CN210906695U - 一种新型碳纤维预浸料系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种新型碳纤维预浸料系统，包括：高压树脂喷头，所述高压树脂喷头对称安装在碳纤维丝束的正面和背面两侧，高压树脂喷头的一端连接有计量装置，计量装置的一端连接料仓，所述料仓与计量装置、高压树脂喷头依次连通，所述料仓与计量装置之间设有第一电磁阀，所述计量装置与高压树脂喷头之间设有第二电磁阀，所述计量装置内还安装有加热机构，其中，所述高压树脂喷头与碳纤维丝束之间还设有胶量调节装置，所述胶量调节装置用于调节高压树脂喷头喷射到碳纤维丝束上的胶量。本实用新型采用两面喷涂的结构对碳纤维丝束进行树脂的浸润，浸润效果好。

Description

一种新型碳纤维预浸料系统

技术领域

本实用新型涉及碳纤维技术领域，特别涉及一种新型碳纤维预浸料系统。

背景技术

目前，现有技术中对碳纤维丝束浸润树脂胶的方式一般都是通过在离型纸上涂上树脂胶，然后将离型纸热压在碳纤维丝束上，再把离型纸撕开的方式将树脂胶浸润在碳纤维丝束上，但是这样的预浸料结构和方式存在以下问题：

1、通过这种方式，一般1m²离型纸上只能铺设7-8g的树脂胶，厚度约在 1um左右，也就要求上下两个热压辊之间的间隙在1um左右，对精度的要求比较高，如果是碳纤维丝束比较薄或者树脂克重要求较少的情况下就难以实现；并且如果树脂胶中加入了一些非均相的物质，那么长时间下来很容易损坏辊的表面，从而使上下辊之间的间隙增大，进而降低了精度；

2、如果将预浸料用在高端的领域，如航空等，则对树脂的要求是越少越好，含量最好在30％左右，这样的模量比较高，对于特别薄的碳纤维丝束，比如20g的纤维，对应的树脂的克重就要求在10g左右，现有的装置没办法实现双面涂，只能一面10g，这样的浸润效果就差。

所以为了克服以上至少一种缺陷，本实用新型设计了一种新型碳纤维预浸料系统，采用两面喷涂的结构对碳纤维丝束进行树脂的浸润，浸润效果好，且适用于对树脂克重要求比较少的情况。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提出一种新型碳纤维预浸料系统，采用两面喷涂的结构对碳纤维丝束进行树脂的浸润，浸润效果好。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种新型碳纤维预浸料系统，包括：高压树脂喷头，所述高压树脂喷头对称安装在碳纤维丝束的正面和背面两侧，高压树脂喷头的一端连接有计量装置，计量装置的一端连接料仓，所述料仓与计量装置、高压树脂喷头依次连通，所述料仓与计量装置之间设有第一电磁阀，所述计量装置与高压树脂喷头之间设有第二电磁阀，所述计量装置内还安装有加热机构，其中，所述高压树脂喷头与碳纤维丝束之间还设有胶量调节装置，所述胶量调节装置用于调节高压树脂喷头喷射到碳纤维丝束上的胶量。

进一步，所述喷头采用高压无气喷头，所述高压无气喷头包括喷嘴和喷射腔体，所述喷射腔体的一端与所述喷嘴固定连接，所述喷射腔体的另一端连接高压柱塞泵的出口端，高压柱塞泵的入口端连接所述计量装置，所述喷射腔体与喷嘴之间设有第三电磁阀，所述第二电磁阀位于所述计量装置和高压柱塞泵之间。

进一步，所述计量装置，包括称重传感器和计量仓，所述计量仓呈圆柱状，一端连接所述料仓，另一端连接所述高压柱塞泵，称重传感器固定安装在计量仓的底部。

进一步，所述加热机构安装在所述计量仓内，包括加热棒、温度探头和温控系统，加热棒和温度探头分别固定安装在所述计量仓内，所述温度探头连接所述温控系统的输入端，所述加热棒连接所述温控系统的输出端。

