一种嵌入式共固化复合材料阻尼薄膜的制作系统的制作方法

本实用新型是针对嵌入式共固化阻尼复合材料加工中的阻尼薄膜的制备系统而新提出的，属于功能结构复合材料技术领域。

背景技术：

由于复合材料本身具有很高的比强度和比刚度，使其在航空、航天等高科技领域得到越来越广泛的应用。嵌入式共固化阻尼复合材料就是在现有高性能纤维复合材料的基础之上，将阻尼材料嵌入其中，使得这种新材料既保持了原有纤维复合材料的强度和刚度，又使其具有优异的阻尼减振性能，从而赋予该结构其它材料不能兼顾的综合力学性能。但到目前为止，嵌入式共固化阻尼复合材料中阻尼层的制作有刷涂法、压片法和层间过渡法。其中刷涂法制得的阻尼薄膜成本仍处于较高水平，自动化程度相对较低，限制了其进一步应用；压片法和层间过渡法制作的阻尼薄膜尺寸不能太大，往往受到平板硫化机工作台尺寸和机器工作压力的限制。这些方法均不利于嵌入式共固化阻尼复合材料中所嵌入的阻尼层的批量化生产，而且成本非常高。对此，这里提出一种简便而高效的阻尼薄膜的制作工艺，对降低嵌入式共固化阻尼复合材料的加工成本、进一步推动其广泛应用奠定基础。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有的嵌入式共固化阻尼复合材料中阻尼薄膜大面积制备的难题，在计算机控制系统的控制之下，提供一种嵌入式共固化阻尼复合材料中阻尼薄膜层制作系统，它包括控制系统、阻尼材料溶液的制备、阻尼材料溶液的喷涂、阻尼材料溶液的刮平、阻尼材料溶液的烘干、阻尼材料溶液中溶剂的回收、阻尼薄膜厚度的检测与调整，重复喷涂至调整之间的过程，当阻尼薄膜达到设计厚度时，将油纸铺设在阻尼薄膜上、下表面，然后收卷。这样嵌入式共固化阻尼复合材料中的阻尼薄膜就能大面积的制备了。

制备阻尼薄膜的主要原材料是丁基橡胶，制备阻尼薄膜时，首先将丁基橡胶溶于120号汽油中，存放一段时间，至其完全溶解。由气动系统将阻尼材料溶液加压至雾化喷头喷出至输送带上，为使所制得的阻尼薄膜具有较高的厚度精度和表面质量，增加了刮平装置。当经过刮平的阻尼溶液层随输送带运动到烘干装置时，烘干装置将溶液烘干，溶剂蒸发，并被溶剂回收系统回收。经烘干后的剩余部分即主要成分为丁基橡胶的阻尼薄膜与输送带分离。为保证制得的阻尼薄膜的厚度精准，设置了厚度在线检测与调整装置。当要求制作的阻尼薄膜较厚时，采用多次喷涂的方式，重复喷涂至调整之间的过程，使阻尼薄膜厚度均匀增加到设计要求。为防止制得的阻尼薄膜成品在收集时互相粘附在一起，在将其卷起之前在其上、下两表面各铺设一层油纸，最后用辊筒将阻尼薄膜收卷制成成品。当制作嵌入式共固化阻尼复合材料工件时，按照设计的铺层顺序，将收卷的成品裁剪成需要的尺寸铺入复合材料预浸料中，然后根据共固化工艺制成嵌入式共固化阻尼复合材料构件。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种嵌入式共固化复合材料阻尼薄膜的制作系统，包括：

阻尼材料溶液的制备装置，在喷涂前要完成喷涂浆液的制备；

喷涂装置，该装置完成将制备好的浆液喷涂在传送带上；

传送带，所述的喷涂装置将浆液喷涂在该传送带上，且所述的传送带为一个循环结构，贯穿整个制作系统；

刮平装置，其设置在传送带上方，对浆液刮平；

烘干装置，其设置在刮平装置后，对喷涂在传送带上的浆液进行烘干，形成阻尼薄膜；

厚度检测装置，其用于检测烘干后的浆液厚度；若符合厚度要求，则在阻尼薄膜上、下表面铺设油纸，最后收卷制成阻尼薄膜成品，若不符合厚度要求，则再次进行喷涂，直到符合要求；和

