织物有二次足够的浸润长度；

第五步，纤维织物在挤胶牵引辊的作用下，根据设定的预浸料含胶量，挤压出表面多余浮胶，且被挤胶牵引辊拖出浸胶槽A。