CN202727357U - 柔性超声波浸胶装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种柔性超声波浸胶装置，包括槽体，所述槽体具有用于盛放液体树脂的内凹腔室，所述槽体为双层结构，包括内层槽体与外层槽体，所述内层槽体与外层槽体之间形成用于存储循环介质的空间，在所述外层槽体上分别开有进液口与排液口，所述进液口与排液口均与所述空间相通；在所述外层槽体的外壁上设有频率、功率等参数可调的柔性超声装置；本实用新型的超声装置发出的超声波通过循环介质均匀地作用于纤维与液体树脂上实现浸胶，并在浸胶程序完成后，清洗浸胶槽时，超声波又作用于槽体内污物上，因此，对于浸胶与清洗过程，本实用新型均采用物理手段，在实现浸胶的基础上，提高了清洗效果，简化了清洗过程，避免影响浸胶槽的再次使用效果。

Description

柔性超声波浸胶装置

技术领域

本实用新型涉及一种复合材料加工设备，特别涉及一种适用于长丝缠绕、拉挤等纤维增强聚合物基复合材料(如碳纤维复合芯导线芯棒)成型工艺的柔性超声波浸胶装置。

背景技术

碳纤维复合芯导线是近年来出现的一种新型节能导线，其重量比同规格钢芯铝绞线轻20％左右，热膨胀系数小于2×10^-61/℃，在高温下弧垂不到常规钢芯铝绞线的1/10，抗拉强度大于2100MPa，运行温度可达180℃，相同直径时铝材截面积为常规钢芯铝绞线的1.29倍，理论载流量是钢芯铝绞线的2倍，具有良好的发展前景。

浸胶是碳纤维芯棒准备的关键工序之一。在纤维增强树脂基复合材料(如碳纤维复合芯线)成型工艺中，纤维通过导纱板或不锈钢梳有规律的进入含有树脂、促进剂和其他成分的液体树脂浸胶槽，一般是通过压辊提高纤维的浸胶程度，经过浸胶后的浸胶槽需要使用大量有机溶剂清洗或擦拭后才能进行下一次的使用。

现有的长丝缠绕、拉挤等碳纤维增强聚合物基复合材料成型工艺中，由于树脂黏度较大、环境温度较低等原因，使碳纤维在树脂中浸润性较差、含胶量不理想，常造成成型后的碳纤维芯棒性能降低的缺陷。而且，传统的浸胶槽在使用后极其不易清洗，剩余的树脂及掉落的纤维会粘附在浸胶槽内壁上，浸胶槽如果清洗不干净会对下一次生产造成不利影响。

目前，提高纤维的浸润性的方法主要是采用加热树脂或者降低树脂黏度，但是，该方法存在以下缺陷：(1)在采取加热方式时，对于某些树脂体系需要加热到较高的温度，而过高的温度会影响树脂胶液的性能，使存胶时间缩短；(2)降低树脂黏度通常需要在树脂中加入稀释剂，稀释剂的加入往往会影响树脂的使用性能，需要增加后续的烘烤稀释剂工序，因而导致了工艺的复杂化。

超声波的高频机械振荡可对浸胶槽中的溶液进行搅拌，以改善纤维和树脂的浸润性，提高纤维和树脂的界面结合，进而提高导线的力学性能，而且也可用来清洗器皿。另外，当超声波能量足够高时，就会产生“超声空化”现象，伴随空化泡崩溃瞬间，在空化泡周围的极小空间内产生异乎寻常的高温、高压、强冲击波和射流等极端物理条件，达到改善润湿性和清洗功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便、清洗效果好、可提高浸胶效果的柔性可控的超声波浸胶装置。

本实用新型的目的通过以下的技术措施来实现：一种柔性超声波浸胶装置，包括槽体，所述槽体具有用于盛放液体树脂的内凹腔室，其特征在于所述槽体为双层结构，包括内层槽体与外层槽体，所述内层槽体与外层槽体之间形成用于存储循环介质的空间，在所述外层槽体上分别开有进液口与排液口，所述进液口与排液口均与所述空间相通；在所述外层槽体的外壁上设有柔性可控的超声装置。

本实用新型的超声装置发出的超声波通过循环介质均匀地作用于纤维与液体树脂上实现浸胶，并在浸胶程序完成后，清洗浸胶槽时，又可通过超声波作用于槽体内污物上，因此，对于浸胶与清洗过程，本实用新型均采用物理手段，在实现浸胶的基础上，提高了清洗效果，简化了清洗过程，避免影响浸胶槽的再次使用效果；柔性可控的含义是：通过电路控制，便捷地改变超声波的频率和功率，作用于宽带超声波换能器上，使超声波与浸胶槽产生谐振，最大程度地发挥超声波的空化效应。

作为本实用新型的一种实施方式，所述进液口位于所述外层槽体侧壁的上部，所述排液口位于所述外层槽体的底部。

作为本实用新型的优选实施方式，所述超声装置包括用于产生可调频率、幅值、相位激发脉冲的任意波形发生器、宽带超声换能器及用于控制任意波形发生器工作时间的时间控制器，所述任意波形发生器的电脉冲输出端与超声换能器的电脉冲输入端连接，利用压电效应而将任意波形发生器发出的电脉冲转化为机械振动。

