CN211441246U - 泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统。调节系统包括：沿浆料流动方向依次连接的浆料粗配桶、缓冲配胶桶和浸胶槽，缓冲配胶桶连接有用于向缓冲配胶桶内注入高浓度浆料的高浓度浆料储罐，缓冲配胶桶通过浆料样品输送管路连接样品检测池，样品检测池内设有粘度计，缓冲配胶桶与浸胶槽之间设有用于将浸胶槽内的浆料回流输送至缓冲配胶桶的回流管。本实用新型对粘度进行检测及控制，保证泥浆法热塑性预浸料在连续生产过程中树脂含量稳定。

Description

泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统

技术领域

本发明涉及预浸料，尤其涉及一种泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统。

背景技术

热塑性预浸料生产工艺主要有熔融浸渍法、洒粉法、薄膜压延法、泥浆法等。泥浆法生产工艺由于生产设备价格成本相对低廉，且对高熔点高粘度树脂浸渍纤维具有优势而受到普遍关注。泥浆法工艺主要通过浆料将树脂粉末浸渍到纤维束中，加热使树脂熔融，预浸料树脂含量和厚度是产品使用的关键性能参数。该工艺目前主要存在技术瓶颈是树脂浆料浓度不受控制：纤维经过浸胶槽时，带走大量树脂粉末，导致浸胶槽中浆料浓度随生产时间延长逐渐变稀，预浸料树脂含量无法保持恒定不变，直接影响产品质量和连续化工业生产。

发明内容

发明目的：为了解决泥浆法热塑性预浸料连续生产中树脂浆料浓度随生产逐渐变稀的问题，本发明提供了一种泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节调节系统。

技术方案：本发明所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度控制系统，包括：沿浆料流动方向依次连接的浆料粗配桶、缓冲配胶桶和浸胶槽，缓冲配胶桶连接有用于向缓冲配胶桶内注入高浓度浆料的高浓度浆料储罐，缓冲配胶桶通过浆料样品输送管路连接样品检测池，样品检测池内设有粘度计，缓冲配胶桶与浸胶槽之间设有用于将浸胶槽内的浆料回流输送至缓冲配胶桶的回流管。

所述浆料粗配桶和缓冲配胶桶内均设有液位计；缓冲配胶桶内设有机械搅拌器。当浆料粗配桶中浆料液位不足时，浆料分散桶中浆料补充至粗配桶，当浆料粗配桶中浆料液位足够时，关闭浆料分散桶与浆料粗配桶之间的管路输送，同理，缓冲配胶桶浆料也采用同样方法补充。

缓冲配胶桶与浸胶槽之间实现浆料循环输送，以及缓冲配胶桶中机械分散作用，以防止浆料在长时间使用过程中发生沉降。同时，使得缓冲配胶桶中浆料浓度与浸胶槽中浆料浓度保持一致。

所述缓冲配胶桶和浸胶槽的外壁均设有保温夹套，保温夹套连接恒温水槽。浆料温度对粘度影响较为明显，尤其是季节变化所导致的温度变化，保温夹套发挥保温作用，通过恒温水槽控制体系温度，恒温水槽要能够将温度控制在25±3℃。

缓冲配胶桶中浆料不停的流动，容易产生晃动，因此粘度计检测样品需要单独输送到专门容器即样品检测池中，且该容器需要保持相对静止。输送检测的浆料液体需缓慢流进检测样品池中(液体流速＜80cc/min)，并保证样品池液面稳定。

所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度控制系统还包括与浆料粗配桶连接并向其中输送浆料的浆料分散桶，浆料分散桶内设有机械搅拌器。将浆料各组分加入到分散桶中，通过机械搅拌使浆料混合均匀。机械搅拌器的转速可以根据实际情况来设置，一般不大于1000r/min，机械搅拌器为常规结构，例如可以通过底部设置的分散盘搅拌浆料。

