CN111716587A - 一种用于复合材料纤维缠绕的恒温浸胶装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于复合材料纤维缠绕的恒温浸胶装置,可用于实现玻璃纤维、碳纤维在缠绕过程中的浸胶以及平衡缠绕换向时张力值的波动，可放置于纤维缠绕的张力控制***与纤维缠绕主机之间配合其共同完成缠绕制品的加工，其位置可根据实际缠绕件尺寸进行横向和纵向的移动。装置由U型浸胶槽、恒温装置、低摩擦导辊组、纤维导向装置、张力平衡装置、浸胶辊和可调式刮刀等部件组成，可解决目前纤维湿法缠绕浸胶技术中纤维浸胶的不充分及不均匀、纤维因干摩擦产生起毛现象、胶液恒温效果差和因纤维张力值波动产生纤维浸胶不均匀而影响缠绕制品质量的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于复合材料纤维缠绕的恒温浸胶装置，尤其是可用于实现玻璃纤维、碳纤维在缠绕过程中的浸胶以及纤维缠绕换向时张力值波动的平衡。
背景技术
纤维缠绕工艺是指将浸过树脂胶液的连续纤维按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程，主要分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕。本发明涉及到的湿法缠绕是将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程，浸胶装置位于纤维放线***和缠绕主机之间，需要完成纤维在缠绕至芯模之前的浸胶环节，此过程要求纤维充分浸胶且浸胶量均匀可控。关于纤维湿法缠绕浸胶技术，目前公知的技术是直浸法和胶辊接触法，直浸法是目前湿法缠绕工艺中设备最简单, 应用范围最广泛的一种浸胶技术。该法是将纱团引出的一束或多束单向张紧的纤维连续直接进入胶槽浸渍胶液, 然后通过挤胶辊的挤压使胶液均匀, 再利用刮胶刀刮去多余的胶液, 即得到直接用于湿法缠绕的浸过胶的纤维；胶辊接触法是由直浸法经过一定改进演变而来, 它的浸胶装置比直浸法稍微复杂一些。胶辊接触法是将浸胶辊半浸入胶液中, 裸露在胶液外的辊表面与纤维接触。浸胶辊通过旋转使其辊表面沾上胶液, 连续地给纤维浸胶, 纤维不直接浸入胶槽可以使纤维更均匀地浸渍胶液, 避免过分地吃胶。上述两种湿法缠绕的浸胶技术虽然操作简便、工装简单、成本低、生产效率高, 但是由于纤维浸胶后立即缠绕, 在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验, 纤维浸胶的不充分和不均匀易使制品中形成气泡、空隙等缺陷；胶液恒温效果的不稳定会极大的影响纤维的浸透程度；设备上大量的导辊装置、纤维导向装置容易损伤纤维, 出现起毛现象；在采用螺旋缠绕方式进行缠绕时，缠绕换向会使处于浸胶中的纤维张力突然增大或较小，影响了纤维浸胶的均匀性，另外张力值的波动也对缠绕制品质量会产生不良影响。为了解决上述问题，发明一种新型恒温浸胶装置具有重要意义。
发明内容