作为本实用新型的一种改进，在所述槽体上还设有用于加热槽体内液体树脂并调节其温度于设定温度范围内的控温装置。

为了有效减小超声波对周围环境和对人体生理的不良影响，作为本实用新型的进一步改进，在所述外层槽体的外部设置有防噪层，所述防噪层围括住所述外层槽体的外壁，所述防噪层与所述外层槽体之间形成密闭的空隙，所述控温装置与超声装置均位于所述空隙中；所述排液口伸出所述防噪层外。

所述防噪层具体可以采用高分子材料等其它现有可以减少噪音的材料制成。

本实用新型还具有以下实施方式，在所述防噪层的外侧壁上设有控制面板，所述控温装置包括用于监测液体树脂温度的热电偶与加热元件，所述热电偶位于外层槽体与内层槽体之间的空间中，所述加热元件设置在所述外层槽体的外壁上，所述热电偶与加热元件分别与所述控制面板连接；所述控制面板还与所述超声装置相连。

本实用新型的加热元件加热槽体于设定温度，液体树脂倒入槽体内，并开始超声浸胶程序，待温度超过设定温度时，又通过流入低温的循环介质降低液体树脂的温度，确保液体树脂的温度恒定在设定温度范围内，因此本实用新型加强了纤维的浸润性，提高了浸胶效果，一方面，不会对树脂胶液的性能产生影响，另一方面，也省去了现有加入稀释剂来浸胶而增设的烘烤稀释剂工序，因此简化了工艺流程，提高了工作效率。

本实用新型所述循环介质采用有机溶剂或者水。

本实用新型所述进液口与排液口均安装有电磁阀，所述电磁阀与所述控制面板连接，所述槽体内液体树脂的温度低于设定温度下限时控制进液口与排液口的电磁阀关闭，或者液体树脂的温度高于设定温度上限时控制进液口与排液口的电磁阀开启，使得低温的循环介质流经空间而降低液体树脂的温度以便控制其温度于设定温度范围内。

为了提高纤维浸胶效果及清洗效果，作为本实用新型的进一步改进，所述控温装置与超声装置均设置有数个，分别均匀分布在所述外层槽体的外壁上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：

(1)本实用新型的超声装置发出的超声波频率、功率、相位等可调，即柔性超声，利用压电陶瓷的压电效应，把电能转化为机械能，通过循环介质均匀作用于液体树脂与纤维上，以实现更好的浸胶效果。在浸胶程序完成后，清洗浸胶槽时，又可作用于槽体内残留的污物上。因此，通过调节超声波的参数，在实现浸胶的基础上，可以方便高效地改善纤维在树脂中的润湿性，显著提高了清洗效果，简化了清洗过程，避免因多次使用而导致浸胶槽的洁度降低。

(2)本实用新型的控温装置与超声装置共同作用，液体树脂在达到设定温度时进行超声浸胶过程，待液体树脂的温度超过设定温度时，又通过流入低温的循环介质降低其温度，因此，可确保液体树脂的温度恒定在设定温度范围内，加强了碳纤维的浸润性，提高了浸胶效果，一方面，不会对树脂胶液的性能产生影响，另一方面，也省去了现有加入稀释剂来浸胶而增设的烘烤稀释剂工序，因此简化了工艺流程，提高了工作效率。

(3)本实用新型的防噪层能够减小超声波对周围环境及人体生理的影响，实现环保的功能。

(4)控温装置与超声装置均匀分布在槽体的外壁上，不仅在浸胶过程中，可均匀加热槽体内的液体树脂，而且在清洗过程中，可均匀振动槽体内残留的污物，实现最佳的加热效果与清洗效果。

(5)本实用新型的结构简单，人为操控控制面板来实现本实用新型整个工作流程，因此使用方便、操作简单，另外本实用新型的实用性强，可广泛适用于复合材料成型工艺流程中，尤其适用于纤维增强不同树脂浸胶场合，有效提高纤维复合材料的浸胶特性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的纵向剖视示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本实用新型一种柔性超声波浸胶装置，包括槽体1，槽体1具有用于盛放液体树脂的内凹腔室，槽体为双层结构，包括内层槽体11与外层槽体12，内层槽体11与外层槽体12之间形成用于存储循环介质的空间13，循环介质为有机溶剂或者水。在外层槽体12上分别开有进液口14与排液口15，进液口14与排液口15均与空间13相通；其中，进液口14位于外层槽体12侧壁的上部，排液口15位于外层槽体12的底部。在外层槽体12的外壁上设有柔性可控的超声装置。

在槽体上还设有用于加热槽体内液体树脂并调节其温度于设定温度范围内的控温装置。在外层槽体12的外部设置有防噪层5，防噪层5采用高分子材料制成，防噪层5围括住外层槽体12的外壁，防噪层5与外层槽体12之间形成密闭的空隙6，控温装置与超声装置均位于空隙6中；排液口15伸出防噪层5外。

