CN113968747A - 一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备包括控制系统、机械手和自动旋转台，所述自动旋转台位于所述机械手的下方，所述自动旋转台、机械手均与所述控制系统相关联，所述自动旋转台上安装有浸渍机构和裂解机构；所述浸渍机构包括浸渍筒、筒盖、升降组件、真空泵和先驱体容器，所述裂解机构包括高温裂解炉、炉盖、升降组件和保护气气瓶，所述高温裂解炉内设有加热保温组件。所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备具备连续浸渍裂解，自动取放样品，开合筒盖，压力监测等优点，解决了现有浸渍裂解设备不能连续化生产，人工参与过多生产效率不高的问题。

Description

一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备及使用方法
技术领域
本发明涉及一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备及使用方法，属于浸渍裂解技术领域。
背景技术
一般采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)是将预制体将其转入真空浸渍设备中进行浸渍，浸渍完成后接着将预制体转入高温裂解炉进行高温裂解，最后得到性能要求的产品。
现在的航空器如民航客机、战斗机、运输机等飞机刹车盘均采用碳纤维增强的碳基复合材料，也就是碳/碳复合材料制备。对于舰载机来说，由于湿度比较高时，碳材料摩擦系数会逐渐降低，因此舰载机等在湿度较高的环境下起降的机型装配的刹车盘选用碳纤维增强陶瓷基复合材料也就是碳/陶复合材料进行制备。但无论是碳/碳复合材料，还是碳/陶复合材料的制备都需要采用先驱体浸渍裂解工艺来将沉积后得到的多孔体预制体进行增密处理，进而得到动盘体。
现有的浸渍裂解工艺中浸渍和裂解通常需要反复进行3次左右进行致密化，需要操作员来回装炉取出，由于设备分开不能高效地进行连续化生产，效率较低，因此需要一种浸渍裂解一体自动化设备。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备及使用方法，所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备具备连续浸渍裂解，自动取放样品，开合筒盖，压力监测等优点，解决了现有浸渍裂解设备不能连续化生产，人工参与过多生产效率不高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备包括控制系统、机械手和自动旋转台，所述自动旋转台位于所述机械手的下方，所述自动旋转台、机械手均与所述控制系统相关联，所述自动旋转台上安装有浸渍机构和裂解机构；
所述浸渍机构包括浸渍筒、筒盖、升降组件、真空泵和先驱体容器，所述升降组件控制所述筒盖的升降开合，所述筒盖的下端固定安装有样品架，所述筒盖上安装有安全阀，所述真空泵与所述浸渍筒通过真空管路连接，所述真空管路上设有真空阀，所述浸渍筒与所述先驱体容器通过引入管相通，所述引入管上安装有引入阀；
所述裂解机构包括高温裂解炉、炉盖、升降组件和保护气气瓶，所述高温裂解炉内设有加热保温组件，所述升降组件控制所述炉盖的升降开合，所述炉盖的下端固定安装有样品架，所述炉盖上安装有安全阀，所述高温裂解炉与所述保护气气瓶通过进气管相通。
本发明的有益效果是：所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备可以实现浸渍和裂解的连续进行，自动取放样品，自动开合筒盖/炉盖，自动进行压力监测，降低人工操作成本，提高操作精度，解决了现有浸渍裂解设备不能连续化生产，人工参与过多，生茶效率不高的问题。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步的，所述的升降组件包括支撑架、滚珠丝杠升降机和驱动电机，所述支撑架固定安装在所述自动旋转台的上端，所述支撑架上固定安装所述驱动电机和滚珠丝杠升降机，所述驱动电机驱动所述滚珠丝杠升降机，所述滚珠丝杠升降机带动筒盖或炉盖的开启闭合。
采用上述进一步方案的有益效果是：滚珠丝杠升降机固定在支撑架上，驱动电机驱动滚珠丝杠升降机内部的蜗杆旋转带动内部蜗轮旋转，进而转换为丝杠的直线运动，实现筒盖或炉盖的开启或闭合。
进一步的，所述浸渍机构的筒盖上安装有压力真空表，所述安全阀为电磁控制阀，所述安全阀与所述控制系统相关联。