为了解决目前纤维湿法缠绕浸胶技术中纤维浸胶的不充分和不均匀、纤维因干摩擦产生起毛现象、胶液恒温效果差和因纤维张力值波动产生纤维浸胶不均匀而影响缠绕制品质量的技术问题，本发明提供一种用于复合材料纤维缠绕的恒温浸胶装置，它是采用恒温水箱装置保持胶液的恒温；装置中的各纤维导向部件采用大圆弧高精密抛光加工并将表面进行镀硬铬处理，各绕线的导辊机构圆周装有多根经镀层处理的金属细轴；刮胶装置设计成可调式结构以满足不同材质纤维的浸胶量要求；导辊组中的一组装有平衡气缸，由两位五通电磁阀控制，依据纤维的张力值变化执行活塞杆的换向动作切换命令。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于复合材料纤维缠绕的恒温浸胶装置，共由底座、恒温装置、U型胶槽、导向板、导向环、侧立板、框架、导辊1、平衡气缸、气缸支座、张力平衡辊、铰接座、连接板、分线梳、导辊2、导辊3、浸胶辊、可调式刮刀、轴承压盖、密封圈、辊杆、轴套、轴承、辊轴组成，其特征在于：浸胶装置的底座主体由铝型材拼装而成，上方联接安装面板，用于安装U型胶槽、侧立板和框架，下方联接安装面板，用于安装恒温装置，底座下方装有万向脚轮；恒温装置以油或水作为传热介质对U型胶槽中的胶液进行加热及恒温控制，其上设有出水口和回水口，分别与U型胶槽的进水口和排水口相联，介质一直在恒温装置与U型胶槽下方的空腔内处于流动状态，恒温装置中装有温度传感器，实时监测介质温度；U型胶槽安装于底座上方，用于盛放胶液，槽内设计为U型结构以提高空间利用率，下方有密闭空腔用于介质的存储与流动；导向板安装于U型胶槽的进线端，是纤维导向的主体结构，其作用是使纤维在进入浸胶装置后按照指定位置绕至导辊1上；导向环以过盈配合安装于导向板的圆孔内，其内孔两端采取大圆弧过渡圆角处理并进行高精度精密抛光处理，表面镀硬铬处理，其数量依据缠绕纤维股数进行增减；侧立板安装于底座的上方，用于导辊1、可调式刮刀、浸胶辊、导辊2和导辊3的轴端支撑；框架由铝型材拼接而成，用于安装张力平衡装置部件气缸支座和连接板组件，张力平衡装置可通过改变框架的下支柱长度来进行调整；导辊1由轴承压盖、密封圈、辊杆、轴套、轴承和辊轴组成，辊轴两端固定于侧立板上，辊杆共有12根，均匀分布于轴承压盖圆周，两端通过螺纹与轴承压盖相联，其表面采取镀层处理，轴承压盖内部镶有密封圈，防止胶液进入轴套内部，轴承压盖与轴套、辊杆在纤维与12根辊杆的摩擦力作用下随轴承外圈同步旋转，完成纤维指定路径的导向，张力平衡辊、导辊2、导辊3和浸胶辊的结构原理与导辊1相同；张力平衡装置由平衡气缸、气缸支座、张力平衡辊、铰接座和连接板组成，平衡气缸依据纤维缠绕换向时张力的急增或急减执行活塞杆的伸出和缩回动作以实现装置平衡纤维张力波动的功能；分线梳安装于U型胶槽的出线端方向，利用梳间空隙将浸胶后的纤维进行导向，使纤维在运行中彼此之间分开不粘连，顺利传送至主机缠绕位置；浸胶辊由轴套和端盖焊接而成，内部为空心结构，表面经镀硬铬处理，两轴端固定于两侧立板之上，可在较小的摩擦力下自由旋转，浸胶辊的垂直方向下母线与U型胶槽的最低点有5mm的直线距离，提高了胶液的利用率，可调式刮刀两轴端装夹于侧立板之上，可进行可调式刮刀角度的任意调整并锁紧，实现了刀刃与浸胶辊圆周间隙的调整，使装置具备了浸胶量控制和去除胶液中气泡的功能。
整套浸胶装置位于纤维的张力控制***与纤维缠绕主机之间，主要用于纤维缠绕工艺中的浸胶环节，并同时具备缠绕换向时张力波动的平衡功能，配合放线***及缠绕主机共同完成缠绕制品的加工，其位置可根据实际工件情况进行横向和纵向的移动。
本发明的有益效果是，以油或水作为传热介质对U型胶槽中的胶液进行快速热后再进行高精度的恒温控制，胶液的温控范围精度较高，满足高质量的浸胶工艺要求；装置中纤维导向部件及各导辊装置极大的减小纤维与金属导向部件之间的摩擦损耗，改善纤维磨损程度；可调式的刮胶装置在对浸胶量和浸胶的均匀性进行控制的同时还可去除胶液中产生的大量气泡；导辊组的张力平衡装置可对缠绕换向时纤维急剧增大或减小的张力值进行平衡，进一步提升纤维浸胶的均匀性，改善缠绕制品因张力波动产生的质量缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1恒温浸胶装置总体结构图