所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统还包括控制模块。可以实现自动化控制，尽量避免人工检测或者补充浆料所导致的误差，控制模块如PLC控制模块，在PLC控制模块中输入浆料控制粘度以及允许粘度波动范围，连续不间断抽取缓冲配胶桶中浆料至样品检测池，及时监控浆料粘度变化情况。当粘度计检测出浆料粘度低于下限值时，高浓度浆料储罐向缓冲配胶桶补充浆料，当粘度计检测浆料浓度接近上限值时，停止补充高浓度浆料。

本发明还提供了一种泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节方法，包括：

(1)浆料粗配桶内的浆料通过缓冲配胶桶进入浸胶槽内，纤维通过浸胶槽浸渍浆料，浸胶槽内的浆料通过回流管回流至浸胶槽实现浆料的循环流动；

(2)缓冲配胶桶内的浆料通过样品输送管路进入样品检测池，粘度计检测浆料粘度；

(3)当浆料粘度接近或达到设定阈值下限，高浓度浆料储罐的高浓度浆料输送至缓冲配胶桶内，调节浆料的浓度，直至接近或达到粘度设定阈值上限停止输送。

所述浆料粗配桶内的浆料即采用生产过程所需实际浆料浓度，测定该浓度下浆料粘度，高浓度浆料即大于实际浆料浓度，

该过程中需要分别配制两种不同浓度的浆料：浆料a和浆料b，a浓度＞b浓度。a浓度：30-60％，b浓度：5-40％，浓度均为质量百分数。浆料b处于浆料粗配桶内，为生产过程所需实际浆料浓度，并测定该浓度下浆料粘度。

所述缓冲配胶桶和浸胶槽的浆料温度保持在22～28℃，温度对液体粘度有影响，控制在正常室温下，便于温度控制以及粘度数据的均一性。

生产中，缓冲配胶桶的浆料处于搅拌状态。

所述粘度计最好为实时检测浆料粘度，通过连续不间断检测，同时检测浆料样品连续输送到样品检测池中，连续监测可以更准确的保证浸胶槽中的浆料浓度能够恒定波动。为保证检测精度，在线粘度计测量精度至少为±0.002mPa.s。

有益效果：

浆料的浓度不同，其对应的粘度也不同，本发明通过检测浆料粘度判读出浆料含量变化，能够更直观的获取浆料使用情况，且粘度指标更容易监测。基于此，本发明提供了一种浆料浓度调节系统，结构简单，且工业可操作性强，保证泥浆法热塑性预浸料在连续生产过程中树脂含量稳定。

粘度检测与缓冲配胶桶实现分离，避免机械搅拌或者浆料循环产生晃动而影响粘度计检测的准确性。

通过缓冲配胶桶内的搅拌以及缓冲配胶桶与浸胶槽之间的浆料循环，增加浆料稳定时间，避免非均相物质短时间内发生相分离，影响纤维树脂含量。

浆料温度变化直接影响浆料粘度，会增加浆料浓度控制误差。通过恒温装置控制浆料温度稳定，避免室温、季节温度、生产温度导致浆料温度变化，进而降低粘度测定的误差范围。

附图说明

图1为本发明泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统。

具体实施方式

实施例1

如图1，本发明泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统，包括浆料分散桶2、浆料粗配桶5、缓冲配胶桶7、样品检测池10、高浓度浆料储罐11、浸胶槽13。

浆料分散桶2用于配制浆料，该浆料的浓度为热塑性预浸料生产中所需的实际浆料浓度，浆料分散桶2内设有第一机械搅拌器1-a(采用气源驱动)，以搅拌浆料使其分散均匀。沿浆料流动方法，浆料分散桶2依次连接浆料粗配桶5、缓冲配胶桶7和配胶槽13。浆料粗配桶用于储存、缓冲低浓度的浆料，用于连续生产的备用。浆料分散桶2与浆料粗配桶5之间的管路设有第一阀门3-a，用于控制浆料分散桶2向浆料粗配桶5的浆料流动，浆料可以通过泵18输送。沿浆料流动方向，浆料粗配桶5与缓冲配胶桶7之间的管路依次设有第二阀门3-b和第一泵6-a，第一泵6-a用于将浆料从浆料粗配桶泵送至缓冲配胶桶7内。浆料粗配桶5内设有第一液位计4-a，用于检测浆料粗配桶的浆料液位高度。缓冲配胶桶7的底部带有两个出口，其中一个出口与浸胶槽13的进口之间设有带第三泵6-c的管路，用于将缓冲配胶桶7内的浆料泵送至浸胶槽内；缓冲配胶桶的另一个出口通过带第二泵6-b的管路与样品检测池10连接。缓冲配胶桶7与浸胶槽13之间还设有回流管，用于将浸胶槽13内的浆料回流输送至缓冲配胶桶7，实现浆料在缓冲配胶桶7与浸胶槽之间的循环流动，以使浸胶槽内的浆料保持在较稳定的浓度范围内，回流管设有第四泵6-d。

