CN1451798A - 背网热压成型碳纤维片材的专用设备 - Google Patents

Abstract

一种背网热压成型碳纤维片材的专用设备，涉及碳纤维片材的成型技术，尤其指碳纤维片材的成型专用设备。本设备由碳纤维丝束集群的定位梳理装置、背网传送装置、热压成型装置、成品卷取装置及若干过桥辊组成；所述的热压成型装置是由大小形状相等的两个热压辊组成，且两热压辊之间有间隙，由链轮带动两辊相向转动，两热压辊间隙根据碳纤维片材的厚度调整；所述的背网传送装置分两路，分别设在离热压辊一定距离的上下两边。本设备结构简单，简化了先进复合材料的成型工艺，使产品生产成本大大降低，且可在常温下永久贮存。

Description

背网热压成型碳纤维片材的专用设备

技术领域：

本发明涉及碳纤维的成型技术，尤其指碳纤维片材的成型专用设备。

技术背景：

碳纤维是目前先进复合材料中性能最为优异、用途最为广泛的增强材料之一。如何使碳纤维处于均匀分布、高度取向及平直排列的定型状态，成为使用方便、永久贮存和成本低廉的新材料，仍是最大限度利用和发挥其强度、模量特性，实现复合材料低成本化的关键所在。与本发明最接近的技术是碳纤维预浸料成型技术。该技术是将高度取向、平行排列在离型纸托上的预浸过高温固化潜伏性树脂基体(或夹在胶膜上)的碳纤维丝束，经碾展压平后加温至预浸胶半固化的定型状态，最后与离型纸一起卷取成品。因此，该成型技术不仅技术要求高，设备结构复杂。投资巨大，工艺难度大，制造成本高，而且其预浸料必须保持在低温冷藏条件下贮存，贮存期仅为数月；同时，使用时必须在高温条件下才能固化。因此，预浸料既不能大量生产，也无法长期贮存，而且生产、贮存费用昂贵，固化条件和成本也很高，只能局限于航空航天、高档体育器材等高附加值产品的应用。

发明内容：

本发明的目的在于克服以上不足而提供一种成型简单、成本低并能使碳纤维片材快速、大批量的生产且永久贮存的一种背网热压成型碳纤维片材的专用设备。

本发明是通过如下技术方案来实现的：本设备由碳纤维丝束集群的定位梳理装置、背网传送装置、热压成型装置、成品卷取装置及若干过桥辊组成；所述的碳纤维丝束集群的定位梳理装置按碳纤维丝束集群经过的路线按一定间距依次排列为过桥辊、伸缩型定幅筘、导向定位筘、分条绞辊、牵引罗拉、过桥辊、再经过导向定位筘、分条绞棒组成；所述的热压成型装置是由大小形状相等的两个热压辊组成，且两热压辊之间有间隙，由链轮带动两辊相向转动，两热压辊间隙根据碳纤维片材的厚度调整；所述的背网传送装置分两路，分别设在离热压辊一定距离的上下两边；所述的导向定位筘的导向筘斜向排列，根据碳纤维丝束平扁程度和碳纤维片材面密度要求，设定30°-60°角度；所述的背网传送装置由自动纠偏放送装置和红外检测器组成，自动纠偏放送装置由可逆电机带动丝杆、丝杆与小车平板连接，小车平板通过支架与气胀辊连接；红外检测器由两组红外探头与固定架组成；所述的热压成型装置与成品卷取装置之间还设有张力检测辊装置。它由连接阻尼活塞的斜角支承架支撑张力检测辊组成，并与信号反馈电位器连接。

本发明在成型过程中碳纤维丝束是干的，无需离型纸托，无需预浸胶液，而是在经高度取向、平行排列的碳纤维丝束集群的上下背面，热压合上表面粘有热融胶的背网辅料后制造出高取向度单向排列的碳纤维片材。本设备结构简单，简化了先进复合材料的成型工艺，使产品生产成本大大降低，且可在常温下永久贮存，存取使用方便，实现先进复合材料的低成本化，取代传统材料，在工民建、桥梁、隧道等相关结构加固补强应用。其强度和模量分别为3750MPa和265GPa，符合***《结构加固修复用碳纤维片材》标准(草案)的有关性能指标和要求。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为自动纠偏放送装置的结构示意图；