进一步，所述料仓的顶部安装有活塞以及活塞驱动机构，所述活塞驱动机构与所述活塞固定连接用以驱动所述活塞将料仓内的树脂压入计量仓内，所述料仓的底部与所述计量仓连接。

进一步，所述高压树脂喷头的数量为多个，多个高压树脂喷头横向或纵向排布。

进一步，所述胶量调节装置包括循环滤网结构、滤网清洗机构、滤网烘干机构，所述循环滤网结构包括三个呈120度夹角设置的滤网，三个滤网组成一个圆形旋转结构，三个滤网的一端分别连接一个连接杆，连接杆的另一端共同垂直安装到旋转电机的电机轴上，正常工作时，一个滤网会旋转至与高压树脂喷头垂直的位置，另外两个分别对应旋转至滤网清洗机构处和滤网烘干机构处；

所述滤网清洗机构包括清洗喷头，所述清洗喷头通过水管连接至水龙头或集水箱，并在连接水管上设有水阀，所述清洗喷头的下方设置废水收集槽；

所述滤网烘干机构包括风干喷嘴和吹风机，吹风机通过管路连接所述风干喷嘴，所述风干喷嘴朝向滤网；

其中，在所述滤网清洗机构和滤网烘干机构处分别安装有红外传感器，用于检测滤网的位置。

进一步，所述滤网的材质采用塑料或者金属，所述滤网的形状为网格状或斜条状。

进一步，该系统还包括前置风冷装置和后置风冷装置、热压辊、离型纸辊，所述前置风冷装置安装在高压树脂喷头的下方，并对称安装在预浸料的两侧，经过所述前置风冷装置定型后经过所述离型纸辊铺设离型纸，然后再经过热压辊热压后经过后置风冷装置，完成收卷。

本实用新型的优点在于：1、采用两面喷涂的结构，在碳纤维丝束两侧对称设置高压树脂喷头，能够实现两面喷涂，浸润效果好；

2、高压树脂喷头采用无气的高压树脂喷头，通过高压柱塞泵来实现喷射，能够有效防止碳纤维丝束上的纤维颗粒被吹散；

3、设置了计量装置，能够根据碳纤维丝束的幅宽，计算所需的树脂克重，实现定量喷射；

4、在高压树脂喷头与碳纤维丝束之间设置胶量调节装置，在计量装置最小称重的情况下实现进一步减少喷射树脂克重，特别适用于比较薄的碳纤维丝束；

5、胶量调节装置通过滤网的结构形式实现，滤网设置成循环结构，能够满足工序进度，不影响连续使用，并且设置了滤网清洗机构和滤网烘干结构来配合循环结构，以达到循环使用的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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1为本实用新型的一种新型碳纤维预浸料系统的系统结构示意图；

图2为本实用新型的一种新型碳纤维预浸料系统的胶量调节装置的示意图；

图3为本实用新型的一种新型碳纤维预浸料系统的加热机构的电路原理图；

图4为本实用新型的一种新型碳纤维预浸料系统的电气连接结构示意图。

其中：1、碳纤维丝束；2、料仓；3、活塞；4、液压气缸；5、第一电磁阀；6、计量仓；7、称重传感器；8、加热机构；9、第二电磁阀；10、高压柱塞泵；11、喷射腔体；12、喷嘴；13、第三电磁阀；14、胶量调节装置； 15、第一冷风机；16、冷风喷头；17、离型纸辊；18、离型纸放卷辊；19、热压辊；20、密封装置；21、风道；22、第二冷风机；23、吹风口；24、收卷辊；25、主控器；26、红外传感器；1401、过滤网；1402、连接杆；1403、旋转电机；1404、电机轴；1405、集水箱；1406、清洗喷头；1407、水阀； 1408、吹风机；1409、风干喷嘴。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图4所示，本实用新型的一个实施例提出一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，包括：高压树脂喷头，所述高压树脂喷头通过固定支架对称安装在碳纤维丝束1的正面和背面两侧，高压树脂喷头的一端连接有计量装置，计量装置的一端连接料仓2，所述料仓2与计量装置、高压树脂喷头依次连通，所述料仓2与计量装置之间设有第一电磁阀5，所述计量装置与高压树脂喷头之间设有第二电磁阀9，第一电磁阀5和第二电磁阀9分别连接主控器25的输出端，主控器25采用STM32F105VC单片机芯片，所述计量装置内还安装有加热机构8，其中，所述高压树脂喷头与碳纤维丝束1之间还设有胶量调节装置14，所述胶量调节装置14用于调节高压树脂喷头喷射到碳纤维丝束1上的胶量。

