CN112693136A - 一种拉挤板材生产系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料拉挤成型技术领域，尤其涉及一种拉挤板材生产方法，包括一下步骤：S10：牵引纱线依次经过胶槽、预成型模具和固化烘箱至拉挤板材成型；S20：朝向已经成型的拉挤板材的正反两面喷射高速粒子，使得板材表面形成粗糙面；S30：卷绕形成粗糙面的拉挤板材至收卷装置上；S40：转移成卷的拉挤板材至放卷装置上，并通过放卷装置将拉挤板材进行放卷；S50：朝向放卷的板材的正反两面喷射高压电弧；S60：切割板材，并将板材转移至模具中。本发明通过在拉挤板材生产过程中采用压缩空气喷丸处理和高压电弧处理的方式替代了现有技术中的脱模布工序，提高了拉挤板材在后续加工过程中的粘接强度，节约了成本。本发明还请求保护一种拉挤板材生产系统。

Description

一种拉挤板材生产系统及方法
技术领域
本发明涉及复合材料拉挤成型技术领域，尤其涉及一种拉挤板材生产系统及方法。
背景技术
风电叶片是风力发电中重要的部件，其从风中捕获动能并通过旋转传递动能最终通过发电机将机械能转换为电能。为了风电叶片通常由连续纤维增强树脂基复合材料制成，该材料主要为拉挤板材，在风电叶片的制造过程中，首先对拉挤板材进行切割、堆叠布置在模具中，再使用真空袋在模具和真空袋之间的空腔中产生真空，通过注入树脂形成完整的壳体部件。然而在拉挤板材的截面通常为矩形的，而且拉挤板材的表面通常为光滑的玻璃状，然而在进行真空粘接时，尤其在板材堆叠的区域，几乎没有空间使得树脂渗透，即使树脂渗透入以后，由于拉挤板材的表面光滑，导致拉挤板材的粘接力不足，从而造成叶片的结构强度出现缺陷。
现有技术中，为了使得拉挤板材后续粘接时有足够的粘接力，通常都会在其表面贴脱模布，如申请号为201811322512.4、公开日为2019年04月12日的中国发明专利《表面覆有脱模布的碳纤维拉挤板材的成型工艺及成型设备》，通过在拉挤板材的生产过程中在拉挤板材的上下表面各铺设一层脱模布的方式对拉挤板材的表面进行粗糙化处理，在将拉挤板材进行切割制造之前，采用将脱模布撕除的方式使得拉挤板材具有粗糙的表面，从而增强了后续叶片制造过程中拉挤板材之间的粘合力。
然而上述方式首先增大整个生产线的投入成本，一方面脱模布的价格不菲，另一方面需要在生产线上投入脱模布的放卷装置、防止脱模布缠绕过程中的偏移的红外定位装置、以及后期的脱模布撕除装置和脱模布是否撕除彻底的检测装置等，上述装置既增加了成本又提高了整个生产线的工艺复杂性；另一方面，脱模布在撕除过程中还可能引起拉挤板材边缘起皱或者引起纤维的偏离，进而损害了拉挤板材的机械性能。
鉴于上述问题的存在，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种拉挤板材生产系统及方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种拉挤板材生产系统及方法，以解决脱模布成本高控制复杂的技术问题。
为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种拉挤板材生产系统，包括拉挤生产设备和放卷设备，所述拉挤生产设备包括：
沿纱线行进方向依次设置的纱架、胶槽、预成型模具、固化烘箱和牵引装置；
压缩空气喷丸装置，设置在所述牵引装置后侧，所述压缩空气喷丸装置具有朝向拉挤板材的正反两面喷射高速粒子的喷头；
收卷装置，设置在所述压缩空气喷丸装置后侧，用于拉挤板材的收卷；
所述放卷设备包括：
放卷装置，用于将所述收卷装置上卷绕的板材放卷；
高压电弧处理装置，设置在所述放卷装置后侧；