控制装置，所述的控制装置控制安装在机架上的喷涂装置、传送带、刮平装置、烘干装置和厚度检测装置。

进一步的，所述的喷涂装置包括储液罐，所述的储液罐上连接有气泵和液压泵，所述的气泵通过减压阀控制储液罐内的压力，所述的液压泵将制作好的喷涂液泵入储液罐内，所述的储液罐的底部连接多个雾化喷头。

进一步的，所述的刮平装置，包括一个刮平刃，所述的刮平刃通过连杆与一个横杆相连，所述的横杆两端固定在机架上，连杆可绕横杆旋转；所述的连杆底部安装有滚轮，滚轮下端与输送带的上表面接触，所述的刮平刃两端通过高度调节螺钉固定在连杆上。

进一步的，所述的烘干装置由湿式烘干塔和干式烘干塔构成；所述的湿式烘干塔对和干式烘干塔共同对浆液进行烘干。

进一步的，所述的湿式烘干塔的中部温度应保持在80—100℃，底部温度保持在65—80℃，顶部温度保持在100—130℃。

进一步的，所述的系统还包括溶剂回收装置，从湿式烘干塔的底部出口流出的液态油水混合物进入油水分离器分离；从湿式烘干塔的顶部出口流出的气态油水混合物进入热交换器，转化为液态的油水混合物后，再进入油水分离器分离；经油水分离器分离后得到可重复利用的有机溶剂进入溶剂回收装置。

进一步的，用于阻尼薄膜上、下表面油纸铺设的装置包括相对于阻尼薄膜呈对称布置的上层油纸铺设装置和下层油纸铺设装置，所述的上层油纸铺设装置和下层油纸铺设装置各自均包括油纸储纸筒和定位辊子，且上层油纸的定位辊子和下层油纸的定位辊子之间设有间隙，且两者互相协调，共同起到准确地将上层油纸和下层油纸铺设到阻尼薄膜上、下两侧面的作用。

进一步的，所述的系统还包括成品收集装置，所述的成品收集装置为一个卷筒。

本实用新型的有益效果如下：

1)本申请提出了一种在计算机控制系统的控制之下，嵌入式共固化阻尼复合材料中阻尼薄膜层制作的新系统和新工艺，它包括控制系统、阻尼材料溶液的制备、阻尼材料溶液的喷涂、阻尼材料溶液的刮平、阻尼材料溶液的烘干、阻尼材料溶液中溶剂的回收、阻尼薄膜厚度的在线检测与调整，重复喷涂至调整之间的过程，当阻尼薄膜达到设计厚度时，将油纸铺设在阻尼薄膜上、下表面，然后收卷。实现了嵌入式共固化阻尼复合材料中的阻尼薄膜的大面积自动化生产，具有效率高、自动化程度高和成本低的优点。

2)本申请在自动化生产线上提出了阻尼薄膜厚度的在线检测与调整装置，通过刮平刀与输送带之间高度的调整和阻尼薄膜厚度的在线测量装置，基本实现了阻尼薄膜厚度尺寸的闭环控制，使阻尼薄膜厚度保持高度稳定性和一致性，大大提高了制品的质量。