纤维的输送为常规技术，例如沿着纤维输送方向，浸胶槽的上方和浸胶槽内依次设有第一导向辊15-a、浸胶辊17和第二导向辊15-b，除了浸胶辊17处于浸胶槽内，第一导向辊15-a和第二导向辊15-b均处于浸胶槽的上方，上述功能辊使用变频电机提供动力。纤维经过第一导向辊进入到浸胶槽中，纤维在浸胶槽吸附浆料后经第二导向辊15-b输出。

高浓度浆料储罐11内储存具有高浓度的浆料，高浓度浆料储罐11的出口与缓冲配胶桶7连接，用于将高浓度的浆料输送至缓冲配胶桶内，以调节缓冲配胶桶内的浆料浓度，高浓度浆料储罐11与缓冲配胶桶7之间的管路上设有第三阀门3-c。为了使不同浓度的浆料混合均匀，缓冲配胶桶7内设有第二机械搅拌器1-b。

缓冲配胶桶7与样品检测池10之间的浆料输送管路设有第二泵6-b，用于将缓冲配胶桶内的浆料输送至样品检测池10内，样品检测池10内设有粘度计9。

浆料温度对粘度影响较为明显，尤其是季节变化所导致的温度变化。缓冲配胶桶7和浸胶槽13的外壁均设有保温夹套，通过外置的恒温水槽12控制体系温度，恒温水槽通过进水管与缓冲配胶桶7的保温夹套进水口连接，缓冲配胶桶7的保温夹套出水口连接浸胶槽13的保温夹套进水口，浸胶槽13的保温夹套出水口连接恒温水槽构成循环。恒温水槽要能够将温度控制在25±3℃，温度对液体粘度有影响，控制在正常室温下，便于温度控制以及粘度数据的均一性。

本系统中各种泵、搅拌器的驱动可以采用电或气源驱动，但为了避免电流信号对粘度计产生的信号干扰，最好采用气源提供动力。

系统运行时，在浆料分散桶2中配制浆料b，浆料b为实际生产所需的浆料浓度，浆料分散桶2中的浆料输送至浆料粗配桶5，当第一液位计4-a检测液位不足时，打开第一阀门3-a，液位足够时，关闭该阀门。浆料粗配桶5中的浆料通过第一泵6-a输送至缓冲配胶桶7，缓冲配胶桶7内的第二液位计4-b检测液位不足时，打开第二阀门3-b，液位足够时，关闭该阀门。缓冲配胶桶7底部的浆料通过第二泵6-b输送至样品检测池10内进行粘度检测，当粘度计10检测的粘度低于要求时，打开第三阀门3-c，高浓度浆料储罐11内储存的高浓度浆料a(浆料a的浓度＞浆料b)输送至缓冲配胶桶7内，提升浆料浓度，样品检测池还通过一个回流管线将多余的浆料输送回缓冲配胶桶7内。缓冲配胶桶7内的浆料通关过第三泵6-c输送至浸胶槽13内，浸胶槽13内的浆料通过设置第四泵6-d的回流管返回至缓冲配胶桶7内，实现浆料的循环流动。恒温水槽12内恒温水在缓冲配胶桶7和浸胶槽13的保温夹套中循环流动，保持浆料的恒温。