在防噪层5的外侧壁上设有控制面板7，控制面板7还与超声装置相连。在本实施例中，超声装置包括用于产生可调频率、幅值、相位激发脉冲的任意波形发生器2、超声换能器3及用于控制超声任意波形发生器2工作时间的时间控制器，任意波形发生器2的电脉冲输出端与超声换能器3的电脉冲输入端连接，利用压电效应而将任意波形发生器2发出的电脉冲转化为机械振动。控温装置包括用于监测液体树脂的温度的热电偶9与加热元件8，热电偶9位于外层槽体12与内层槽体11之间的空间13中，加热元件8设置在外层槽体12的外壁上，热电偶9与加热元件分别与控制面板7连接。

在本实施例中，控温装置与超声装置均各自设置有4个，具体是在外层槽体的外侧壁上设有两个，在外层槽体的底部外表面上设置两个。

进液口14与排液口15均安装有电磁阀，电磁阀与控制面板连接，槽体1内液体树脂的温度低于设定温度下限时控制进液口14与排液口15的电磁阀关闭，或者液体树脂的温度高于设定温度上限时控制进液口14与排液口15的电磁阀开启，使得低温的循环介质不断地流经空间而降低液体树脂的温度以便控制其温度于设定温度范围内。

本实用新型的工作过程如下：

(1)浸胶过程：关闭排液口，从进液口注入循环介质—水，关闭进液口，操作控制面板设定加热元件的加热温度(即槽体的初始温度)，同时设定任意波形发生器的频率和功率，此时，加热元件、任意波形发生器和超声能换器开始工作；当槽体温度达到设定温度时，向槽体内倒入液体树脂，并关闭加热元件；超声浸胶一段时间，胶槽温度大于设定温度时，开启进液口与排液口，并将进液口通过管路与泵连接，使得低温冷却水泵入空间内，温度较高的水由排液口流出，使胶槽温度维持在设定温度。

(2)清洗过程：完成浸胶过程后，操作控制面板使加热元件停止工作，开启柔性可控超声装置，并选择合适的超声参数(频率和功率)，对槽体内残留的污物进行清洗；当槽体内的树脂、沉渣、填料和掉落的纤维等全部清洗干净后，关闭任意波形发生器，开启进液口和排液口，将循环介质排出，再关闭进液口和排液口。

循环介质除了采用水之外，还可以采用有机溶剂等适合的介质；防噪层的制作材料也可以采用现有的具有防噪音功能的材料。

本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型的超声装置、控温装置的具体组成及设置的数量、位置均具有其它的实施方式，因此本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性超声波浸胶装置，包括槽体，所述槽体具有用于盛放液体树脂的内凹腔室，其特征在于：所述槽体为双层结构，包括内层槽体与外层槽体，所述内层槽体与外层槽体之间形成用于存储循环介质的空间，在所述外层槽体上分别开有进液口与排液口，所述进液口与排液口均与所述空间相通；在所述外层槽体的外壁上设有频率和功率参数柔性可控的超声装置。

2.根据权利要求1所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：在所述槽体上还设有用于加热槽体内液体树脂并调节其温度于设定温度范围内的控温装置。

3.根据权利要求2所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：所述超声装置包括用于产生可调频率、幅值、相位激发脉冲的任意波形发生器、宽带超声换能器及用于控制任意波形发生器工作时间的时间控制器，所述任意波形发生器的激发脉冲输出端与超声换能器的激发脉冲输入端连接，利用压电效应而将任意波形发生器发出的电脉冲转化为机械振动。

4.根据权利要求3所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：所述进液口位于所述外层槽体侧壁的上部，所述排液口位于所述外层槽体的底部。

5.根据权利要求4所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：在所述外层槽体的外部设置有防噪层，所述防噪层围括住所述外层槽体的外壁，所述防噪层与所述外层槽体之间形成密闭的空隙，所述控温装置与超声装置均位于所述空隙中；所述排液口伸出所述防噪层外。

6.根据权利要求5所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：在所述防噪层的外侧壁上设有控制面板，所述控温装置包括用于监测液体树脂的温度的热电偶与加热元件，所述热电偶位于外层槽体与内层槽体之间的空间中，所述加热元件设置在所述外层槽体的外壁上，所述热电偶与加热元件分别与所述控制面板连接；所述控制面板还与所述超声装置相连。

7.根据权利要求2所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：所述控温装置与超声装置均设置有数个，分别均匀分布在所述外层槽体的外壁上。 

8.根据权利要求6所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：所述进液口与排液口均安装有电磁阀，所述电磁阀与所述控制面板连接，所述槽体内液体树脂的温度低于设定温度下限时控制进液口与排液口的电磁阀关闭，或者液体树脂的温度高于设定温度上限时控制进液口与排液口的电磁阀开启，使得低温的循环介质流经空间而降低液体树脂的温度以便控制其温度于设定温度范围内。

9.根据权利要求8所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：所述循环介质为有机溶剂或者水。

10.根据权利要求9所述的柔性超声波浸胶装置，其特征在于：所述防噪层采用高分子材料制成。 

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