CN106738821B - 一种碳纤维管成型装置、加工碳纤维管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种碳纤维管成型装置，包括芯模，还包括支撑座、下压涂料装置；芯模与支撑座转动连接，芯模用以卷绕碳纤维布；下压涂料装置用以将涂料涂覆至碳纤维布上并压紧碳纤维布；下压涂料装置包括平板、下压板、刮刀、支座、导向螺杆、下压螺母、压缩弹簧；下压板的一端与支座铰接，下压板的另一端设置有刮刀，平板位于刮刀的下方；在下压板与所述平板之间设置有压缩弹簧；在下压板上设置有腰圆形导向通孔，导向螺杆自上而下贯穿所述腰圆形导向通孔，下压螺母位于所述下压板的上方。本发明还公开本发明一种加工碳纤维管的方法及碳纤维管。本发明具有加工方便、效率高、节成本、管材成型牢固高、成型尺寸稳定的优点。

Description

一种碳纤维管成型装置、加工碳纤维管的方法

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维管成型装置、加工碳纤维管的方法。

背景技术

众所周知，碳纤维复合材料CFRP作为高性能纤维，具有高模量、高强度、低质量、性能可设计和易于整体成形等诸多优点，可以满足航天结构高结构效率的要求，易于得到尺寸稳定的结构。自从CFRP被广泛应用于军事、民用各个领域，尤其是航空航天领域后，其所展现出的优异特性使它已经成为一种不可或缺，同时又不可多得的多功能的特种工程材料。目前，CFRP已经与铝合金、钛合金、合金钢一起成为航空、航天领域的四大结构材料。

目前，生产加工碳纤维管如专利申请201110412397.1公开的碳纤维管材的成型方法及其模具所述，通过将碳纤维预浸布包绕在芯模上，再通过上、下半模的紧固作用，实现碳纤维管材的成型。

这种加工成型方式存在以下不足：

(1)加工时，需要同时用到阴模(上、下半模)、芯模，导致碳纤维布定位麻烦；一种管材对应一种阴模，加工成本高。

(2)通过上下半模的夹紧作用对碳纤维管进行定型时，其夹紧力度的均一性不易控制。夹持过紧，一方面上浆量小，成型的碳纤维管中层与层之间的粘接牢度小，另一方面，可能导致型材变形，产品规格不符合要求；夹持过松，碳纤维管中层与层之间的粘接不充分，也会导致粘接牢度小的不足。

(3)通过手工卷绕的方式将碳纤维布包绕在芯模上，存在包绕效率、包绕整齐度低的不足。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种加工方便、加工效率高、节省模具制作成本、节约劳力、管材成型牢固高、成型尺寸稳定的碳纤维管成型装置、加工碳纤维管的方法及碳纤维管。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种碳纤维管成型装置，包括芯模、支撑座、下压涂料装置；所述芯模与所述支撑座转动连接，所述芯模用以卷绕碳纤维布；所述下压涂料装置用以将涂料涂覆至碳纤维布上；

所述下压涂料装置包括平板、下压板、刮刀、支座、导向螺杆、与所述导向螺杆配合的下压螺母、压缩弹簧；所述下压板的一端与所述支座铰接，所述下压板的另一端设置有所述刮刀，所述平板位于所述刮刀的下方；在所述下压板与所述平板之间设置有所述压缩弹簧；在所述下压板上设置有腰圆形导向通孔，所述导向螺杆自上而下贯穿所述腰圆形导向通孔，所述下压螺母位于所述下压板的上方。

优选地，所述芯模为中空结构，所述中空结构呈圆柱形；所述中空结构内贯穿有转轴，所述转轴的一端与所述支撑座的一侧转动连接，所述转轴的另一端穿过所述支撑座的另一侧且与转盘连接，在所述转盘上设置有摇杆。