采用上述进一步方案的有益效果是：压力真空表的设置，便于工作人员随时观察浸渍筒内的压力情况，当压力真空表显示数值达到工作所需的真空度时，引入阀打开，先驱体通过不锈钢材质的引入管进入到浸渍筒内。
安全阀采用电磁控制阀，通过控制系统可以根据压力信号实现对安全阀的自动关闭/打开控制，从而实现自动化控制。
进一步的，所述裂解机构的炉盖上安装有压力表，所述炉盖上安装有温度传感器，所述温度传感器与所述控制系统相关联。
采用上述进一步方案的有益效果是：压力真空表的设置，便于工作人员随时观察裂解炉内的压力情况，温度传感器的设置可以实时监控裂解炉内的温度情况，从而便于控制系统控制加热保温组件的工作状况。
进一步的，所述加热保温组件包括石墨发热体和热电偶，所述石墨发热体位于所述高温裂解炉的内部，所述热电偶与所述石墨发热体相连。
采用上述进一步方案的有益效果是：热电偶通电后可将石墨发热体加热至预设温度后保温，从而使预制体在高温裂解炉内完成裂解处理。
进一步的，所述浸渍筒的下端安装有排液管，所述排液管上安装有排液阀。
采用上述进一步方案的有益效果是：当浸渍操作结束，需要排出浸渍筒内多余的先驱体时，可以打开排液阀，先驱体通过排液管排出。
进一步的，所述浸渍筒和筒盖之间设有锁紧组件，所述高温裂解炉和炉盖之间设有锁紧组件。
采用上述进一步方案的有益效果是：锁紧组件的设置，便于浸渍筒和筒盖之间盖合严实，便于高温裂解炉和炉盖之间合严实。
进一步的，所述自动旋转台上安装有三组浸渍机构和三组裂解机构，所述浸渍机构和裂解机构在自动旋转台上交错排布。
采用上述进一步方案的有益效果是：浸渍裂解工艺中浸渍和裂解通常需要反复进行3次才能完成预制体的致密化，所以三组浸渍机构和三组裂解机构的设置，便于预制体在所述浸渍、裂解一体化自动化生产设备上一次性完成增密处理，使用更加便利。
本发明还公开了所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备的使用方法，所述的使用方法包括如下步骤：
1)在控制系统的控制下，所述升降组件将筒盖升起，使所述筒盖打开状态下，将预制体放在样品架上，所述升降组件控制所述筒盖下降，使筒盖与浸渍筒合上；
2)所述真空泵开始抽真空，打开真空阀，真空泵开始对浸渍筒内进行抽真空；
3)当所述浸渍筒内达到预设真空度后，打开引入阀，先驱体从先驱体容器进入到浸渍筒内，直至先驱体淹没过预制体，关闭引入阀、真空阀和真空泵，预制体在浸渍筒内完成浸渍操作；
4)打开筒盖上的安全阀，平衡浸渍筒内气压，在控制系统的控制下，所述升降组件将筒盖升起，同时升降组件将炉盖升起，机械手把浸渍后的预制体从浸渍机构的样品架转移到裂解机构的样品架上，然后所述升降组件控制所述炉盖下降，使炉盖与高温裂解炉合上；
5)打开炉盖上的安全阀，保护气气瓶向裂解炉内通入保护气体，对高温裂解炉内进行空气排空，然后关闭炉盖上的安全阀，关闭保护气气瓶；
6)在控制系统的控制下，所述加热保温组件对高温裂解炉内进行加热、保温，完成预制体的裂解处理。
所述使用方法可以产生的有益效果是：无需人工取放预制体，浸渍或裂解过程中压力、温度条件的控制全部实现自动化，大大降低劳动力成本，提高处理效率，减少人工操作误差，提高预制体加工的一致性。
附图说明
图1为实施例中所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备的自动旋转台结构示意图；
图2为实施例中所述浸渍机构的内部结构示意图；
图3为实施例中所述裂解机构的内部结构示意图；
图中，1自动旋转台，2浸渍筒，3筒盖，4真空泵，5先驱体容器，6样品架，7安全阀，8真空管路，9真空阀，10引入管，11引入阀，12高温裂解炉，13炉盖，14保护气气瓶，15进气管，16支撑架，17滚珠丝杠升降机，18驱动电机，19压力真空表，20压力表，21温度传感器，22石墨发热体，23热电偶，24排液管，25排液阀，26锁紧组件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
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。本文中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方式的目的，不是旨在于限制本发明。
如图所示，一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备包括控制系统、机械手和自动旋转台1，所述自动旋转台1位于所述机械手的下方，所述自动旋转台1、机械手均与所述控制系统相关联，所述自动旋转台1上安装有浸渍机构和裂解机构；
