CN206510290U - 一种复合材料电磁加热内固化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合材料电磁加热内固化系统，本实用新型的目的是要解决现有复合材料固化装置加热速度慢、加热不均匀和固化设备复杂的问题。该系统包括热管增强型芯模、温度检测装置、控制装置、电源、电磁感应发生装置和复合材料缠绕层。系统通过电磁感应原理给热管增强型芯模局部提供热量，热管增强型芯模再将局部热量传输到整个热管增强型芯模，热量再进一步扩散至要加热的制品。该系统升温速度快，首尾温差小，有利于提高复合材料制品的固化质量。

Description

一种复合材料电磁加热内固化系统

技术领域

本实用新型涉及一种复合材料电磁加热内固化系统。

背景技术

树脂基纤维缠绕复合材料管件，如高压玻璃钢管道、传动轴、复合材料飞轮、电线杆、排烟管道等，具有强度高、耐腐蚀、可设计等优点，使其在航空航天、能源、建筑、交通、民用等领域获得广泛应用。纤维缠绕复合材料管件多采用湿法缠绕成型工艺，管件需要经缠绕、固化、脱模、磨切等工序成型。近年来，随着复合材料技术应用的越来越广泛，对于复合材料管件固化的要求也越来越高。

目前复合材料管件固化工艺主要采用外加热固化和内加热固化成型两种。所谓外加热固化即管件缠绕成型后，将其放入固化炉中对缠绕层按照设计的固化升温历程进行加热，促使复合材料发生理化反应，实现复合材料固化成型。由于采用外固化工艺，复合材料由外向内逐层被加热并发生理化反应，导致固化反应产生的热量和气体无法排出，从而影响复合材料固化质量；外固化工艺从材料外部加热的特点决定了其缠绕、固化和脱模三道工序通常需要在独立的设备上完成，需要的生产设备和芯模数量多，能耗高，固化温度控制困难。并且外固化工艺不能做高压玻璃钢管件。

内固化工艺是采用加热管体内部芯模的方式，使复合材料从内向外被加热升温，从而完成固化成型。内固化工艺中复合材料由内向外逐层固化，可以将气泡及多余树脂排出，降低管件内应力，因此该工艺可提高复合材料性能。但是，目前采用的从内部对复合材料进行加热固化的方法，在实际生产和应用中有以下问题：如果采用导热油作为芯模内部循环加热的介质，易发生泄漏污染，且导热油易燃，安全隐患大。如果采用蒸汽作为芯模内部循环加热的介质。首先，蒸汽加热应用于加热易导致首尾温差大的问题，而且芯模被加热过程中会形成冷凝水，并聚集在水平放置管件的底部不易排出，其次，高温高压蒸汽不易获得，生产过程中需要锅炉和蒸汽管路相配套，并需要靠旋转接头解决蒸汽从固定管路向旋转芯模的传输问题，设备体积大，维护成本高，能源利用率低，也不便于芯模移动。

因此，针对上述情况，本实用新型提出一种复合材料电磁加热内固化系统，所述采用电磁加热技术，能将局部电磁感应产生的热量迅速传导至整个芯模，除加热系统无其他辅助设备，方便芯模移动，也能满足高低压的固化方式。

发明内容

本实用新型专利公开了一种复合材料电磁加热内固化系统，系统通过电磁感应原理给热管增强型芯模局部提供热量，热管增强型芯模再将局部热量传输到整个热管增强型芯模，热量再进一步扩散至要加热的制品。实现了复合材料边缠绕边固化的目的，简化了固化设备，降低了成本。