一般来说，不需要额外的自动控制模块也能够人工操作本浆料浓度调节系统，实现本发明浆料浓度的调节，但出于生产自动化的考虑，可以设置PLC控制模块，PLC控制模块采用现有常规的结构，一般包括CPU、与CPU电连接的输入单元和输出单元，本发明中，输入单元与第一液位计4-a、第二液位计4-b、粘度计9电性连接，接收液位信号和粘度信号后反馈给CPU，CPU发出指令给输出单元，输出单元与第一阀门3-a、第二阀门3-b、第三阀门3-c电性连接，根据指令控制相应阀门的开闭。

实施例2

本实施例涉及实施例1系统的一种实际应用。

1.将尼龙6树脂粉末、水、助剂等加入到分散桶2中，设定转速600r/min的第一机械搅拌器1-a分散浆料b。配制两种不同浓度的浆料：浆料a和浆料b，浆料a浓度：35％，浆料b浓度：20％，浓度均为质量百分数；浆料b粘度3.41mPa.s。

2.浆料a转移至高浓度浆料槽11中备用，浆料b输送至粗配桶5中备用。粗配桶5与缓冲配胶桶7相连接，低浓度浆料浆料b通过第一泵6-a输送到缓冲配胶桶7内。

3.粗配桶5中设有第一液位计4-a，当粗配桶中浆料液位不足时，分散桶2中浆料通过第一阀门3-a及时补充至粗配桶。当粗配桶中浆料液位足够时，关闭分散桶与粗配桶之间的第一阀门3-a。同理，粗配桶与缓冲配胶桶浆料也采用同样方法补充。

4.开机运行后，缓冲配胶桶7与浸胶槽13之间通过第三泵6-c、第四泵6-d实现浆料循环，同时开启缓冲配胶桶中第二机械搅拌器1-b进行分散。

5.恒温水槽12温度设定25±3℃，通过恒温水将浸胶槽和缓冲配胶桶中浆料温度控制在25℃。

6.在PLC系统中输入浆料控制粘度3.41mPa.s，上限值为3.60mPa.s，下限值为3.20mPa.s。开启第二泵6-b将缓冲配胶桶中浆料输送至样品检测池10中，通过在线粘度计9输出电信号给PLC系统判断浆料浓度变化。

7.玻璃纤维14经过第一导向辊15-a进入到浸胶槽13中，纤维从浸胶槽中过一遍吸附浆料。当在线粘度计检测浆料粘度降低时，PLC系统控制高浓度浆料桶11的电动阀门3-c打开补充高浓度浆料，一直添加至粘度接近上限值再停止。连续生产消耗过快，当缓冲配胶桶中浆料液位不够使，PLC系统控制第二阀门3-b及时补充浆料。

实施例3

本实施例涉及实施例1系统的一种实际应用。

1.将聚醚醚酮树脂粉末、水、助剂等加入到分散桶2中，设定转速800r/min的第一机械搅拌器1-a分散浆料b。配制两种不同浓度的浆料：浆料a和浆料b，浆料a浓度：50％，浆料b浓度：25％，浓度均为质量百分数；浆料b粘度4.33mPa.s。

2.浆料a转移至高浓度浆料槽11中备用，浆料b输送至粗配桶5中备用。粗配桶5与缓冲配胶桶7相连接，低浓度浆料浆料b通过第一泵6-a输送到缓冲配胶桶7内。

3.粗配桶5中设有第一液位计4-a，当粗配桶中浆料液位不足时，分散桶2中浆料通过第一阀门3-a及时补充至粗配桶。当粗配桶中浆料液位足够时，关闭分散桶与粗配桶之间的第一阀门3-a。同理，粗配桶与缓冲配胶桶浆料也采用同样方法补充。

4.开机运行后，缓冲配胶桶7与浸胶槽13之间通过第三泵6-c、第四泵6-d实现浆料循环，同时开启缓冲配胶桶中第二机械搅拌器1-b进行分散。

5.恒温水槽12温度设定25±3℃，通过恒温水将浸胶槽和缓冲配胶桶中浆料温度控制在25℃。

6.在PLC系统中输入浆料控制粘度4.33mPa.s，上限值为4.50mPa.s，下限值为4.10mPa.s。开启第二泵6-b将缓冲配胶桶中浆料输送至样品检测池10中，通过在线粘度计9输出电信号给PLC系统判断浆料浓度变化。