所述自动旋转台1包括转动电机、齿轮、蜗轮蜗杆及相关传动部件该结构属于现有常规技术结构，所以图中未详细体现。通过内部转动电机驱动，并根据控制系统程序控制识别当前工艺步骤，进而将相应的浸渍机构或裂解机构旋转到机械手工作区域的位置。
所述浸渍机构包括浸渍筒2、筒盖3、升降组件、真空泵4和先驱体容器5，所述升降组件控制所述筒盖3的升降开合，所述筒盖3的下端固定安装有样品架6，所述筒盖3上安装有安全阀7，所述真空泵4与所述浸渍筒2通过真空管路8连接，所述真空管路8上设有真空阀9，所述浸渍筒2与所述先驱体容器5通过引入管10相通，所述引入管10上安装有引入阀11；
所述裂解机构包括高温裂解炉12、炉盖13、升降组件和保护气气瓶14，所述高温裂解炉12内设有加热保温组件，所述升降组件控制所述炉盖13的升降开合，所述炉盖13的下端固定安装有样品架6，所述炉盖13上安装有安全阀7，所述高温裂解炉12与所述保护气气瓶14通过进气管15相通。
具体的，所述的升降组件包括支撑架16、滚珠丝杠升降机17和驱动电机18，所述支撑架16固定安装在所述自动旋转台1的上端，所述支撑架16上固定安装所述驱动电机18和滚珠丝杠升降机17，所述驱动电机18驱动所述滚珠丝杠升降机17，所述滚珠丝杠升降机17带动筒盖3或炉盖13的开启闭合。
具体的，所述浸渍机构的筒盖3上安装有压力真空表19，所述安全阀7为电磁控制阀，所述安全阀7与所述控制系统相关联。
具体的，所述裂解机构的炉盖13上安装有压力表20，所述炉盖13上安装有温度传感器21，所述温度传感器21与所述控制系统相关联。
具体的，所述加热保温组件包括石墨发热体22和热电偶23，所述石墨发热体22位于所述高温裂解炉12的内部，所述热电偶23与所述石墨发热体22相连。
具体的，所述浸渍筒2的下端安装有排液管24，所述排液管24上安装有排液阀25。
具体的，所述浸渍筒2和筒盖3之间设有锁紧组件26，所述高温裂解炉12和炉盖13之间设有锁紧组件26。
具体的，所述自动旋转台1上安装有三组浸渍机构和三组裂解机构，所述浸渍机构和裂解机构在自动旋转台1上交错排布。
所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备的使用方法，包括如下步骤：
1)在控制系统的控制下，所述升降组件将筒盖3升起，使所述筒盖3打开状态下，将预制体放在样品架6上，所述升降组件控制所述筒盖3下降，使筒盖3与浸渍筒2合上，锁紧组件26自动锁紧筒盖3和浸渍筒2；
2)所述真空泵4开始抽真空，达到安全泵安全值后，打开真空阀9，真空泵4开始对浸渍筒2内进行抽真空；
3)当所述压力真空表19显示浸渍筒2内达到预设真空度后，打开引入阀11，先驱体从先驱体容器5进入到浸渍筒2内，直至先驱体淹没过预制体，关闭引入阀11、真空阀9和真空泵4，预制体在浸渍筒2内完成浸渍操作；
4)打开筒盖3上的安全阀7，平衡浸渍筒2内气压，在控制系统的控制下，所述筒盖3和浸渍筒2之间的锁紧组件26打开，所述升降组件将筒盖3升起，同时升降组件将炉盖13升起，机械手把浸渍后的预制体从浸渍机构的样品架6转移到裂解机构的样品架6上，然后所述升降组件控制所述炉盖13下降，使炉盖13与高温裂解炉12合上，锁紧组件26自动锁紧炉盖13和高温裂解炉12；
5)打开炉盖13上的安全阀7，保护气气瓶14向高温裂解炉12内通入保护气体，所述保护气体为N2，对裂解炉内进行空气排空，然后关闭炉盖13上的安全阀7，关闭保护气气瓶14；
6)在控制系统的控制下，热电偶23通电将石墨发热体22加热至预设温度后保温，完成预制体的裂解处理。
如需对预制体反复进行多次浸渍和裂解完成致密化，则重复步骤1)～6)，通过自动旋转台1的转动，将相应的浸渍机构或裂解机构旋转到机械手工作区域的位置，实现完全的自动化操作，机械手为常规已知结构，所以附图中未展示。
所述控制系统是指通过监测设备反馈信号到主机上，电脑主机分析得到设备运行状态发出相应指令。具体内容有浸渍时间控制系统、裂解时间控制系统、自动锁紧控制系统、开合筒盖3/炉盖13控制系统、自动旋转台1旋转控制系统、机械手取放样控制系统。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备包括控制系统、机械手和自动旋转台(1)，所述自动旋转台(1)位于所述机械手的下方，所述自动旋转台(1)、机械手均与所述控制系统相关联，所述自动旋转台(1)上安装有浸渍机构和裂解机构；
