CN216860647U - 一种层状复合构件的生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种层状复合构件的生产设备，所述层状复合构件包括弹性层和基底膜，所述生产设备包括：弹性层供应装置、基底膜供应装置、四辊压延机；该四辊压延机包括依次排列的上辊、中辊、下辊，上辊旁侧设置有旁辊；弹性层供应装置将弹性层供应至上辊和旁辊之间；基底膜供应装置将基底膜供应至中辊和下辊之间，并在此与前述弹性层复合得到层状复合构件。本实用新型通过使用上述生产设备，能够提高基底膜与弹性层间的粘接性能，满足风电叶片等应用环境严苛的产品的保护需求，并且能够自动化、大规模连续生产。

Description

一种层状复合构件的生产设备

技术领域

本实用新型属于层状材料成型加工领域，尤其涉及一种层状复合构件的生产设备。

背景技术

超高分子量聚合物是指分子量极高的高分子材料，具有优越的综合性能，尤其是具备普通高分子材料所没有的优异性能。比如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种具有抗冲击性、耐磨性、自润滑性、无毒性、化学惰性、耐低温性等优良性能的新型热塑性工程材料，广泛应用于纺织、造纸、食品、化工、包装、建筑、医疗、军事等领域。

风电叶片是风力发电机的核心部件之一，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风电机组正常稳定运行的决定因素。随着风电叶片的大型化趋势，主流型号已经可以到达90米的长度，风电叶片在运行中其叶尖线速度可达100m/s。如此高的速度下风电叶片尤其是叶片的前缘部分会遭受来自空气中的风沙、烟雾、雨滴的侵蚀，造成表面保护材料磨损，进而叶片基材出现砂眼甚至胶黏剂磨穿等现象，使得叶片气动性能下降，影响发电效率，甚至导致叶片破裂或断裂，因此对叶片前缘部位采取保护措施非常必要。

目前，在风电叶片的保护方面应用最为广泛的是涂料保护。根据涂料性能指标：强的附着力、一定的柔韧性、较强的耐磨耐冲击性能、耐候性能、表面平滑性能等要求。目前较为理想的涂料为聚氨酯型涂料，丙烯酸类涂料，有机硅树脂涂料和氟碳聚合物涂料。但是，至今为止还没有一种涂料能全部满足叶片保护的全部性能。且在风电叶片的整个服役期间需要多次的维护。

此外，聚氨酯薄膜是目前常用的一种保护膜材料，但受限于材料本身的极性性质，在服役期间容易水解、且抗脏污与抗结冰能力差，难以匹配风电叶片的服役期。

将综合性能优异的超高分子量聚乙烯用于风电叶片的生产和保护成为目前技术热点。德国克莱博格橡胶股份有限公司在专利CN102458839B中提供了一种用于风电叶片保护的复合组件，该复合组件可包括超高分子量聚乙烯外层和在该外层上向内连接的弹性体层，上述外层和弹性体层可在高压釜或热压机中一同硬化或硫化。

青岛正爱科技有限公司在专利申请CN110815879A中提供了一种用于风电叶片的超高分子量聚乙烯复合膜的制备方法，其利用解缠结剂石墨烯和分散剂聚乙烯蜡对超高分子量聚乙烯进行改性以达到熔体挤出的要求，之后通过共挤出方式制备了超高分子量聚乙烯复合膜。

然而，上述文献均未对超高分子量聚乙烯复合膜的生产设备进行细致描述。其次，根据超高分子量聚乙烯表面粘结性能较差的特点，普通的粘合方式难以实现超高分子量聚乙烯与其他材料的稳定接合。此外，为了提高超高分子量聚乙烯的加工性能而加入的助剂，容易导致超高分子量聚乙烯的分子量降低或者其他综合性能的下降，无法满足风电叶片的使用需求。

因此，提供高质高效的生产设备及生产方法，在保证超高分子量聚乙烯综合性能的基础上，赋予超高分子量聚乙烯复合膜良好的粘结性能，是本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种层状复合构件的生产设备，通过将基底膜和弹性层供应至四轴压延机的特定位置，有效实现二者复合。

具体的，该层状复合构件的生产设备包括：弹性层供应装置、基底膜供应装置、四辊压延机；该四辊压延机包括依次排列的上辊、中辊、下辊，上辊旁侧设置有旁辊；弹性层供应装置将弹性层供应至上辊和旁辊之间；基底膜供应装置将基底膜供应至中辊和下辊之间，并在此与前述弹性层辊压复合。

进一步的，四辊压延机的各辊均配置有位置调节机构和温度控制机构，控制中辊与下辊的间隙为1±0.5mm，优选1±0.2mm；控制上辊和旁辊温度为120-150℃，优选135-145℃；中辊的温度为125-155℃，优选135-145℃；下辊温度为70-100℃，优选80-90℃。