7.碳纤维(T700)14经过第一导向辊15-a进入到浸胶槽13中，纤维从浸胶槽中过一遍吸附浆料。当在线粘度计检测浆料粘度降低时，PLC系统控制高浓度浆料桶11的电动阀门3-c打开补充高浓度浆料，一直添加至粘度接近上限值再停止。连续生产消耗过快，当缓冲配胶桶中浆料液位不够使，PLC系统控制第二阀门3-b及时补充浆料。

实施例4

本实施例涉及实施例1系统的实际应用。

1.将聚苯硫醚树脂粉末、水、助剂等加入到分散桶2中，设定转速950r/min的第一机械搅拌器1-a分散浆料b。配制两种不同浓度的浆料：浆料a和浆料b，浆料a浓度：25％，浆料b浓度：13％，浓度均为质量百分数；浆料b粘度2.87mPa.s。

2.浆料a转移至高浓度浆料槽11中备用，浆料b输送至粗配桶5中备用。粗配桶5与缓冲配胶桶7相连接，低浓度浆料浆料b通过第一泵6-a输送到缓冲配胶桶7内。

3.粗配桶5中设有第一液位计4-a，当粗配桶中浆料液位不足时，分散桶2中浆料通过第一阀门3-a及时补充至粗配桶。当粗配桶中浆料液位足够时，关闭分散桶与粗配桶之间的第一阀门3-a。同理，粗配桶与缓冲配胶桶浆料也采用同样方法补充。

4.开机运行后，缓冲配胶桶7与浸胶槽13之间通过第三泵6-c、第四泵6-d实现浆料循环，同时开启缓冲配胶桶中第二机械搅拌器1-b进行分散。

5.恒温水槽12温度设定25±3℃，通过恒温水将浸胶槽和缓冲配胶桶中浆料温度控制在25℃。

6.在PLC系统中输入浆料控制粘度2.87mPa.s，上限值为3.07mPa.s，下限值为2.67mPa.s。开启第二泵6-b将缓冲配胶桶中浆料输送至样品检测池10中，通过在线粘度计9输出电信号给PLC系统判断浆料浓度变化。

7.碳纤维(T300)14经过第一导向辊15-a进入到浸胶槽13中，纤维从浸胶槽中过一遍吸附浆料。当在线粘度计检测浆料粘度降低时，PLC系统控制高浓度浆料桶11的电动阀门3-c打开补充高浓度浆料，一直添加至粘度接近上限值再停止。连续生产消耗过快，当缓冲配胶桶中浆料液位不够使，PLC系统控制第二阀门3-b及时补充浆料。

上述浆料浓度控制、浆料液位补偿、浆料温度控制等都通过PLC系统自动化控制，极大的减少人员操作，保证了产品能够稳定连续化生产。

Claims (5)

1.一种泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统，其特征在于，包括：沿浆料流动方向依次连接的浆料粗配桶(5)、缓冲配胶桶(7)和浸胶槽(13)，缓冲配胶桶连接有用于向缓冲配胶桶内注入高浓度浆料的高浓度浆料储罐(11)，缓冲配胶桶通过浆料样品输送管路连接样品检测池(10)，样品检测池内设有粘度计(9)，缓冲配胶桶与浸胶槽之间设有用于将浸胶槽内的浆料回流输送至缓冲配胶桶的回流管。

2.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统，其特征在于，浆料粗配桶和缓冲配胶桶内均设有液位计(4-a，4-b)。

3.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统，其特征在于，缓冲配胶桶和浸胶槽的外壁均设有保温夹套(8-a，8-b)，保温夹套连接恒温水槽。

4.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统，其特征在于，还包括与浆料粗配桶连接并向其中输送浆料的浆料分散桶(2)，浆料分散桶内设有机械搅拌器(1-a)。

5.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的浆料浓度调节系统，其特征在于，缓冲配胶桶内设有机械搅拌器(1-b)。

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