所述浸渍机构包括浸渍筒(2)、筒盖(3)、升降组件、真空泵(4)和先驱体容器(5)，所述升降组件控制所述筒盖(3)的升降开合，所述筒盖(3)的下端固定安装有样品架(6)，所述筒盖(3)上安装有安全阀(7)，所述真空泵(4)与所述浸渍筒(2)通过真空管路(8)连接，所述真空管路(8)上设有真空阀(9)，所述浸渍筒(2)与所述先驱体容器(5)通过引入管(10)相通，所述引入管(10)上安装有引入阀(11)；
所述裂解机构包括高温裂解炉(12)、炉盖(13)、升降组件和保护气气瓶(14)，所述高温裂解炉(12)内设有加热保温组件，所述升降组件控制所述炉盖(13)的升降开合，所述炉盖(13)的下端固定安装有样品架(6)，所述炉盖(13)上安装有安全阀(7)，所述高温裂解炉(12)与所述保护气气瓶(14)通过进气管(15)相通。
2.根据权利要求1所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述的升降组件包括支撑架(16)、滚珠丝杠升降机(17)和驱动电机(18)，所述支撑架(16)固定安装在所述自动旋转台(1)的上端，所述支撑架(16)上固定安装所述驱动电机(18)和滚珠丝杠升降机(17)，所述驱动电机(18)驱动所述滚珠丝杠升降机(17)，所述滚珠丝杠升降机(17)带动筒盖(3)或炉盖(13)的开启闭合。
3.根据权利要求2所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述浸渍机构的筒盖(3)上安装有压力真空表(19)，所述安全阀(7)为电磁控制阀，所述安全阀(7)与所述控制系统相关联。
4.根据权利要求2所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述裂解机构的炉盖(13)上安装有压力表(20)，所述炉盖(13)上安装有温度传感器(21)，所述温度传感器(21)与所述控制系统相关联。
5.根据权利要求1所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述加热保温组件包括石墨发热体(22)和热电偶(23)，所述石墨发热体(22)位于所述高温裂解炉(12)的内部，所述热电偶(23)与所述石墨发热体(22)相连。
6.根据权利要求5所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述浸渍筒(2)的下端安装有排液管(24)，所述排液管(24)上安装有排液阀(25)。
7.根据权利要求1所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述浸渍筒(2)和筒盖(3)之间设有锁紧组件(26)，所述高温裂解炉(12)和炉盖(13)之间设有锁紧组件(26)。
8.根据权利要求1所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备，其特征在于，所述自动旋转台(1)上安装有三组浸渍机构和三组裂解机构，所述浸渍机构和裂解机构在自动旋转台(1)上交错排布。
9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的一种预制体浸渍、裂解一体化自动化生产设备的使用方法，其特征在于，所述的使用方法包括如下步骤：
1)在控制系统的控制下，所述升降组件将筒盖(3)升起，使所述筒盖(3)打开状态下，将预制体放在样品架(6)上，所述升降组件控制所述筒盖(3)下降，使筒盖(3)与浸渍筒(2)合上；
2)所述真空泵(4)开始抽真空，打开真空阀(9)，真空泵(4)开始对浸渍筒(2)内进行抽真空；
3)当所述浸渍筒(2)内达到预设真空度后，打开引入阀(11)，先驱体从先驱体容器(5)进入到浸渍筒(2)内，直至先驱体淹没过预制体，关闭引入阀(11)、真空阀(9)和真空泵(4)，预制体在浸渍筒(2)内完成浸渍操作；
4)打开筒盖(3)上的安全阀(7)，平衡浸渍筒(2)内气压，在控制系统的控制下，所述升降组件将筒盖(3)升起，同时升降组件将炉盖(13)升起，机械手把浸渍后的预制体从浸渍机构的样品架(6)转移到裂解机构的样品架(6)上，然后所述升降组件控制所述炉盖(13)下降，使炉盖(13)与高温裂解炉(12)合上；
5)打开炉盖(13)上的安全阀(7)，保护气气瓶(14)向裂解炉内通入保护气体，对高温裂解炉(12)内进行空气排空，然后关闭炉盖(13)上的安全阀(7)，关闭保护气气瓶(14)；
6)在控制系统的控制下，所述加热保温组件对高温裂解炉(12)内进行加热、保温，完成预制体的裂解处理。
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