成型模具，放置在所述高压电弧处理装置后侧，用于板材的成型。
进一步地，所述放卷设备还包括表面除尘装置，所述表面除尘装置设置在所述放卷装置与所述高压电弧处理装置之间，所述表面除尘设备上具有高速出风口，所述高速出风口朝向板材的正反两面设置。
进一步地，所述纱架上的纤维材质为碳纤维和/或玻璃纤维。
进一步地，所述高压电弧处理装置具有朝向拉挤板材的正反两面设置的喷嘴，所述喷嘴呈环形设置，拉挤板材从其中穿过。
进一步地，所述喷嘴包括与板材上下表面平行设置的上侧面、下侧面以及和板材的两侧面平行设置的左侧面和右侧面，所述上侧面、下侧面、左侧面和右侧面均朝向拉挤板材的外表面喷射高压电弧。
进一步地，所述压缩空气喷丸装置的喷头朝向拉挤板材的行进方向倾斜设置。
本本发明另一方面还提供了一种应用上述系统的垃圾板材生产方法，应用上述拉挤板材生产系统，其特征在于，包括以下步骤：
S10：牵引纱线依次经过胶槽、预成型模具和固化烘箱至拉挤板材成型；
S20：朝向已经成型的拉挤板材的正反两面喷射高速粒子，使得板材表面形成粗糙面；
S30：卷绕形成粗糙面的拉挤板材至收卷装置上；
S40：转移成卷的拉挤板材至放卷装置上，并通过放卷装置将拉挤板材进行放卷；
S50：朝向放卷的板材的正反两面喷射高压电弧；
S60：切割板材，并将板材转移至模具中。
进一步地，在步骤S50之前，还包括步骤S41：对拉挤板材进行表面除尘处理。
本发明的有益效果为：本发明通过对拉挤板材生产过程中采用压缩空气喷丸处理的方式替代了现有技术中的脱模布工序，实现了节约成本的效果，而且在放卷过程中采用高压电弧处理的方式进一步保证了拉挤板材的表面粗糙度，提高了拉挤板材在后续加工过程中的粘接强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明实施例中拉挤板材生产系统中拉挤生产设备的结构示意图；
图1B为本发明实施例中拉挤板材生产系统中放卷设备的结构示意图；
图2A为本发明实施例中拉挤板材的截面剖视图；
图2B为本发明实施例中拉挤板材的另一种结构的截面剖视图；
图2C为本发明实施例中拉挤板材的另一种结构的截面剖视图；
图3为本发明实施例中高压电弧处理装置的结构示意图；
图4为本发明实施例中图3中的A处局部放大图；
图5为本发明实施例中拉挤板材生产方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明为了消除脱模布工序在拉挤板材生产过程中的不良影响，采用了一种替代脱模布的垃圾板材表面处理工艺，通过在拉挤板材的生产过程中对其表面进行高速喷丸处理，并且在后续的拉挤板材放卷工艺中使用高压电弧处理，在两道工序中均对拉挤板材的表面进行加工处理，从而提高后续工艺中拉挤板材的粘接强度，由于结构简单，控制难度低，更加易于实现，与现有技术相比，能够达到同等的技术效果并且大大的降低生产成本。下文将对本发明的优选实施例做具体介绍。
如图1至图2示的拉挤板材生产系统，包括拉挤生产设备100和放卷设备200，在本系统中，将拉挤板材的生产线分为收卷和放卷两道工序，可以很大程度上的减少生产场地的面积占用，因为一般拉挤板材实用的客机领域导致板材的长度很长，甚至达到八十米以上，通过收卷和放卷两道工序的设置，可以改变拉挤板材的移动方向，甚至可以将收卷和放卷放置在两个场地上，将拉挤板材卷料输送至客户加工车间后再进行放卷加工，可以减少运输过程中对拉挤板材的损伤。