3)本申请在自动化生产线上提出了阻尼材料溶液的溶剂回收再利用装置，节约了生产成本、降低了原材料的损耗、具有绿色环保的特点。

附图说明

图1一种阻尼薄膜的制作工艺系统；

图2喷涂装置原理图；

图3喷嘴结构；

图4喷嘴的布置；

图5喷嘴喷涂的阻尼薄膜；

图6刮平装置整体图；

图7刮平装置局部放大图；

图8刮平装置剖视图；

图9刮平刃工作原理图；

图10溶剂回收系统原理图；

图11油纸铺设及成品收集装置原理图；

图12油纸铺设装置放大图。

其中：1、喷涂装置，2、刮平装置，3、烘干装置，4、厚度检测装置，5、成品收集装置，6、输送带，7、气泵，8、液压泵，9、雾化喷头，10、储液罐，11、下限位开关，12、浮标，13、立柱，14、上限位开关，15、阻尼材料溶液，16、机架，17、轴承座，18、横杆，19、连杆，20、铰制孔用螺栓，21、刮平刃，22、高度调节螺钉，23、滚轮，24、辊子，25、下层油纸，26、阻尼薄膜，27、上层油纸，28、上层油纸储纸筒，29、上层油纸定位辊子，30、成品收集辊筒，31、阻尼薄膜成品，32、下层油纸定位辊子，33、下层油纸储纸筒，34、进气阀，35、湿式烘干塔，36、湿式烘干塔密封门，37、干式烘干塔，38、热交换器，39、油水分离器，40、锁紧螺母，41、弹簧垫圈，42、阻尼溶液入口，43、喷出量调节旋钮，44、雾幅调节旋钮，45、压缩空气入口，46、阻尼溶液喷雾区，47、循环喷涂装置，48、气动两位两通电磁阀,49、液压两位两通电磁阀，50、控制系统，a、储液罐进气口，b、雾化喷头进气口，c、高温水蒸气进气口，d、液态油水混合物出口，e、气态油水混合物出口，f、高温空气入口，g、高温空气出口。

具体实施方式

下面结合附图1到图12和具体实施例对本实用新型申请作进一步说明(为叙述方便，先叙述无循环喷涂装置47的情形)：

一种阻尼薄膜的制作工艺系统如图1所示，主要包括阻尼材料溶液的制备装置、阻尼材料溶液的喷涂装置1、阻尼材料溶液的刮平装置2、阻尼材料溶液的烘干装置3、阻尼材料溶液中溶剂的回收系统、阻尼薄膜厚度的在线检测装置4、循环喷涂装置47、阻尼薄膜表面油纸32和33的铺设及阻尼薄膜成品收集装置5，整个运行过程都是在计算机控制系统50的控制之下进行的，具体如下：

阻尼材料溶液的制备装置，在喷涂前要完成喷涂浆液的制备，(该装置采用的现有装置进行制备的，因此在此不进行详细展开讲了)；

喷涂装置1，该装置将制作好的浆液喷涂到传送带上；

传送带6，所述的喷涂装置将浆液喷涂在该传送带上，且所述的传送带为一个循环结构，贯穿整个制作系统；

刮平装置2，其设置在传送带上方，对浆液刮平；

烘干装置3，其设置在刮平装置后，对喷涂在传送带上的浆液进行烘干，形成阻尼薄膜；

在线厚度检测装置4，其用于检测烘干后的浆液厚度；若符合厚度要求，则在阻尼薄膜上、下表面铺设油纸，最后收卷制成阻尼薄膜成品，若不符合厚度要求，则再次进行喷涂，直到符合要求；和

控制装置50，所述的控制装置控制安装在机架上的喷涂装置、传送带、刮平装置、烘干装置和厚度检测装置。

制作阻尼薄膜时，首先需制作阻尼材料溶液，阻尼材料主要成份为丁基橡胶，它可溶于汽油、四氢呋喃、四氯化碳等溶剂中。从安全性、经济性和易获取性考虑，本实用新型选用橡胶工业中广泛使用的橡胶溶剂(120号溶剂汽油)进行胶料溶液的制备。为了得到黏度适中且易喷涂的阻尼材料溶液，必须将混炼胶按照一定比例溶解于有机溶剂中，通过试验探索出阻尼材料与溶剂的最佳溶解比例为30g混炼胶：125ml汽油。喷涂溶液的制备流程如下：首先将混炼完成后的胶料置于开炼机上压出1—2mm厚薄片，并将胶片剪成10mm宽的胶条；再将定体积的溶剂汽油倒入大烧杯中，按照溶剂体积计算所需混炼胶的质量，并用电子天平称取；然后将称取的混炼胶胶条放置于溶剂汽油中，密封放在室温环境中存放24小时使其完全溶解，搅拌后方可用于喷涂。