图2纤维浸胶原理图
图3恒温浸胶装置中导辊装置结构剖视图
图中：1.底座，2.恒温装置，3.U型胶槽，4.导向板，5.导向环，6.侧立板，7.框架，8.导辊1,9.平衡气缸，10.气缸支座，11.张力平衡辊，12.铰接座，13.连接板，14.分线梳，15.导辊2,16.导辊3,17.浸胶辊，18.可调式刮刀,19.纤维，20.轴承压盖，21.密封圈，22.辊杆，23.轴套，24.轴承，25辊轴。
具体实施方式
在图1及图3中，浸胶装置的底座（1）主体由铝型材拼装而成，上方联接安装面板，用于安装U型胶槽（3）、侧立板（6）和框架（7），下方联接安装面板，用于安装恒温装置（2），底座（1）下方装有万向脚轮；恒温装置（2）以油或水作为传热介质对U型胶槽（3）中的胶液进行加热及恒温控制，其上设有出水口和回水口，分别与U型胶槽（3）的进水口和排水口相联，介质一直在恒温装置（2）与U型胶槽（3）下方的空腔内处于流动状态，恒温装置（2）中装有温度传感器，实时监测介质温度；U型胶槽（3）安装于底座（1）上方，用于盛放胶液，槽内设计为U型结构以提高空间利用率，下方有密闭空腔用于介质的存储与流动；导向板（4）安装于U型胶槽（3）的进线端，是纤维导向的主体结构，其作用是使纤维在进入浸胶装置后按照指定位置绕至导辊1（8）上；导向环（5）以过盈配合安装于导向板（4）的圆孔内，其内孔两端采取大圆弧过渡圆角处理并进行高精度精密抛光处理，表面镀硬铬处理，其数量依据缠绕纤维股数进行增减；侧立板（6）安装于底座（1）的上方，用于导辊1（8）、可调式刮刀（18）、浸胶辊（17）、导辊2（15）和导辊3（16）的轴端支撑；框架（7）由铝型材拼接而成，用于安装张力平衡装置部件气缸支座（10）和连接板（13）组件，张力平衡装置可通过改变框架（7）的下支柱长度来进行调整；导辊1（8）由轴承压盖（20）、密封圈（21）、辊杆（22）、轴套（23）、轴承（24）和辊轴（25）组成，辊轴（25）两端固定于侧立板（6）上，辊杆（22）共有12根，均匀分布于轴承压盖（20）的圆周，两端通过螺纹与轴承压盖（20）联接，其表面采取镀层处理，轴承压盖（20）内部镶有密封圈（21），防止胶液进入轴套（23）内部，轴承压盖（20）与轴套（23）、辊杆（22）在纤维（19）与12根辊杆（22）的摩擦力作用下随轴承（24）外圈同步旋转，完成纤维（19）指定路径的导向，张力平衡辊（11）、导辊2（15）、导辊3（16）和浸胶辊（17）的结构原理与导辊1（8）相同；张力平衡装置由平衡气缸（9）、气缸支座（10）、张力平衡辊（11）、铰接座（12）和连接板（13）组成，平衡气缸（9）依据纤维缠绕换向时张力的急增或急减执行活塞杆的伸出和缩回动作以实现装置平衡纤维张力值波动的功能；分线梳（14）安装于U型胶槽（3）的出线端方向，利用梳间空隙对浸胶后的纤维（19）进行导向，使纤维（19）在运行中彼此之间分开不粘连，顺利传送至主机缠绕位置；浸胶辊（17）由轴套和端盖焊接而成，内部为空心结构，表面经镀硬铬处理，两轴端固定于两侧立板（6）之上，可在较小的摩擦力驱动下自由旋转，浸胶辊（17）的垂直方向下母线与U型胶槽（3）的最低点有5mm的直线距离，提高了胶液的利用率，可调式刮刀（18）两轴端装夹于侧立板（6）之上，可进行可调式刮刀（18）任意角度的调整并锁紧，实现了刀刃与浸胶辊（17）圆周间隙的调整，使装置具备了浸胶量控制和去除胶液中气泡的功能。