具体的，如图1所示，拉挤生产设备100包括沿纱线行进方向依次设置的纱架110、胶槽120、预成型模具230、固化烘箱140和牵引装置150；首先从纱架110上将多根纱线放卷，然后多根纱线经过胶槽120浸胶，浸胶后的纱线进入预成型模具230，通过多个渐变的模板使得纱线在横截面方向形成预定的形状，在经过固化烘箱140进行固化，最终在牵引装置150的牵引下，往远离纱架110的方向移动。在移动过程中，会经过设置在牵引装置150后面的压缩空气喷丸装置160，压缩空气喷丸装置160具有朝向拉挤板材的正反两面喷射高速粒子的喷头；这里需要指出的是压缩空气喷丸装置160是常规的现有技术，其表面粗糙化效果没有脱模布的效果好，因此本领域技术人员一般不采用该种方式，本发明实施例中，为了节约成本，使用压缩空气喷丸装置160，使得表面形成凹凸不平的表面，达到了拉挤板材表面粗糙化的效果。当对拉挤板材的表面进行处理后，将拉挤板材通过卷绕的方式在收卷装置170上进行收卷，收卷装置170设置在压缩空气喷丸装置160后侧。通过收卷装置170的收卷，拉挤板材的第一道生产工序已经完成，通过在第一道工序中的使用压缩空气喷丸装置160的方式，替代了现有技术中的贴脱模布工序，减少了大量的脱模布相关的装置与材料成本，经过计算，每100米长度的拉挤板材可以节省大约3000元的成本。
由于压缩空气喷丸处理的效果具有一定的时效性，在空气中被逐渐氧化或者在运输过程中收到相邻板材之间的挤压，会减弱拉挤板材的表面粗糙度，为了进一步提高拉挤板材表面的粗糙水平，在本本发明实施例的第二道工序放卷工序中，还设置了高压电弧处理装置220，如图2所示，放卷设备200包括放卷装置210、高压电弧处理装置220和成型模具230，其中：
放卷装置210用于将收卷装置170上卷绕的板材放卷，放卷装置210的结构和收卷装置170相似，只有转动方向相反，其具体结构不再详细介绍；高压电弧处理装置220，设置在放卷装置210后侧，高压电弧处理装置220也是现有技术，本发明实施例中利用高压电弧放电处理过程中产生的大量等离子，等离子具有较高的能量，从而改变了拉挤板材表面的分子结构，使得经过第一道收卷工序中压缩空气喷丸处理后的拉挤板材的正反表面经过高压电弧放电处理后粗糙度进一步提高，从而弥补了原先压缩空气喷丸处理的不足，达到了与现有技术中撕除脱模布后相同的效果。而且，通过两个工序的处理，还可以保证在拉挤板材堆叠之前的表面粗糙度最高的状态，从而保证了拉挤板材后续粘贴时的牢固性。
成型模具230，放置在高压电弧处理装置220后侧，用于板材的成型。
在本发明实施例中，为了进一步保证高压电弧处理的效果，放卷设备200还包括表面除尘装置240，表面除尘装置240设置在放卷装置210与高压电弧处理装置220之间，表面除尘设备上具有高速出风口，高速出风口朝向板材的正反两面设置。除尘装置的作用在于吹去板材表面的灰尘，保证板材在高压电弧处理之前的清洁程度，从而提高后期对拉挤板材处理的可靠性。
在本发明实施例中，拉挤板材可以是碳纤维板材、或者玻璃纤维板材，或者是碳纤维和玻璃纤维的混合板材，因此，在本发明实施例中纱架110上的纤维材质为碳纤维和/或玻璃纤维。具体请参见图2A~图2C，其中，图2A为纯碳纤维或者纯玻纤维板材，图2B和图2C为碳玻混拉挤板的剖面图的结构。
在本发明实施例中，由于脱模布只能包绕在拉挤板材的正反两面，在拉挤板材的侧面依然是平滑的表面，对于同一层的拉挤板材的相邻两面的粘接强度依然存在隐患，为了解决上述问题在本发明实施例中，如图3所示，高压电弧处理装置220具有朝向拉挤板材的正反两面设置的喷嘴221，喷嘴221呈环形设置，拉挤板材从其中穿过。通过这种设置，使得拉挤板材的外表面均可以形成粗糙的表面，具体的，如图4所示，喷嘴221包括与板材上下表面平行设置的上侧面221a、下侧面221b以及和板材的两侧面平行设置的左侧面221c和右侧面221d，上侧面221a、下侧面221b、左侧面221c和右侧面221d均朝向拉挤板材的外表面喷射高压电弧。通过上述设置，使得拉挤板材的四个侧面被喷嘴221处理以后均能得到性能大致相同的粗糙效果，从而提高板材堆叠粘贴以后的整体机械性能。此外这里需要指出的是，压缩空气喷丸装置160的喷头也可以采用相同的结构。