优选地，在所述支撑座的顶部设置有漏料槽，所述芯模容纳在所述漏料槽中；在所述漏料槽的底部设置有倾斜状的面板，所述面板上设置有导料孔，所述导料孔与外界连通。

优选地，在所述芯模上还滑动配合地设置有第一限位块、第二限位块，所述第一限位块、第二限位块分别位于所述芯模的两端。

优选地，在所述下压涂料装置的上方还设置有喂料装置，所述喂料装置包括喂料箱、喂料管、导料阀；所述喂料管与所述喂料箱连通，所述导料阀设置在所述喂料管上。

一种使用上述的碳纤维管成型装置加工碳纤维管的方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维布平放在平板上，保证待涂胶合剂的一面向上，在芯模的表面涂覆一层脱模剂层；

(2)调节下压板的下压程度，在布上喂入胶合剂；

(3)拉动布，将涂胶的一面贴附在芯模上，转动芯模，带动布连续卷绕在芯模上，同时，刮刀持续对布表面涂覆胶合剂；

(4)卷绕完毕后，将芯模取出，将成型的碳纤维管从芯模上抽出。

优选地，所述胶合剂包括以下质量份数的原料：60～70份环氧树脂、20～25份的固化剂、20～40份的丙酮或者乙酸乙酯。

优选地，所述碳纤维布为碳纤维预浸布，包括干法预浸布、湿法预浸布、单向预浸布、预浸带、无托布、有托布中的一种。

优选地，在所述碳纤维管的外表面还涂覆一层平滑剂层。

一种使用上述的加工碳纤维管的方法加工成型的碳纤维管。

本发明的优点在于：通过调节下压板的下压程度，一方面有效控制上浆量；另一方面防止芯模卷绕时因张力不均造成的浮动。相比现有技术，节省了阴模，规避了因使用阴模而造成的定位困难的问题；通过芯模转动带动碳纤维布卷绕的同时，利用刮刀对碳纤维布上的胶合剂进行涂覆，一方面实现了上浆、卷绕一体化的效果、另一方面，提高涂覆的均一性。

进一步，由于碳纤维布在卷绕过程中，难免会因挤压而产生漏浆、漏料的现象。本发明通过在漏料槽的底部设置带有导料孔的倾斜状面板，及时地将因挤压产生的浆料通过导料孔流出，避免浆料的堆积、污染装置。

进一步，通过设置第一限位块、第二限位块，能有效方式碳纤维布在卷绕过程发生跑偏的现象。

进一步，在下压涂料装置的上方设置喂料装置，实现在线及时喂料、补料的效果。另外，可以在喂料箱中加入搅拌装置，边搅拌边喂入，防止胶合剂长时间停留在布面上而发生固化现象。

进一步，在碳纤维管的外表面涂覆一层平滑剂层，提高平滑度。采用本发明的双组份环氧树脂胶合剂，能使得成型后的管材其成型牢度更好，且能满足常温固化。

附图说明

图1为本发明一种碳纤维管成型装置的立体图。

图2为本发明一种碳纤维管成型装置的侧面结构示意图。

图3为本发明一种碳纤维管成型装置中芯模为圆柱体结构时的立体图。

图4为本发明一种碳纤维管成型装置中芯模为方体结构时的立体图。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合实施例对其作进一步说明。

实施例1

如图1-2所示，本发明公开一种碳纤维管成型装置，包括芯模1，还包括支撑座2、下压涂料装置。芯模1与支撑座2转动连接，芯模1用以将碳纤维布卷绕至芯模1上。下压涂料装置用以将涂料涂覆至碳纤维布上。

下压涂料装置包括平板31、下压板32、刮刀33、支座34、导向螺杆35、与导向螺杆35配合的下压螺母36、压缩弹簧37。下压板32的一端与支座34铰接，下压板32的另一端设置有刮刀33，平板31位于刮刀33的下方。在下压板32与平板31之间设置有压缩弹簧37。压缩弹簧37可以套设在导向螺杆35上。在下压板32上设置有腰圆形导向通孔(图中未标出)，导向螺杆35自上而下贯穿腰圆形导向通孔，下压螺母36位于下压板32的上方。