图2-1为图2的A-A’向剖视图；

图2-2为红外线检测器的结构示图；

图3为张力检测辊装置结构示意图；

图4-1、图4-2分别为左右红外发射、接收检测器的电路图；

图5为自动纠偏电原理图。

具体实施方式：

如图1所示，本设备先将碳纤维丝束集群v梳理定位，v先依次经过过桥辊1、伸缩型定幅筘10、导向定位筘11-1、分条绞辊12、牵引罗拉13-1初步定位，为了进一步保证进入热压成型装置时v的定位，v又经过过桥辊2、导向定位筘11-2、过桥辊3、分条绞棒14然后进入热压成型装置，当v穿过导向定位筘11-1、11-2时，起到对v梳理成顺斜度半重叠排列的定位状态；分条绞辊和分条绞棒分别起到将v“品”字形叠层排列或顺斜向叠合排列的作用。其导向定位筘的导向筘斜向排列，可根据碳纤维丝束平扁程度和碳纤维片材面密度要求，在30°-60°范围设定。热压成型装置是由一对表面覆有耐高温、不粘胶、高强度的隔离层工作面，且尺寸、形状大小相等，内部结构相同的精密热压辊15组成，外接换热分配管路18-1、18-2、间隙手操调节器。自动纠偏放送装置19-1、19-2，分别放在离热压辊一定距离的上下两边，自动纠偏放送装置19-1放在热压辊的上方，自动纠偏放送装置19-2放在热压辊的下方，两自动纠偏放送装置分将热融胶背网w1、w2从不同方向引入热压辊。自动纠偏放送装置19-1与热压辊之间设有过桥辊4，自动纠偏放送装置19-2与热压辊之间设有过桥辊9。工作时先根据碳纤维片材的厚度要求调整好两热压辊间隙，通过进出热源管路对其进行加热，通过链轮带动两辊相向转动(速度可调)，然后经自动纠偏放送装置19-1、19-2引入的热融胶背网w1、w2与已被整理成“品”字型排列或顺斜向叠合排列成标准幅宽的v上下夹合，以“S”形走势经过两热压辊的加温和压碾后成型，再经成品卷取装置17成卷，还可由包装膜放送器21对纤维片材卷外包一层包装膜。包装膜放送器与成品卷取装置之间设有过桥辊8。

如图1、图2、图2-1、图2-2所示，自动纠偏放送装置19-1、红外线检测器20-1与自动纠偏放送装置19-2、红外线检测器20-2分别组合成一个自动幅位纠偏定位***装置，自动纠偏放送装置由可逆电机22带动丝杆23、丝杆与小车平板24连接，小车平板通过支架25与气胀辊26连接组成；红外检测器由两组红外探头27与固定架28组成，本部件是专门用于放送热融胶背网w1、w2，具有对其幅位自动纠偏、调整与v幅位一致的功能。

如图1、图3所示，经热压成型后的碳纤维片材z还可经过牵引罗拉13-2、张力检测装置16、、过桥辊5、6、7进入成品卷取装置。其中的张力检测装置由连接阻尼活塞29的斜角支承架30支撑张力检测辊31组成，并与信号反馈电位器32连接，信号反馈电位器把信号反馈给电机变频器，从而改变电机的转速。因成品卷取装置工作时应有一定的卷张力，所以其电机的速度应根据收卷力的大小进行自动调节，即当收卷力太大时，卷绕中的z会将张力检测辊压下，并带动与其连在一起的斜角支承架转动一定的角度，该角位移通过转换装置变换成一电位的变量信号并反馈给电机变频器，改变电机转速使成品卷取装置收卷速度变慢；而成品卷取装置的收卷力减小时，张力检测辊下的阻尼气缸顶起，并带动其张力检测辊及斜角支承架抬起角度减小，电位变量信号减弱，电机转速也随之减小，直至达到平衡，本部件确保张力检测辊始终在一个稳定的张力下作卷绕运转。

如图4-1、图4-2、图5所示，当接通电源后红外发射管经光学镜片发射红外线束至接收管管使接收检测部分处于常稳状态，当热融胶背网工作时产生偏差并移动了光学镜片上的确挡光片使红外线束被阻断，接收管端电位即产生变化，该变量信号经放大器33-1、33-2放大并输入到开关管34-1、34-2使开关管导通继电器35-1、35-2吸合常开触点35-1’或35-2’吸合，可逆电36既向左或向右转动，直至热融胶背网移开挡光片弹回红外线束重新照射到接收管上，使接收检测部分重新进入稳态。

Claims (4)

1、一种背网热压成型碳纤维片材的专用设备，其特征在于本设备由碳纤维丝束集群的定位梳理装置、背网传送装置、热压成型装置、成品卷取装置及若干过桥辊组成；所述的碳纤维丝束集群的定位梳理装置按碳纤维丝束集群v经过的路线按一定间距依次排列为过桥辊(1)、伸缩型定幅筘(10)、导向定位筘(11-1)、分条绞辊(12)、牵引罗拉(13-1)、过桥辊(2)、再经过导向定位筘(11-2)、分条绞棒(14)组成；所述的热压成型装置是由大小形状相等的两个热压辊(15)组成，且两热压辊之间有间隙，由链轮带动两辊相向转动，两热压辊间隙根据碳纤维片材的厚度调整；所述的背网传送装置分两路，分别设在离热压辊一定距离的上下两边。

2、如权利要求1所述的一种背网热压成型碳纤维片材的专用设备，其特征在于所述的导向定位筘(11-1)(11-2)的导向筘斜向排列，根据碳纤维丝束平扁程度和碳纤维片材面密度要求，设定30°-60°角度。

3、如权利要求1所述的一种背网热压成型碳纤维片材的专用设备，其特征在于所述的背网传送装置由自动纠偏放送装置和红外检测器组成；自动纠偏放送装置由可逆电机(22)带动丝杆(23)、丝杆与小车平板(24)连接，小车平板通过支架(25)与气胀辊(26)连接；红外检测器由两组红外探头(27)与固定架(28)组成。

4、如权利要求1所述的一种背网热压成型碳纤维片材的专用设备，其特征在于所述的热压成型装置与成品卷取装置之间还设有张力检测辊装置。它由连接阻尼活塞(29)的斜角支承架(30)支撑张力检测辊(31)组成，并与信号反馈电位器(32)连接。

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