在本发明实施例中，为了减少压缩空气喷丸装置160对拉挤板材的性能影响，压缩空气喷丸装置160的喷头朝向拉挤板材的行进方向倾斜设置。由于在纤维的长度方向上抗拉伸强度比抗剪切强度要好，因此沿着拉挤板材行进方向上进行压缩空气喷丸设置，可以减少在剪切方向上对纤维的影响，提高拉挤板材的整体强度。
本发明实施例还提供了如图5所示的拉挤板材生产方法，该方法应用在上述系统中，具体包括以下步骤：
S10：牵引纱线依次经过胶槽120、预成型模具230和固化烘箱140至拉挤板材成型；
S20：朝向已经成型的拉挤板材的正反两面喷射高速粒子，使得板材表面形成粗糙面；
S30：卷绕形成粗糙面的拉挤板材至收卷装置170上；
S40：转移成卷的拉挤板材至放卷装置210上，并通过放卷装置210将拉挤板材进行放卷；
S50：朝向放卷的板材的正反两面喷射高压电弧；
S60：切割板材，并将板材转移至成型模具230中。
这里需要指出的是，在步骤S50之前，还包括步骤S41：对拉挤板材进行表面除尘处理。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种拉挤板材生产系统，其特征在于，包括拉挤生产设备和放卷设备，所述拉挤生产设备包括：
沿纱线行进方向依次设置的纱架、胶槽、预成型模具、固化烘箱和牵引装置；
压缩空气喷丸装置，设置在所述牵引装置后侧，所述压缩空气喷丸装置具有朝向拉挤板材的正反两面喷射高速粒子的喷头；
收卷装置，设置在所述压缩空气喷丸装置后侧，用于拉挤板材的收卷；
所述放卷设备包括：
放卷装置，用于将所述收卷装置上卷绕的板材放卷；
高压电弧处理装置，设置在所述放卷装置后侧；
成型模具，放置在所述高压电弧处理装置后侧，用于板材的成型。
2.根据权利要求1所述的拉挤板材生产系统，其特征在于，所述放卷设备还包括表面除尘装置，所述表面除尘装置设置在所述放卷装置与所述高压电弧处理装置之间，所述表面除尘设备上具有高速出风口，所述高速出风口朝向板材的正反两面设置。
3.根据权利要求1所述的拉挤板材生产系统，其特征在于，所述纱架上的纤维材质为碳纤维和/或玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的拉挤板材生产系统，其特征在于，所述高压电弧处理装置具有朝向拉挤板材的正反两面设置的喷嘴，所述喷嘴呈环形设置，拉挤板材从其中穿过。
5.根据权利要求4所述的拉挤板材生产系统，其特征在于，所述喷嘴包括与板材上下表面平行设置的上侧面、下侧面以及和板材的两侧面平行设置的左侧面和右侧面，所述上侧面、下侧面、左侧面和右侧面均朝向拉挤板材的外表面喷射高压电弧。
6.根据权利要求1所述的拉挤板材生产系统，其特征在于，所述压缩空气喷丸装置的喷头朝向拉挤板材的行进方向倾斜设置。
7.一种拉挤板材生产方法，应用如权利要求1至6任一项所述的拉挤板材生产系统，其特征在于，包括以下步骤：
S10：牵引纱线依次经过胶槽、预成型模具和固化烘箱至拉挤板材成型；
S20：朝向已经成型的拉挤板材的正反两面喷射高速粒子，使得板材表面形成粗糙面；
S30：卷绕形成粗糙面的拉挤板材至收卷装置上；
S40：转移成卷的拉挤板材至放卷装置上，并通过放卷装置将拉挤板材进行放卷；
S50：朝向放卷的板材的正反两面喷射高压电弧；
S60：切割板材，并将板材转移至模具中。
8.根据权利要求7所述的拉挤板材生产方法，其特征在于，在步骤S50之前，还包括步骤S41：对拉挤板材进行表面除尘处理。
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