阻尼材料溶液喷涂装置如图2所示，阻尼材料溶液的供给方式选择压送式，喷涂时，空气压缩机即气泵7一方面通过雾化喷头进气口b为雾化喷头9提供高压气体，另一方面通过管路a为储液罐进气口10提供压缩空气，将存储在储液罐10中的阻尼材料溶液15压出至雾化喷头9，使其与通入雾化喷头9的高压气体充分混合，并从喷头处呈雾状喷出。储液罐10中的阻尼材料溶液15采用间断式供给。浮标12漂浮于阻尼材料溶液15的液面上，并可以沿立柱13上下滑动。当储液罐10内的阻尼材料溶液15不断减少使浮标12触碰到下限位开关11时，液压泵8启动，向储液罐10内抽入阻尼材料溶液。随着液压泵8不断向储液罐10内抽入阻尼材料溶液，浮标12随液面不断上升。当浮标12触碰到上限位开关14时，液压泵8停止运转，停止向储液罐10内抽入阻尼材料溶液，这样在正常情况下，阻尼材料溶液的液面高度就会保持在上、下限位开关14和11之间。

当喷涂装置工作前，控制系统50控制气动系统的空气压缩机即气泵7和液压系统的液压泵8先运行，在各自系统溢流阀和减压阀的作用下，使气动系统和液压系统保持一个稳定的通向气动两位两通电磁阀48和液压两位两通电磁阀49的稳定压力。当喷涂装置工作时，控制系统50控制气动两位两通电磁阀48换向(不工作时处于常开状态，换向后处于常闭状态)，经过短暂延时液压两位两通电磁阀49再换向(不工作时处于常开状态，换向后处于常闭状态)，雾化喷头9开始向涂有防粘剂的输送带上喷涂阻尼材料溶液，通过控制输送带的运动速度和喷涂阻尼材料溶液的浓度和速度可以控制阻尼薄膜的厚度。当喷涂装置停止工作时，控制系统50先要控制液压两位两通电磁阀49换向(电磁阀断电)，经适当延时后再控制气动两位两通电磁阀48换向(电磁阀断电)，雾化喷头9就会停止工作，然后再切断空气压缩机即气泵7和液压系统的液压泵8的电源。

阻尼材料溶液薄膜的初始厚度可通过以下几方面因素加以控制：阻尼材料溶液15的粘度、雾化喷头9喷出速度、雾化喷头9数量、输送带6的速度。在其他条件不变的情况下，雾化喷头9喷出速度越高、雾化喷头9数量越多、阻尼材料溶液15的粘度越大、输送带6速度越慢，阻尼材料溶液薄膜的厚度越大。在初步确定了阻尼材料溶液薄膜的大致厚度后，由刮平装置2进一步精确控制其厚度。

雾化喷头9(可以从市面上购买)的结构如图3所示，具有压缩空气入口45和阻尼溶液入口42，压缩空气和阻尼溶液在雾化喷头9中均匀混合后以阻尼溶液喷雾的形式从喷嘴喷出；雾化喷头9具有喷出量调节旋钮43和雾幅调节旋钮44，可以有效调节喷头喷出阻尼溶液的量及喷幅的大小，可以适应喷涂不同厚度阻尼薄膜的需要。

所述的输送带6，其表面应平整、光滑，且不和阻尼材料溶液粘连，以保证阻尼薄膜材料成品的表面质量。另外，其表面材料应不会与阻尼材料溶液发生任何反应；由于有烘干装置3的存在，输送带6还应具有一定的耐高温特性。