进一步的，基底膜供应装置包括超高分子量聚乙烯挤出机，以及所述挤出机下游的片材压延辊组。

进一步的，超高分子量聚乙烯挤出机具有偏心挤出芯棒，所述挤出芯棒的轴线与挤出机口模的轴线存在偏心距E。

进一步的，四辊压延机之后还依次包括烘道、压花辊组、冷却装置和收卷辊。

进一步的，烘道为恒温烘道，采用侧方开合方式，且烘道的长度5-15米，优选5-10米，设有电加热器和/或热风循环系统，温度在110-140℃均匀恒定，优选115-130℃，复合膜行进速度1-3m/min。

进一步的，压花辊组包括压花辊及与其对应的支撑辊，上述压花辊在上述弹性层上形成立体图案，立体图案可为单一图案，也可为多种图案的组合。

进一步的，冷却装置包括传输带和位于传输带上方的若干冷却风扇。

进一步的，在冷却装置和收卷辊之间还设有张力控制辊。本领域技术人员可理解的，为了有效调控复合膜张力，在生产线上其他位置也可设置张力控制装置，例如张力控制辊。

本实用新型，优点具体在于：

1)设定弹性层供应装置和基底膜供应装置的位置，以分别将弹性层和基底膜供应至四轴压延机的特定位置，使弹性层在经过上辊和旁辊热挤压诱导硫化之后再与基底膜进行辊压复合，提高粘合性。

2)保证质量和兼顾效率的原则下，对烘道进行设计，采用电加热器及热风循环系统，提供均匀恒温的烘道环境，使弹性层充分硫化并固接在超高分子量聚乙烯层侧面，形成稳定牢固的复合膜结构。

3)利用压花辊在上述弹性层的相反于超高分子量聚乙烯层的面上形成立体图案，提供机械锚固结合点，提高复合膜对外粘合性能。

4)使用具有偏心芯棒的挤出机，利用拉伸流变作用力将超高分子量聚乙烯原料熔融塑化并输送至基于动态延展的挤压成型模头，熔体在挤压成型模头中先形成壁厚非均匀的较大直径管状胚，管状胚壁厚较大的部分在偏心旋转芯棒的径向挤压作用下沿周向不断延展压缩至均匀或趋于均匀，加之逐步收敛的挤压成型模头对原料也存在沿轴向的延展力，最终将超高分子量聚乙烯挤压成型为壁厚均匀的管状胚；之后利用挤出机下游的片材压延辊组将三维管状胚辊压为二维片材。通过上述方式，将超高分子量聚乙烯的分子量保持在350万以上，不损害其综合性能，且连续、有效地成型为二维片材。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示出根据本实用新型实施例层状复合构件制备的全流程图；

图2是示出根据本实用新型基底膜供应装置中挤出机偏心芯棒360°运动将超高分子量聚乙烯挤压成型为壁厚均匀的管状胚的示意图。

附图标记说明：1.弹性层供应装置，2.基底膜供应装置，2-1.挤出机，2-2.片材压延辊组，3.四辊压延机，3-1.上辊，3-2.中辊，3-3.下辊，3-4.旁辊，4.烘道，5.压花辊组，5-1.压花辊，5-2.支撑辊，6.冷却装置，6-1.传输带，6-2.冷却风扇，7.收卷辊，8.张力控制辊。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本实用新型中所使用的术语“层状复合构件”表示具有层状的、复合结构和组成的部件，根据各层厚度等影响因素，该部件既可为柔性，也可为刚性。

如图所示的，该层状复合构件的生产设备包括：四辊压延机(3)、弹性层供应装置(1)和基底膜供应装置(2)。四辊压延机(3)之后还依次包括烘道(4)、压花辊组(5)、冷却装置(6)和收卷辊(7)。

四辊压延机(3)包括依次排列的上辊(3-1)、中辊(3-2)、下辊(3-3)，上辊(3-1)旁侧设置有旁辊(3-4)；四辊压延机(3)的各辊均配置有位置调节机构，控制中辊(3-2)与下辊(3-3)的间隙为1±0.2mm，上辊(3-1)和旁辊(3-4)的温度135-145℃，中辊(3-2)温度为135-145℃，下辊(3-3)温度为80-90℃。

烘道(4)为恒温烘道，采用侧方开合方式，便于操作和维护，且烘道(4)的长度5-10米，设有电加热器和热风循环系统，温度在115-130℃均匀恒定，复合膜在烘道(4)中的行进速度为1-2m/min；烘道(4)采用电加热器及热风循环系统，提供均匀恒温的环境，使弹性层充分硫化并固接在基底膜侧面，形成稳定牢固的复合膜结构；压花辊组(5)包括压花辊(5-1)及与其对应的支撑辊(5-2)，上述压花辊(5-1)在上述弹性层上形成立体图案，提高复合膜对外粘合性能；该立体图案可为单一图案，也可为多种图案的组合；冷却装置(6)包括传输带(6-1)和位于传输带(6-1)上方的冷却风扇(6-2)，从而在连续生产过程中对复合膜进行有效冷却；在冷却装置(6)和收卷辊(7)之间还设有张力控制辊(8)。本领域技术人员可理解的，为了有效调控复合膜张力，在生产线上其他位置也可设置张力控制辊，例如烘道前后、压花辊组前后、冷却装置前后等位置。

