CN115447166A - 一种连续纤维增强预浸带成型系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及预浸带制备技术领域，更具体地说，它涉及一种连续纤维增强预浸带成型系统及工艺。连续纤维增强预浸带成型系统，包括上料单元、展纱单元、预热单元、流延复合单元、热压单元、冷却压光单元和收卷单元；所述流延复合单元包括流延模头、流延浸润辊和复合胶辊。本申请通过上述特定单元以及流延模头、流延浸润辊和复合胶辊的使用，简化了单独浸润步骤，适用于较高速率下生产大宽幅预浸带产品，所得成品质量较高。
Description
技术领域
本申请涉及预浸带制备技术领域，更具体地说，它涉及一种连续纤维增强预浸带成型系统及工艺。
背景技术
纤维增强树脂基材料，是以热固性树脂和/或热塑性树脂为基体，玻璃纤维、碳纤维或芳纶等纤维作为增强材料的复合体，以预浸带（料）成品为例，由于其优良的力学性能，被广泛应用于航空、航天等工业领域。
相关技术中的预浸带（料）成型方法，主要包括溶液浸渍法、熔融浸渍法和粉末浸渍法，其工艺如下：
1）溶液浸渍法：即采用一种或多种能完全溶解待用树脂的溶剂，先制得低粘度的溶液，再并以此浸渍纤维，最后将溶剂挥发，即得预浸带（料）；
上述方法有利于克服热塑性树脂熔融粘度大的缺点，并对纤维进行充分浸渍，但污染和成本相对较高，且易因溶剂残余产生质量问题，尤其在大宽幅生产时该问题尤为严重。
2）熔融浸渍法：即先将热塑性树脂基体熔融，再让纤维自熔融的树脂基体中通过，待其成分浸渍后，即得预浸带（料）；
上述方法相比于1）可显著降低成本和污染，但由于加工过程中纤维所受压力极大且易滑移，尤其在大宽幅生产时，纤维受阻和影响更大，因而不利于纤维浸润包覆和最终的成品质量。
3）粉末浸渍法：即在硫化床中，通过静电吸附的方式将树脂细粉吸附在纤维单丝的表面，然后加热使粉末熔结，即可完成对纤维的浸润；
上述方法由于采用干态浸渍的方式相比于1）摆脱了基体粘性的限制，但由于浸润仅能在加工过程中才能完成，浸润效果受粉末粒径、压力和分布影响较大，因而不适用于大宽幅的生产。
综上可知，上述三种工艺虽均能满足实际生产需求，但需先进行纤维浸渍或预处理，生产速率较低同时，不适用于大宽幅(1000mm以上）生产，其生产宽度一般不超过650mm，超出后浸渍程度和最终质量均会变差，故此特提供一种高效、适用于大宽幅的连续纤维增强预浸带成型系统及工艺。
发明内容
为提高生产速率的同时，满足大宽幅的高质生产，本申请特提供一种连续纤维增强预浸带成型系统及工艺。
第一方面，本申请提供一种连续纤维增强预浸带成型系统，采用如下的技术方案：
一种连续纤维增强预浸带成型系统，包括上料单元、展纱单元、预热单元、流延复合单元、热压单元、冷却压光单元和收卷单元；
所述流延复合单元包括用于将熔融树脂涂布在连续纤维上的流延模头和强化树脂浸润效果的流延浸润辊，所述流延复合单元背离流延浸润辊的一侧还设置有对纤维进行挤压复合的复合胶辊。
通过采用上述技术方案，连续纤维依次经上料单元上料、展纱单元展纱、预热单元预热后，会形成无缝纱线件，此时再通过流延模头将熔融树脂涂布在连续纤维上，即可借助流延浸润辊和复合胶辊的作用，完成对连续纤维的浸渍，该工艺相比单独的浸渍处理，显著提升了生产效率；
此外该工艺的浸渍效果较优，不易受树脂选择和粘度影响的同时，在适用于大宽幅（1000mm）生产时，所挤出的流延膜其受热时的收缩性较小，且纵向和横向都不受到拉伸，因而可有效保障其对纱线件的包覆和浸渍，有利于最终成品各项性能的把控和均衡。
优选的，所述流延模头和流延浸润辊的距离为110-150mm。
通过采用上述技术方案,上述特定间距的流延模头和流延浸润辊可有效对薄膜横向厚度及其均匀性进行控制，能实现均匀拉伸的同时，还可调节边条宽窄，因而有利于最终的成品质量控制。