图4是喷嘴的布置图，喷射阻尼胶料溶液时，气泵使阻尼胶料溶液从喷嘴喷射到输送带6表面，喷射时应保持压力、带速和阻尼材料溶液粘度的稳定，使得阻尼胶料溶液均匀平稳地喷射到输送带上。在阻尼胶料溶液喷射区域内，通过合理地布置喷嘴，使喷头之间喷射区域相互叠加，在输送带一次性通过喷头所形成的阻尼薄膜厚度基本一致。

如图5所示，当喷射压力设定后，单个喷嘴9喷射出的阻尼胶料溶液46在输送带上形成一个圆形区域，该区域图4也有表示，圆形区域中心处在输送带6上留下的阻尼胶料溶液26较多，圆形区域外围处留下的阻尼胶料溶液较少，按等距离排列的喷嘴喷射的阻尼胶料溶液通过喷射区域的重叠，使其在整个喷射面内留下的阻尼胶料溶液基本一样多，这样就在输送带上形成厚度基本均匀的阻尼胶料层。喷嘴之间的距离和喷嘴距输送带面的高度由试验确定。在恒温车间，给定阻尼胶料溶液喷射速度和输送带速度后，覆盖在整个输送带上的阻尼层厚度就基本一致。

所述的刮平装置2如图6所示，其作用是要保证阻尼薄膜成品厚度均匀性和表面质量稳定性，现结合图7至图9说明其具体工作过程。通过轴承座17安装在机架16上的横杆18与连杆19相连，连杆19可绕横杆18旋转。连杆19另一端的底部安装有滚轮23，滚轮23下端与输送带6的上表面接触。刮平刃21的一端安装在两压紧螺钉之间。高度调节螺钉22穿过刮平刃21的一端，底部与连杆19上表面接触。旋动高度调节螺钉22，可以调节刮平刃21与输送带6之间的距离。高度调节螺钉22两侧各有一个铰制孔用螺栓20，当用高度调节螺钉22调整好刮平刃21与输送带6之间的距离之后，旋紧防松螺母40，然后旋紧铰制孔用螺栓20，起到固定刮平刃21的作用。弹簧垫圈41起到防松作用。同时，压紧螺钉20起到导向作用，即保证刮平刃21只能沿压紧铰制孔用螺栓20的轴向运动，以免发生偏斜。

连杆19下端滚轮23的作用为：当刮平刃21与支撑输送带6的距离发生变化时，或厚度检测装置4测定的实际阻尼薄膜厚度与设计值不一样时，通过松开压紧铰制孔用螺栓20和旋转高度调节螺钉22，使刮平刃21与支撑输送带6之间的距离达到使用要求值，或使厚度检测装置4测定的实际阻尼薄膜厚度与设计厚度一致。当输送带6的厚度发生变化时，辊子24顶端接触的输送带6的下表面，滚轮23下部接触的输送带6的上表面，整个刮平装置2就会绕轴承座17的转动中心旋转一个角度，从而带动刮平刃21一起作上下运动，始终保持刮平刃21与输送带6之间的距离恒定，也就是说，刮平刃21与输送带6之间的距离不会因为输送带厚度的变化而变化，即该装置加工出的阻尼薄膜的厚度值不会因为输送带6厚度的变化而变化，从而保证阻尼薄膜成品的厚度恒定。同时，使用滚轮23和辊子24与输送带6接触构成滚动副，可以减小摩擦系数。

烘干装置3由湿式烘干塔35和干式烘干塔37构成。湿式烘干塔35的侧面装有湿式烘干塔密封门36，为的是让输送带6安装方便，具体工作过程如图1所示。喷有阻尼材料溶液的输送带进入湿式烘干塔35，将110—130℃的水蒸气通过进气阀34从湿式烘干塔35高温水蒸气进气口c通入湿式烘干塔35，高温水蒸气使阻尼材料溶液中的有机溶剂挥发，湿式烘干塔35的中部温度应保持在80—100℃，底部温度保持在65—80℃，顶部温度保持在100—130℃。在湿式烘干塔35的底部，水蒸气和易挥发的有机溶剂液化形成液态油水混合物，从液态油水混合物出口d流出；在湿式烘干塔的顶部，水蒸气和易挥发的有机溶剂的气态油水混合物从出口e流出。