在图2中，纤维（19）依次经过导辊1（8）的下方、浸胶辊（17）的上方、导辊3（16）的下方、张力平衡辊（11）的上方和导辊2（15）的下方最终形成其在浸胶装置中的绕线路径，在对纤维（19）施加张力时，各辊可在摩擦力作用下自由旋转，浸胶辊（17）下方与胶液接触，通过可调式刮刀（18）使其表面沾满均匀且不含气泡的胶液层，最终完成纤维的浸胶。
Claims (1)
1.浸胶装置的底座（1）主体由铝型材拼装而成，上方联接安装面板，用于安装U型胶槽（3）、侧立板（6）和框架（7），下方联接安装面板，用于安装恒温装置（2），底座（1）下方装有万向脚轮；恒温装置（2）以油或水作为传热介质对U型胶槽（3）中的胶液进行加热及恒温控制，其上设有出水口和回水口，分别与U型胶槽（3）的进水口和排水口相联，介质一直在恒温装置（2）与U型胶槽（3）下方的空腔内处于流动状态，恒温装置（2）中装有温度传感器，实时监测介质温度；U型胶槽（3）安装于底座（1）上方，用于盛放胶液，胶槽为U型结构，槽下方有用于存放介质的密闭空腔；导向板（4）安装于U型胶槽（3）的进线端，是纤维导向的主体结构，其作用是使纤维在进入浸胶装置后按照指定位置绕至导辊1（8）上；导向环（5）以过盈配合的方式安装于导向板（4）的圆孔内，其内孔两端采取大圆弧过渡圆角处理并进行高精度精密抛光处理，表面镀硬铬处理，其数量依据缠绕纤维股数进行增减；侧立板（6）安装于底座（1）的上方，用于导辊1（8）、可调式刮刀（18）、浸胶辊（17）、导辊2（15）和导辊3（16）的轴端支撑；框架（7）由铝型材拼接而成，用于安装气缸支座（10）和连接板（13）等张力平衡装置部件，张力平衡装置可通过改变框架（7）的下支柱长度来进行调整；导辊1（8）由轴承压盖（20）、密封圈（21）、辊杆（22）、轴套（23）、轴承（24）和辊轴（25）组成，辊轴（25）两端固定于侧立板（6）上，辊杆（22）共有12根，均匀分布在轴承压盖（20）的圆周，两端通过螺纹与轴承压盖（20）联接，其表面采取镀层处理，轴承压盖（20）内部镶有密封圈（21），防止胶液进入轴套（23）内部，轴承压盖（20）与轴套（23）、辊杆（22）在纤维（19）与12根辊杆（22）的摩擦力作用下随轴承（24）外圈同步旋转，完成纤维（19）指定路径的导向，张力平衡辊（11）、导辊2（15）、导辊3（16）和浸胶辊（17）的结构原理与导辊1（8）相同；张力平衡装置由平衡气缸（9）、气缸支座（10）、张力平衡辊（11）、铰接座（12）和连接板（13）组成，平衡气缸（9）依据纤维缠绕换向时张力的急增或急减执行活塞杆的伸出和缩回动作以实现装置平衡纤维张力值波动的功能；分线梳（14）安装于U型胶槽（3）的出线端方向，利用梳间空隙对浸胶后的纤维（19）进行导向，使纤维（19）在运行中彼此之间分开不粘连，顺利传送至主机缠绕位置；浸胶辊（17）由轴套和端盖焊接而成，内部为空心结构，表面经镀硬铬处理，两轴端固定于两侧立板（6）之上，可在较小的摩擦力驱动下自由旋转，浸胶辊（17）的垂直方向下母线与U型胶槽（3）的最低点有5mm的直线距离，提高了胶液的利用率，可调式刮刀（18）两轴端装夹于侧立板（6）之上，可进行可调式刮刀（18）任意角度的调整并锁紧，实现了刀刃与浸胶辊（17）圆周间隙的调整。
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