复合材料电磁加热内固化系统包括热管增强型芯模（6）、温度检测装置（4）、控制装置（5）、电源（2）和电磁感应发生装置（1）。所述温度检测装置（4），用于检测所述热管增强型芯模（6）表面的温度；所述控制装置（5），用于根据所述温度检测装置（4）检测到的温度与预设温度的温差向电源（2）发送控制信号；所述电源（2），用于接收来自所述控制装置（5）发送的所述控制信号，并将与所述控制信号对应的高频电流输出至电磁感应发生装置（1）；所述电磁感应发生装置（1），包括感应线圈（3），所述热管增强型芯模（6）穿过所述感应线圈（3），所述感应线圈（3）用于将所述高频电流转换成高频磁场，以产生热量传递给所述热管增强型芯模（6）。

优选的，所述热管增强型芯模（6）的形状包括圆管、椎管和矩形管；所述热管增强型芯模（6）在加热过程中是旋转的，旋转的速度是可调节的。

所述控制装置（5）的信号输出端和所述电源（2）的信号输入端相连接，所述控制装置（5）与所述电源（2）形成闭环控制回路，所述控制装置（5）根据所述温度检测装置（4）检测到的温度与预设温度的温差，向所述电源（2）发送与温差对应的所述控制信号，控制所述电源（2）输出与所述控制信号对应的高频电流；其中，所述的控制信号和所述的高频电流都是连续的。

所述温度检测装置（4）包括红外线探测器。

优选的，所述感应线圈（3）和所述温度检测装置（4）位于所述热管增强型芯模（6）的相同一端或者异同一端，所述感应线圈（3）和所述温度检测装置（4）与所述热管增强型芯模（6）端部的距离为50mm-150mm。

优选的，所述感应线圈（3）是铜管。

优选的，所述热管增强型芯模（6）的中心线与所述感应线圈（3）的中心线重合，所述感应线圈（3）的半径比所述热管增强型芯模（6）的最大半径大20mm-80mm。

优选的，所述电源（2）是中频电源。

优选的，所述热管增强型芯模（6）是水平放置的，工作时绕其轴心旋转；所述热管增强型芯模由铁磁性材料构成，并且具有导热结构。

所述电磁感应发生装置（1）通过电磁感应原理给热管增强型芯模（6）局部提供热量，热管增强型芯模（6）再将热量从局部传递到整个芯模。

附图说明

图1是复合材料电磁加热内固化系统的结构示意图；其中，（1）为电磁感应发生装置；（2）为电源；（3）为感应线圈；（4）为温度检测装置；（5）为控制装置；（6）为热管增强型芯模。

具体实施方式

复合材料电磁加热内固化系统包括热管增强型芯模、温度检测装置、控制装置（5）、电源和电磁感应发生装置，如图1所示。控制装置（5）的信号输出端和电源（2）的信号输入端相连接，控制装置（5）与电源（2）形成闭环控制回路，根据温度检测装置（4）检测到的温度与预设温度的温差，控制装置（5）向电源（2）发送与温差对应的控制信号，控制电源（2）输出与控制信号对应的高频电流，对应加热和保温热管增强型芯模。

用复合材料电磁加热内固化系统来固化复合材料，首先将热管增强型芯模（6）固定在缠绕机的主轴上，感应加热线圈（3）和温度检测装置（4）置于热管增强型芯模（6）端部；然后设置缠绕工艺参数，设置温度控制器（5）的温度；温度控制器（5）信号输出端和电源（2）信号输入端相连接，在启动缠绕机主轴旋转的同时接通电源（2）；在缠绕小车带动下，将浸渍树脂的复合材料按照设置的工艺缠绕到热管增强型芯模（6）上，得到浸渍树脂的复合材料管件；热管增强型芯模（6）由于电磁感应原理产生热量，热量由热管增强型芯模（6）局部传输到整个芯模，通过热管增强型芯模给复合材料进行加热固化，当温度达到温度控制器（5）设置的温度时，电源（2）自动停止加热，进入保温过程，直到复合材料完成固化过程。