如图1所示，在有些实施例中，芯模1为中空结构，中空结构呈圆柱形。中空结构内贯穿有转轴4，转轴4的一端与支撑座2的一侧转动连接，转轴4的另一端穿过支撑座2的另一侧且与转盘5连接，在转盘5上设置有摇杆6。如图3-4所示，芯模1为方体或者圆柱体结构。

本发明可以在转轴4与芯模1之间涂覆粘合剂，将转轴4与芯模1胶合；或者可以在芯模1的边缘开设螺纹槽，通过紧固件如螺栓穿过螺纹槽并抵紧转轴4从而实现紧固。本发明也可以使用其他现有的技术，将转轴4与芯模1紧固。

本发明将待加工碳纤维布平放在平板31上，通过旋动螺母36，带动下压板32上升后者下压，使得压缩弹簧37压缩或者伸长，从而调节下压板32的压下程度，从而调节刮刀33与平板31之间的间隙。再将胶合剂涂在碳纤维布表面，通过拉伸碳纤维布，使得胶合剂在刮刀33的刮涂作用下，均匀地涂覆在碳纤维布表面，再将碳纤维布上涂有胶合剂的一端贴合在涂有脱模剂的芯模1上，通过手摇摇杆6带动芯模1转动，将碳纤维布持续卷绕在芯模1上。

本发明通过调节下压板32的下压程度，一方面有效控制上浆量；另一方面防止芯模1卷绕时因张力不均造成的浮动，相比现有技术，节省了阴模，规避了因使用阴模而造成的定位困难的问题；通过芯模1转动带动碳纤维布卷绕的同时，利用刮刀33对碳纤维布上的胶合剂进行涂覆，一方面实现了上浆、卷绕一体化的效果、另一方面，提高涂覆的均一性。

如图1-2所示，在有些实施例中，在支撑座2的顶部设置有漏料槽(图中未标出)，芯模1容纳在漏料槽中。在漏料槽的底部设置有倾斜状的面板(图中未标出)，面板上设置有导料孔7，导料孔7与外界连通。

由于碳纤维布在卷绕过程中，难免会因挤压而产生漏浆、漏料的现象。本发明通过在漏料槽的底部设置带有导料孔7的倾斜状面板，及时地将因挤压产生的浆料通过导料孔7流出，避免浆料的堆积、污染装置。

如图1-2所示，在有些实施例中，在芯模1上还滑动配合地设置有第一限位块(图中未标出)、第二限位块(图中未标出)，第一限位块、第二限位块分别位于芯模1的两端。

进一步，通过设置第一限位块、第二限位块，能有效方式碳纤维布在卷绕过程发生跑偏的现象。

如图1-2所示，在有些实施例中，在下压涂料装置的上方还设置有喂料装置，喂料装置包括喂料箱81、喂料管82、导料阀(图中未标出)。喂料管82与喂料箱81连通，导料阀设置在喂料管82上。

在下压涂料装置的上方设置喂料装置，实现在线及时喂料、补料的效果。另外，可以在喂料箱81中加入搅拌装置83，边搅拌边喂入，防止胶合剂长时间停留在布面上而发生固化现象。

如图1-2所示，进一步，可以在下压板32上开设导料通孔321，导料通孔321与喂料管82相对。胶合剂可以通过导料通孔321漏至平板31上。避免因下压板32在空间上的隔挡而将喂料装置设置的位置远离刮刀33。

实施例2

一种使用实施例1所述的碳纤维管成型装置加工碳纤维管的方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维布平放在平板上，保证待涂胶合剂的一面向上，在芯模的表面涂覆一层脱模剂层。