优选的，所述流延浸润辊为高精度电磁感应加热辊，所述流延浸润辊的辊面设有防粘镀层。
优选的，所述复合胶辊的硬度在60-90邵氏度，内部通冷却水。
优选的，所述复合胶辊背离连续纤维的一侧还设置有用于保持复合胶辊圆整度和进行冷却的复合背压辊。
通过采用上述技术方案，上述硬度和圆整度的复合胶辊可与复合背压辊和流延复合单元配合，并通过对连续纤维和熔融树脂进行挤压复合，以此协同保障树脂对连续纤维的浸渍和均匀分散；
此外冷却水的通入还有助于辅助薄膜的冷却定型，即让流延的熔融树脂从粘流态转变为粘弹态，以此通过控制适合的冷却温度保障薄膜的透明度和拉伸性能。
优选的，所述流延模头的进料端还依次连通设置有过滤器、熔融挤出螺杆和料斗。
通过采用上述技术方案，树脂基材可通过料斗进入熔融挤出螺杆，并经过滤器过滤自流延模头的出料端挤出至纱线件上，操作较为便捷的同时，过滤器的设置有利于保障树脂基材的质量和避免异物的污染。
优选的，所述流延模头挤出薄膜和流延浸润辊的导入角之间还设置有用于形成负压、以便薄膜与辊面接触的负压风嘴。
通过采用上述技术方案，熔融树脂在经流延模头挤出薄膜至纱线件的过程中，可通过负压风嘴在薄膜和流延浸润辊的导入角之间形成负压，并将薄膜与辊面紧密贴合，从而保障纱线件的浸渍质量。
优选的，所述冷却压光单元包括对称设置于纤维两侧的多组压光冷却辊；
所述压光冷却辊的直径为400-1000mm、表面粗糙度Rt为0.1-0.3um、牵引速度为100-400m/min、水温范围15-130℃、油温范围50-160℃。
通过采用上述技术方案，上述特定直径、粗糙度和牵引速度的压光冷却辊，其对结合有树脂的纱线件具有优异的冷却定型效果，且不易形成冷凝水，有利于最终的成品质量。
第二方面，一种应用连续纤维增强预浸带成型系统的工艺，具体步骤如下：
S1、先在上料单元上装载连续纤维，再通过展纱单元进行展纱，直至纱线件呈无缝状态；
S2、然后将纱线件转入预热单元，升温至80-300℃进行预热；
S3、待纱线件完成预热后，再通过流延复合单元将熔融状态的树脂均匀涂抹至连续纤维上；
S4、最后再依次通过热压单元热压融合、冷却压光单元冷却定型、收卷单元收卷，即得连续纤维热塑性预浸带。
通过采用上述技术方案，经上述特定工艺生产的预浸料，其在系统各单元的协同作用下，当产品宽幅超出1000mm时，仍保有较高的成品质量，且生产效率相比溶液浸渍法、熔融浸渍法或粉末浸渍法显著提升。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中的成型系统，其在各单元的协同作用下，可高效、高质地完成对连续纤维的浸渍，并能在大宽幅（1000mm）生产时，仍可有效保障其对纱线件的包覆和浸渍，有利于最终成品质量的把控；
2、本申请中的流延浸润辊，其通过特定的辊面和温度调控，使得流延浸润辊可适用于不同原料树脂，并能有效的对连续纤维进行浸渍；
3、本申请通过负压风嘴的加设，可在薄膜和流延浸润辊的导入角之间形成有促使薄膜与辊面紧密贴合的负压，从而有效提高纱线件的浸渍质量；
4、本申请中特定直径、粗糙度和牵引速度的压光冷却辊，其能有效保障树脂与纱线件，即成品的冷却定型效果和最终质量，且不易形成冷凝水；
5、本申请中应用上述系统的工艺，其生产效率显著提升的同时，可在系统各单元的协同作用下，生产出质量稳定均一的浸渍料，且产品宽幅超出1000mm时，仍可保障其成型质量。
附图说明
图1是本申请实施例中连续纤维增强预浸带成型系统的整体示意图；
图2是本申请实施例中流延复合单元的局部示意图。