控制装置（5）与电源（2）形成闭环控制回路，能够精确控制温度的变化，温度控制精度为±1℃。

温度检测装置（4）包括红外线探测头，精确测量热管增强型芯模表面的温度，温度检测装置的测量精度为±0.5℃。

感应线圈（3）和温度检测装置（4）位于所述热管增强型芯模（6）的相同一端或者异同一端，感应线圈（3）和温度检测装置（4）与热管增强型芯模（6）端部的距离为50mm-150mm；此设计便于复合材料缠绕过程的进行，防止复合材料缠绕和固化过程中胶液污染电磁加热装置。

热管增强型芯模（6）的中心线与感应线圈（3）的中心线重合，感应线圈（3）的半径比热管增强型芯模（6）的最大半径大20mm-80mm，实现了热管增强型芯模的均匀加热；当加热长为4000mm的管道时，管道的首尾温差可保持在±2℃以内。

电源（2）是中频电源，使得复合材料电磁加热内固化系统节能明显，电网污染小，同时中频电源非常稳定。

热管增强型芯模（6）是水平放置的，工作时绕其轴心旋转；热管增强型芯模由铁磁性材料构成，并且具有导热结构；实现了热管增强型芯模快速、均匀的受热。复合材料电磁加热内固化系统从室温25℃升至缠绕温度50℃的时间为146s；从缠绕温度50℃升至固化温度120℃的时间为346s；从固化温度120℃降至缠绕温度50℃的时间为657s；当加热4000mm长的管道时，首尾温差保持在±2℃以内。

该系统加热固化的材料是复合材料，有利于提高复合材料制品的固化质量。

该系统除了应用于复合材料内固化成型领域外，在利用到金属热管或热辊加热的各个领域都有着广阔的应用前景，如：印染领域、纺织领域、铁附膜热压成型领域等。

Claims (10)

1.一种复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于，包括：

热管增强型芯模(6)；

温度检测装置(4)，用于检测所述热管增强型芯模(6)表面的温度；

控制装置(5)，用于根据所述温度检测装置(4)检测到的温度与预设温度的温差向电源(2)发送控制信号；

所述电源(2)，用于接收来自所述控制装置(5)发送的所述控制信号，并将与所述控制信号对应的高频电流输出至电磁感应发生装置(1)；以及

所述电磁感应发生装置(1)，包括感应线圈(3)，所述热管增强型芯模(6)穿过所述感应线圈(3)，所述感应线圈(3)用于将所述高频电流转换成高频磁场，以产生热量传递给所述热管增强型芯模(6)。

2.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述热管增强型芯模(6)的形状包括圆管、椎管和矩形管；所述热管增强型芯模(6)在加热过程中是旋转的，旋转的速度是可调节的。

3.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述控制装置(5)的信号输出端和所述电源(2)的信号输入端相连接，所述控制装置(5)与所述电源(2)形成闭环控制回路，所述控制装置(5)根据所述温度检测装置(4)检测到的温度与预设温度的温差，向所述电源(2)发送与温差对应的所述控制信号，控制所述电源(2)输出与所述控制信号对应的高频电流；其中，所述的控制信号和所述的高频电流都是连续的。

4.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述温度检测装置(4)包括红外线探测器。

5.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述感应线圈(3)和所述温度检测装置(4)位于所述热管增强型芯模(6)的相同一端或者异同一端，所述感应线圈(3)和所述温度检测装置(4)与所述热管增强型芯模(6)端部的距离为50mm-150mm。

6.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述感应线圈(3)是铜管。

7.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述电源(2)是中频电源。

8.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述热管增强型芯模(6)的中心线与所述感应线圈(3)的中心线重合，所述感应线圈(3)的半径比所述热管增强型芯模(6)的最大半径大20mm-80mm。

9.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述热管增强型芯模(6)是水平放置的，工作时绕其轴心旋转；所述热管增强型芯模(6)由铁磁性材料构成，并且具有导热结构。

10.根据权利要求1所述的复合材料电磁加热内固化系统，其特征在于所述电磁感应发生装置(1)通过电磁感应原理给热管增强型芯模(6)局部提供热量，热管增强型芯模(6)再将热量从局部传递到整个芯模。