进一步，为了防止碳纤维丝束1上的纤维颗粒被吹散，所述喷头采用高压无气喷头，靠高压柱塞泵10的压力，不利用气压，有效防止将纤维颗粒吹散。所述高压无气喷头包括喷嘴12和喷射腔体11，喷嘴12为市售的普通喷嘴12，喷嘴12与喷射腔体11通过法兰连接起来，所述喷射腔体11的一端与所述喷嘴12固定连接，所述喷射腔体11的另一端连接高压柱塞泵10的出口端，高压柱塞泵10的入口端连接所述计量装置，所述喷射腔体11与喷嘴12之间设有第三电磁阀13，高压柱塞泵10和第三电磁阀13分别连接所述主控器16的输出端，所述第二电磁阀9位于所述计量装置和高压柱塞泵10之间。

具体地，所述计量装置，包括称重传感器7和计量仓6，所述计量仓6 呈圆柱状，一端连接所述料仓2，另一端连接所述高压柱塞泵10，称重传感器7固定安装在计量仓6的底部。其中，称重传感器7连接所述主控器16 的输入端，料仓2内的树脂注入计量仓6内后，称重传感器7实时将计量仓 6内的重量数据发送给主控器16，一旦达到预设的重量，第一电磁阀5就关闭，比如预设是5g，一旦达到5g，第一电磁阀5就会关闭，防止料仓2内的树脂继续注入，其中，计量仓6的预设量是根据碳纤维丝束1的幅宽进行设置的。

此外，由于不同的树脂粘度不一样，其固化温度不一样，所以根据不同的树脂，利用其粘度/温度曲线，设置相应的树脂温度，使其即能通过喷嘴 12进行喷射，又能在纤维丝束表面进行固化，所述加热机构8安装在所述计量仓6内，包括加热棒、温度探头和温控系统，加热棒和温度探头分别固定安装在所述计量仓6内，加热棒采用热敏电阻探测温度式加热棒R7，所述温度探头连接所述温控系统的输入端，温度探头采用热敏电阻R1，由于温度的变化而引起电压的变化，所述加热棒连接所述温控系统的输出端。当达到对应树脂的固化温度时，第二电磁阀9、第三电磁阀13打开，高压柱塞泵10 启动，将计量仓6内的树脂经由喷射腔体11并由喷嘴12喷出。

其中，所述温控系统由电压比较器U1A和放大器(U1B、U1C)、三极管 Q1组成，优选的，电压比较器和放大器均采用LM324D，电压比较器与主控器 25数据连接，温度探头将检测的电压值发送给电压比较器，利用电压比较器与设置的温度值对应的电压进行比较，温度探头电压的变化使得电压比较器输出端的高低电平发生变化，高低电平通过控制三极管的基极时期饱和导通或者截止来控制加热棒的启停。

进一步，所述料仓2的顶部安装有活塞3以及活塞3驱动机构，所述活塞3驱动机构与所述活塞3固定连接用以驱动所述活塞3将料仓2内的树脂压入计量仓6内，所述料仓2的底部与所述计量仓6连接。优选的，活塞3 驱动机构采用液压气缸4，液压气缸4与主控器16连接。

其中，在料仓内也设置有上述温控系统以及加热棒、温度探头，其工作原理同上，料仓内的温控系统使树脂胶的温度维持在70-100摄氏度，以保证树脂胶能够顺利流入计量仓内，计量仓内的温控系统则保证树脂胶能够顺利经由高压树脂喷头喷出。

进一步，根据碳纤维丝束1的幅宽，所述高压树脂喷头的数量为多个，多个高压树脂喷头横向或纵向排布。

具体地，所述胶量调节装置14包括循环滤网结构、滤网清洗机构、滤网烘干机构，所述循环滤网结构包括三个呈120度夹角设置的滤网，三个滤网组成一个圆形旋转结构，三个滤网的一端分别连接一个连接杆1402，连接杆 1402的另一端共同垂直安装到旋转电机1403的电机轴1404上，正常工作时，一个滤网会旋转至与高压树脂喷头垂直的位置，另外两个分别对应旋转至滤网清洗机构处和滤网烘干机构处；

所述滤网清洗机构包括清洗喷头1406，所述清洗喷头1406通过水管连接至水龙头或集水箱1405，并在连接水管上设有水阀1407，所述清洗喷头 1406的下方设置废水收集槽；