附图标记：1、上料单元；2、展纱单元；3、预热单元；301、加热辊；4、流延复合单元；401、流延模头；402、流延浸润辊；403、复合胶辊；404、复合背压辊；405、过滤器；406、熔融挤出螺杆；407、料斗；5、热压单元；501、热压加热辊；6、冷却压光单元；601、压光冷却辊；7、收卷单元。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种废液电催化氧化处理装置，参照图1-2，沿生产线生产方向依次设置有上料单元1、展纱单元2、预热单元3、流延复合单元4、热压单元5、冷却压光单元6和收卷单元7。
其具体使用工艺如下：
S1、先在上料单元1上装载连续纤维，再通过展纱单元2进行展纱，直至纱线件呈无缝状态，其中上料单元1为上料架，展纱单元2由三组交替并排设置的传输展纱辊组成。
S2、然后将纱线件转入预热单元3，升温至80-300℃进行预热，其中预热单元3由三组交替并排设置的加热辊301组成。
S3、待纱线件完成预热后，即可转入流延复合单元4中，流延复合单元4位于连续纤维的两侧分别设置有流延浸润辊402和复合胶辊403，流延浸润辊402的同侧还设置有挤出树脂薄膜的流延模头401；
流延复合单元4沿生产线的生产方向依次设置有两组；
还需特别说明的是，流延浸润辊402为高精度电磁感应加热辊，辊面设有防粘镀层，防粘镀层为碳化钨防粘陶瓷镀层；
流延浸润辊402的温度可根据原料调整，具体温度如下：
PP：辊面温度15-40℃；PET：辊面温度20-60℃；LDPE：辊面温度30-60℃；ABS：辊面温度60-100℃；PA6：辊面温度70-120℃，针对不同树脂的特定温度选择，有利于保障对连续纤维的浸渍效果。
S4、待树脂薄膜经由流延模头401、流延浸润辊402和复合胶辊403的作用与连续纤维相结合浸渍后，即可再依次通过热压单元5热压融合、冷却压光单元6冷却定型、收卷单元7收卷，制得连续纤维热塑性预浸带；
其中热压单元5由两组对称设置于连续纤维两侧的热压加热辊501组成，并沿生产线的生产方向依次设置有两组；冷却压光单元6由两组对称设置于连续纤维两侧的压光冷却辊601组成，并沿生产线的生产方向依次设置有两组；收卷单元7为单组收卷辊机。
实际生产中，待加工的连续纤维在依次经上料架上料、展纱辊展纱、加热辊301预热后，会形成易与熔融树脂结合无缝纱线件，此时再借助流延模头401将熔融树脂以薄膜的形式涂布于连续纤维上，协同流延浸润辊402和复合胶辊403对连续纤维和树脂薄膜的挤压复合作用，即可完成对连续纤维的浸渍，高效高质的同时，还适用于大宽幅（1000mm）的生产，不易因树脂的结合或均匀性等问题影响成品质量。
此外，为实现对流延模头401挤出薄膜的膜厚及其均匀性进行控制，参照图2，流延模头401和流延浸润辊402的距离为110-150mm，更优选的可以为120-130mm,上述设计能实现均匀拉伸的同时，还可调节边条宽窄，从而有利于最终的成品质量控制。
为保障复合胶辊403对连续纤维和树脂薄膜的复合效果，参照图2，复合胶辊403背离连续纤维的一侧还贴合设置有复合背压辊404，复合背压辊404主要用于保持复合胶辊403的圆整度和冷却度；
其中复合胶辊403的硬度在60-90邵氏度，复合胶辊403和复合背压辊404内部均通入有冷却水，上述设计在针对连续纤维和熔融树脂进行挤压复合的过程中，有利于两者的结合和树脂的均匀分散。
为保障流延模头401挤出薄膜的质量，参照图2，流延模头401的进料端还依次连通设置有过滤器407、熔融挤出螺杆406和料斗405，树脂基材在经由进料斗405进料、熔融挤出螺杆406挤出后，会在过滤器407的作用下有效去除树脂基材的杂质以此保障树脂基材的分散度和粘度。
为进一步保障纱线件的浸渍质量，参照图1和图2，流延模头401挤出的薄膜和流延浸润辊402的导入角之间还设置有负压风嘴408，可通过启动负压风嘴408在薄膜和流延浸润辊402的导入角之间形成负压，以此促使树脂薄膜与辊面的紧密贴合，从而保障纱线件的浸渍质量。