基底膜供应装置(2)包括具有偏心挤出芯棒的超高分子量聚乙烯挤出机(2-1)和其下游的片材压延辊组(2-2)，挤出芯棒的轴线与挤出机口模的轴线存在偏心距E，基底膜供应装置(2)将超高分子量聚乙烯层供应至中辊(3-2)和下辊(3-3)之间，并在中辊(3-2)与下辊(3-3)之间与弹性层复合得到超高分子量聚乙烯复合膜。使用偏心芯棒挤出的超高分子量聚乙烯，聚乙烯熔体在挤压成型模头中先形成壁厚非均匀的较大直径管状胚，管状胚壁厚较大的部分在偏心旋转芯棒的径向挤压作用下沿周向不断延展压缩至均匀或趋于均匀，加之逐步收敛的挤压成型模头对原料也存在沿轴向的延展力，最终将超高分子量聚乙烯挤压成型为壁厚均匀的管状胚，挤出后再利用紧接其后的片材压延辊组将三维管状胚辊压为二维片材，实现连续生产。

弹性层供应装置(1)将弹性层供应至上辊(3-1)和旁辊(3-4)之间；将超高分子量聚乙烯层供应至四轴压延机的中辊(3-2)和下辊(3-3)之间，超高分子量聚乙烯层和弹性层均被供应至特定位置，使弹性层经过上辊(3-1)和旁辊(3-4)时热挤压诱导硫化之后再与超高分子量聚乙烯层进行辊压复合，进一步增加材料的粘接力。

该超高分子量聚乙烯复合膜的生产流程，如下介绍：

将上辊(3-1)、中辊(3-2)、旁辊(3-4)加热到135-145℃，下辊(3-3)加热到80-90℃，弹性层供应装置(1)将包含三元乙丙橡胶生胶的弹性层原料供应至上辊(3-1)和旁辊(3-4)之间，进行诱导硫化，硫化时间为0.3-3min；挤出机(2-1)将分子量大于350万的超高分子量聚乙烯挤出并经过片材压延辊组(2-2)后供应至四辊压延机(3)的中辊(3-2)和下辊(3-3)之间，且与经过诱导硫化的三元乙丙橡胶在中辊(3-2)和下辊(3-3)之间进行热压合，控制中辊(3-2)与下辊(3-3)的间隙为1±0.5mm，超高分子量聚乙烯层厚度0.3-0.8mm，弹性层厚度0.2-0.8mm，形成的复合膜进入长度为5-10米、设有电加热器和热风循环系统的恒温烘道(4)，烘道(4)采用侧方开合方式，复合膜在烘道(4)中的行进速度为1-2m/min，充分硫化，硫化时间为5-10min，复合膜通过烘道后进入压花辊(5-1)，压花辊(5-1)在弹性层上形成立体图案，提高粘接面的粗糙度，之后通过冷却装置(6)的传输带(6-1)，利用位于传输带上方的冷却风扇(6-2)，使复合膜冷却至常温后经过张力控制辊(8)进入收卷辊(7)进行收卷。

以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种层状复合构件的生产设备，包括：弹性层供应装置(1)、基底膜供应装置(2)、四辊压延机(3)，其特征在于：四辊压延机(3)包括依次排列的上辊(3-1)、中辊(3-2)、下辊(3-3)，上辊(3-1)旁侧设置有旁辊(3-4)；弹性层供应装置(1)将弹性层供应至上辊(3-1)和旁辊(3-4)之间；基底膜供应装置(2)将基底膜供应至中辊(3-2)和下辊(3-3)之间，并在此与前述弹性层辊压复合。

2.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述四辊压延机(3)的各辊均配置有位置调节机构和温度控制机构,中辊(3-2)与下辊(3-3)的间隙调节为1±0.5mm。

3.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述基底膜供应装置(2)包括超高分子量聚乙烯挤出机(2-1)，以及所述挤出机(2-1)下游的片材压延辊组(2-2)。

4.如权利要求3所述的生产设备，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯挤出机(2-1)具有偏心挤出芯棒，所述挤出芯棒的轴线与挤出机口模的轴线存在偏心距E。

5.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述四辊压延机(3)之后还依次包括烘道(4)、压花辊组(5)、冷却装置(6)和收卷辊(7)。

6.如权利要求5所述的生产设备，其特征在于，所述烘道(4)为恒温烘道，采用侧方开合方式。

7.如权利要求5或6所述的生产设备，其特征在于，所述烘道(4)的长度5-15米，设有电加热器和/或热风循环系统，温度在110-140℃均匀恒定，复合膜行进速度1-3m/min。

8.如权利要求5所述的生产设备，其特征在于，所述压花辊组(5)包括压花辊(5-1)及与其对应的支撑辊(5-2)，上述压花辊(5-1)在上述弹性层上形成立体图案。

9.如权利要求5所述的生产设备，其特征在于，所述冷却装置(6)包括传输带(6-1)和位于传输带上方的若干冷却风扇(6-2)。

10.如权利要求5或9所述的生产设备，其特征在于，在冷却装置(6)和收卷辊(7)之间还设有张力控制辊(8)。

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