所述滤网烘干机构包括风干喷嘴1409和吹风机1408，吹风机1408通过管路连接所述风干喷嘴1409，所述风干喷嘴1409朝向滤网；

其中，在所述滤网清洗机构和滤网烘干机构处分别安装有红外传感器26，红外传感器26连接主控器25的输入端，用于检测滤网的位置。

需要说明的是以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型的胶量调节装置14所作的详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，还可以做出若干简单设计更改，如滤网清洗机构采用的是浸泡清洗的方式或者滤网的循环结构为其他的结构形式，都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的保护范围。

胶量调节装置14的工作方式及原理为：因为高压树脂喷头都是定量的喷射树脂，对于要求克重比较少的树脂时，如原定喷头的最小喷射量是4g，此时如果想喷射2g的树脂，那么就需要利用胶量调节装置14，就将滤网的面积设置成原喷射面积的一半，这样喷射出来的树脂克重就是原来的一半，其中原喷射面积就是高压树脂喷头喷射到碳纤维丝束1上的面积大小；具体的工作过程就是，其中一个干净的滤网旋转至高压树脂喷头与碳纤维丝束1之间，当高压树脂喷头喷射完树脂后，将滤网旋转120度，旋转至滤网清洗机构处，此时滤网烘干机构处的滤网对应旋转至高压树脂喷头与碳纤维丝束1 之间继续进行工作，实现无缝对接，当滤网清洗完之后，会等待下一次旋转时机，旋转至滤网烘干机构处进行烘干，其中红外传感器17能够检测到滤网的移动，对应的启动清洗装置和烘干装置。

进一步，所述滤网的材质采用塑料或者金属。方便清洗和重复使用，优选的，作为一种优选的实施方式，塑料可以采用聚四氟乙烯。

进一步，滤网的形状根据碳纤维丝束1的形状进行设定，如果碳纤维丝束1是编织状的，滤网就可以设置为点状或网格状的，如果碳纤维是单向的就可以设置为斜条状。这样使得喷出的树脂不会散，能够与碳纤维丝束1匹配，使得喷涂效果均匀，完整。

另外，需要说明的是，由于碳纤维丝束1的行进速度大约在1分多钟，所以有足够的时间能够将树脂喷射到碳纤维丝束1上。

最后，为了防止喷涂在碳纤维丝束上的树脂胶由于温度高，并且受重力作用会向下流，从而导致树脂不均匀，进一步设置了前置风冷装置进行定型，前置冷风装置包括第一冷风机15和冷风喷头16，所述冷风喷头16与所述第一冷风机15连接，所述冷风喷头16对称安装在预浸料的两侧，定型后经过离型纸辊17在预浸料两侧铺设离型纸，铺设离型纸后再经过热压辊19进行热压，增加树脂的渗透效果，优选的，热压辊19设置成S型或V型等曲线型，来增加热压的时间，以增加热压渗透效果；热压后经过后置冷风装置，后置风冷装置包括密封装置20、第二冷风机22，所述第二冷风机22固定安装在密封装置20的顶部，密封装置20的两端分别设有进口和出口，预浸料经过传送辊穿过所述密封装置20，在密封装置20的内部四周设有风道21，风道 21靠近密封装置内部的一侧设有多个风口23，用于将冷第二风机22的干燥冷风吹入密封装置20内的预浸料表面上，使预浸料的温度下降至10-15摄氏度方便进行收卷。

另外，由于热压辊19之间的牵引角度都是固定的，但是由于预浸料上的树脂胶厚度都是不一样的，那么经过热压辊19时受到的牵引力以及压力就会不一样，如果不进行调节就会导致预浸料受力过大或过小，损坏预浸料，所以为了防止这种问题出现，热压辊19的转速都是可调节的，通过调节转速就能调节预浸料受到的压力。

本实用新型的一种碳纤维预浸料系统采用两面喷涂的结构，在碳纤维丝束两侧对称设置高压树脂喷头，能够实现两面喷涂，浸润效果好；高压树脂喷头采用无气的高压树脂喷头，通过高压柱塞泵来实现喷射，能够有效防止碳纤维丝束上的纤维颗粒被吹散；设置了计量装置，能够根据碳纤维丝束的幅宽，计算所需的树脂克重，实现定量喷射；在高压树脂喷头与碳纤维丝束之间设置胶量调节装置，在计量装置最小称重的情况下实现进一步减少喷射树脂克重，特别适用于比较薄的碳纤维丝束；进一步的，胶量调节装置通过滤网的结构形式实现，滤网设置成循环结构，能够满足工序进度，不影响连续使用，并且设置了滤网清洗机构和滤网烘干结构来配合循环结构，以达到循环使用的目的。