为保障压光冷却辊601的冷却定型效果，压光冷却辊601的直径选自400-1000mm、表面粗糙度Rt为0.1-0.3um、最大牵引速度为100-400m/min、水温范围15-130℃；
上述特定直径、粗糙度和牵引速度的压光冷却辊601，其冷却效果均匀的同时，有利于树脂和纱线件的结合定型，且不易形成冷凝水，因而有利于保障最终浸渍带的成品质量。
以上均是本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出的没有创造性贡献的修改或明显构成技术启示的方案，但只要在本申请的权利要求范围内都应受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，包括上料单元(1)、展纱单元(2)、预热单元(3)、流延复合单元(4)、热压单元(5)、冷却压光单元(6)和收卷单元(7)；
所述流延复合单元(4)包括用于将熔融树脂涂布在连续纤维上的流延模头(401)和强化树脂浸润效果的流延浸润辊(402)，所述流延复合单元(4)背离流延浸润辊(402)的一侧还设置有对纤维进行挤压复合的复合胶辊(403)。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述流延模头(401)和流延浸润辊(402)的距离为110-150mm。
3.根据权利要求1所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述流延浸润辊(402)为高精度电磁感应加热辊，所述流延浸润辊(402)的辊面设有防粘镀层。
4.根据权利要求1所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述复合胶辊(403)的硬度在60-90邵氏度，内部通冷却水。
5.根据权利要求4所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述复合胶辊(403)背离连续纤维的一侧还设置有用于保持复合胶辊(403)圆整度和进行冷却的复合背压辊(404)。
6.根据权利要求1所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述流延模头(401)的进料端还依次连通设置有过滤器(405)、熔融挤出螺杆(406)和料斗(407)。
7.根据权利要求1所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述流延模头(401)挤出薄膜和流延浸润辊(402)的导入角之间还设置有用于形成负压、以便薄膜与辊面接触的负压风嘴(408)。
8.根据权利要求1所述的连续纤维增强预浸带成型系统，其特征在于，所述冷却压光单元(6)包括对称设置于纤维两侧的多组压光冷却辊(601)；
所述压光冷却辊(601)的直径为400-1000mm、表面粗糙度Rt为0.1-0.3um、牵引速度为100-400m/min、水温范围15-130℃、油温范围50-160℃。
9.一种应用权利要求1-9任一所述连续纤维增强预浸带成型系统的工艺，其特征在于，具体步骤如下：
S1、先在上料单元(1)上装载连续纤维，再通过展纱单元(2)进行展纱，直至纱线件呈无缝状态；
S2、然后将纱线件转入预热单元(3)，升温至80-300℃进行预热；
S3、待纱线件完成预热后，再通过流延复合单元(4)将熔融状态的树脂均匀涂抹至连续纤维上；
S4、最后再依次通过热压单元(5)热压融合、冷却压光单元(6)冷却定型、收卷单元(7)收卷，即得连续纤维热塑性预浸带。
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