干式烘干塔37的工作过程如图1所示，高温空气从干式烘干塔37的高温空气入口f处通入，从高温空气出口g处流出，该过程可以去除残留在阻尼薄膜表面的少量水分。

溶剂回收装置的工作过程如图10所示，从湿式烘干塔35的底部出口d流出的液态油水混合物进入油水分离器39分离；从湿式烘干塔35的顶部出口e流出的气态油水混合物进入热交换器38，转化为液态的油水混合物，再进入油水分离器39分离。经油水分离器分离后便得到可重复利用的有机溶剂。

厚度测量装置4，用于在线测量和控制阻尼薄膜26的厚度。若阻尼薄膜26的厚度不符合要求，可通过图7中刮平装置，调整铰制孔用螺栓20和高度调节螺钉22使刮刀21的刃到输送带6之间的距离，来改变阻尼薄膜26的厚度，使其达到设计厚度要求。

油纸铺设及成品收集装置如图11及图12所示。由于阻尼薄膜26的厚度比较薄，且具有一定的粘性，若直接用卷筒将其卷在一起极易互相粘附在一起。故在将阻尼薄膜26卷起之前，在其上、下两表面各铺设一层油纸，以利于阻尼薄膜26的收集与存放。油纸铺设装置分为上层油纸铺设装置和下层油纸铺设装置。

上层油纸铺设装置由上层油纸储纸筒28和上层油纸定位辊子29组成。上、下层油纸储纸筒28和33的作用为储存油纸。上层油纸定位辊子29和下层油纸定位辊子32互相协调，共同起到准确地将上层油纸27和下层油纸25铺设到阻尼薄膜26上、下两侧面的作用。上层油纸定位辊子29和下层油纸定位辊子32之间的距离必须适中，距离过大导致油纸在阻尼薄膜26表面的粘贴性能不好；距离过小则会过度挤压阻尼薄膜26，影响其尺寸精度。上层油纸铺设装置和下层油纸铺设装置结构完全相同，二者关于阻尼薄膜26呈对称布置。

经铺设上、下层油纸的阻尼薄膜成品31用成品收集辊筒30卷起即可。

当制作厚度较大的阻尼薄膜时，由于一次喷涂的阻尼材料溶液薄膜厚度有限，故需采用循环喷涂装置47。

所述的循环喷涂装置47，如图1所示，其目的为采用多次喷涂的方式均匀增加阻尼薄膜厚度，以制得厚度较厚的阻尼薄膜，在结构上其为喷涂装置、输送带、刮平装置、烘干装置、溶剂回收系统、厚度在线检测与调整装置的组合，且对于循环喷涂装置的数量可根据实际制作的阻尼薄膜的厚度适当增减。其工作流程为：当制作厚度较大的阻尼薄膜时，经厚度检测装置4测量厚度后的阻尼薄膜26并不会直接与成品收集装置5相连，而是进入循环喷涂装置47，再次进行阻尼材料溶液的喷涂、阻尼材料溶液的刮平、阻尼材料溶液的烘干、阻尼材料溶液中溶剂的回收、阻尼薄膜厚度的检测与调整，若厚度达到设计要求，则对阻尼薄膜进行表面油纸的铺设、收卷制成成品；若厚度未达到设计要求，则阻尼薄膜进入下一个循环喷涂装置，重复上述过程，直至阻尼薄膜厚度达到设计要求，然后进行阻尼薄膜表面油纸的铺设、收卷制成成品即可。

当要制作嵌入式共固化阻尼复合材料工件时，将复合材料预浸料与本申请制作的阻尼薄膜根据设计的铺层顺序进行铺设，即将收卷的阻尼薄膜裁剪成需要的尺寸铺入复合材料预浸料中，然后根据共固化工艺制成嵌入式共固化阻尼复合材料构件。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。