上述新型碳纤维预浸料系统的制作方法包括如下步骤：

步骤S1：由料仓2内向计量仓6内注入定量树脂；

步骤S2：高压柱塞泵10将计量仓6内的树脂泵入喷射腔体11内，并经由喷嘴12喷出；

步骤S3：经过胶量调节装置14将适量的树脂喷涂到碳纤维丝束1上形成碳纤维预浸料；

步骤S4：碳纤维预浸料经过前置风冷装置进行定型；

步骤S5：定型后铺设离型纸；

步骤S6：经过热压辊热压渗透；

步骤S7：经过后置风冷装置冷却后收卷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，包括：高压树脂喷头，所述高压树脂喷头对称安装在碳纤维丝束的正面和背面两侧，高压树脂喷头的一端连接有计量装置，计量装置的一端连接料仓，所述料仓与计量装置、高压树脂喷头依次连通，所述料仓与计量装置之间设有第一电磁阀，所述计量装置与高压树脂喷头之间设有第二电磁阀，所述计量装置内还安装有加热机构，其中，所述高压树脂喷头与碳纤维丝束之间还设有胶量调节装置，所述胶量调节装置用于调节高压树脂喷头喷射到碳纤维丝束上的胶量。

2.根据权利要求1所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述喷头采用高压无气喷头，所述高压无气喷头包括喷嘴和喷射腔体，所述喷射腔体的一端与所述喷嘴固定连接，所述喷射腔体的另一端连接高压柱塞泵的出口端，高压柱塞泵的入口端连接所述计量装置，所述喷射腔体与喷嘴之间设有第三电磁阀，所述第二电磁阀位于所述计量装置和高压柱塞泵之间。

3.根据权利要求2所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述计量装置，包括称重传感器和计量仓，所述计量仓呈圆柱状，一端连接所述料仓，另一端连接所述高压柱塞泵，称重传感器固定安装在计量仓的底部。

4.根据权利要求3所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述加热机构安装在所述计量仓内，包括加热棒、温度探头和温控系统，加热棒和温度探头分别固定安装在所述计量仓内，所述温度探头连接所述温控系统的输入端，所述加热棒连接所述温控系统的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述料仓的顶部安装有活塞以及活塞驱动机构，所述活塞驱动机构与所述活塞固定连接用以驱动所述活塞将料仓内的树脂压入计量仓内，所述料仓的底部与所述计量仓连接。

6.根据权利要求5所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述高压树脂喷头的数量为多个，多个高压树脂喷头横向或纵向排布。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述胶量调节装置包括循环滤网结构、滤网清洗机构、滤网烘干机构，所述循环滤网结构包括三个呈120度夹角设置的滤网，三个滤网组成一个圆形旋转结构，三个滤网的一端分别连接一个连接杆，连接杆的另一端共同垂直安装到旋转电机的电机轴上，正常工作时，一个滤网会旋转至与高压树脂喷头垂直的位置，另外两个分别对应旋转至滤网清洗机构处和滤网烘干机构处；

所述滤网清洗机构包括清洗喷头，所述清洗喷头通过水管连接至水龙头或集水箱，并在连接水管上设有水阀，所述清洗喷头的下方设置废水收集槽；

所述滤网烘干机构包括风干喷嘴和吹风机，吹风机通过管路连接所述风干喷嘴，所述风干喷嘴朝向滤网；

其中，在所述滤网清洗机构和滤网烘干机构处分别安装有红外传感器，用于检测滤网的位置。

8.根据权利要求7所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，所述滤网的材质采用塑料或者金属，所述滤网的形状为网格状或斜条状。

9.根据权利要求8所述的一种新型碳纤维预浸料系统，其特征在于，该系统还包括前置风冷装置和后置风冷装置、热压辊、离型纸辊，所述前置风冷装置安装在高压树脂喷头的下方，并对称安装在预浸料的两侧，经过所述前置风冷装置定型后经过所述离型纸辊铺设离型纸，然后再经过热压辊热压后经过后置风冷装置，完成收卷。

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