(2)调节下压板的下压程度，在布上喂入胶合剂。

(3)拉动布，将涂胶的一面贴附在芯模上，转动芯模，带动布连续卷绕在芯模上，同时，刮刀持续在布表面涂覆胶合剂。

(4)卷绕完毕后，将芯模取出，并将成型的碳纤维管从芯模上抽出。

优选地，胶合剂包括以下质量份数的原料：60～70份环氧树脂、20～25份的固化剂、20～40份的丙酮或者乙酸乙酯。在碳纤维管的外表面涂覆一层平滑剂层，提高平滑度。采用本发明的双组份环氧树脂胶合剂，能使得成型后的管材其成型牢度更好，且能满足常温固化。本发明还可以在成型的碳纤维管的外表面涂覆平滑剂，使用的平滑剂为现有技术的纺织品用平滑剂。

为了提高碳纤维布在卷绕过程中的张力，可以在碳纤维布输送路径上设置张力辊。

本发明的胶合剂可以采用苏州七彩石复合材料提供的Q-301双组份环氧树脂胶。

优选地，碳纤维布为碳纤维预浸布，包括干法预浸布、湿法预浸布、单向预浸布、预浸带、无托布、有托布中的一种。

本发明还公开一种使用上述的加工碳纤维管的方法加工成型的碳纤维管。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种碳纤维管成型装置，包括芯模，其特征在于，还包括支撑座、下压涂料装置；所述芯模与所述支撑座转动连接，所述芯模用以卷绕碳纤维布；所述下压涂料装置用以将涂料涂覆至碳纤维布上；

所述下压涂料装置包括平板、下压板、刮刀、支座、导向螺杆、与所述导向螺杆配合的下压螺母、压缩弹簧；所述下压板的一端与所述支座铰接，所述下压板的另一端设置有所述刮刀，所述平板位于所述刮刀的下方；在所述下压板与所述平板之间设置有所述压缩弹簧；在所述下压板上设置有腰圆形导向通孔，所述导向螺杆自上而下贯穿所述腰圆形导向通孔，所述下压螺母位于所述下压板的上方。

2.根据权利要求1所述的碳纤维管成型装置，其特征在于，所述芯模为中空结构，所述中空结构呈圆柱形；所述中空结构内贯穿有转轴，所述转轴的一端与所述支撑座的一侧转动连接，所述转轴的另一端穿过所述支撑座的另一侧且与转盘连接，在所述转盘上设置有摇杆。

3.根据权利要求2所述的碳纤维管成型装置，其特征在于，在所述支撑座的顶部设置有漏料槽，所述芯模容纳在所述漏料槽中；在所述漏料槽的底部设置有倾斜状的面板，所述面板上设置有导料孔，所述导料孔与外界连通。

4.根据权利要求2所述的碳纤维管成型装置，其特征在于，在所述芯模上还滑动配合地设置有第一限位块、第二限位块，所述第一限位块、第二限位块分别位于所述芯模的两端。

5.根据权利要求1所述的碳纤维管成型装置，其特征在于，在所述下压涂料装置的上方还设置有喂料装置，所述喂料装置包括喂料箱、喂料管、导料阀；所述喂料管与所述喂料箱连通，所述导料阀设置在所述喂料管上。

6.一种使用如权利要求1-5任一项所述的碳纤维管成型装置加工碳纤维管的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳纤维布平放在平板上，保证待涂胶合剂的一面向上，在芯模的表面涂覆一层脱模剂层；

(2)调节下压板的下压程度，在布上喂入胶合剂；

(3)拉动布，将涂胶的一面贴附在芯模上，转动芯模，带动布连续卷绕在芯模上，同时，刮刀持续对布表面涂覆胶合剂；

(4)卷绕完毕后，将芯模取出，将成型的碳纤维管从芯模上抽出。

7.根据权利要求6所述的加工碳纤维管的方法，其特征在于，所述胶合剂包括以下质量份数的原料：60～70份环氧树脂、20～25份的固化剂、20～40份的丙酮或者乙酸乙酯。

8.根据权利要求6所述的加工碳纤维管的方法，其特征在于，所述碳纤维布为碳纤维预浸布，包括干法预浸布、湿法预浸布、单向预浸布、预浸带、无托布、有托布中的一种。

9.根据权利要求6所述的加工碳纤维管的方法，其特征在于，在所述碳纤维管的外表面还涂覆一层平滑剂层。