一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备及其生产工艺的制作方法

本发明涉及一种热塑性预浸机。

具体地说，是涉及一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备及其生产工艺。

背景技术：

2008年国内复合材料论坛首次介绍热塑性复合材料是一种先进的复合材料，复合材料领域预浸料是一种半成品材料，1998年前后热固性树脂碳纤维预浸料在国内首次出现，热固性树脂是环氧类树脂，固化温度120度。休闲类产品钓鱼竿、羽毛球拍大多数用于热固性碳纤预浸料制作，热固性预浸料需要热固性预浸设备来制备。

热塑性复材所需高分子类树脂其熔化温度在200-450度范围，例如，聚醚醚酮熔化温度350度，尼龙类高分子树脂熔化温度在200度左右，200度以上属于高温熔化，所以，热塑性复材预浸料所需制备设备能在高温条件下正常工作与热固性复材预浸机截然不同，预浸料的生产工艺也完全不同。

以碳纤维为例，型号t700-12k日本东丽产碳纤维，一束纤维由12000根毛细纤维组成，一束纤维的外观尺寸宽度约5mm，厚度约0.1mm，片状纤维束。高分子树脂在高温熔化状态下流动性较差，让每根毛细纤维表面均匀地粘满薄薄的一层树脂，12000根乘54束排列成300mm宽幅单向布，每束纤维与每束纤维之间必须无缝连接，连续性纤维热塑性预浸装备技术难度远远高于热固性复材预浸设备。

高分子树脂厂家提供的原料为颗粒状，为便于高分子树脂在熔化状态下浸渍于纤维表面，可以考虑将高分子树脂颗粒制备成宽度300mm一定厚度的树脂膜；或者微细直径的树脂纤维丝；或者加工成颗粒度20微米树脂粉末。针对树脂不同的物理形态产生了热塑性树脂预浸料制备的不同方法；树脂浸渍纤维的方法归结为薄膜法、纤维法、粉末静电法、粉末泥浆法。

比较四种方法，高分子树脂浸渍纤维效果最好的方法是粉末泥浆法。我们也是按照粉末泥浆法的工艺研发连续性纤维热塑性预浸料装备，树脂的浸渍方法之外，影响单向布成型的因素还有纤维放卷张力要一致的问题。如果纤维放卷张力不一致，纤维束之间不能完全无缝连接，增大单向布的废品率。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备及其生产工艺。

本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备，包括纤维筒纱架，所述纤维筒纱架的出纱端设有纤维分丝装置，所述纤维分丝装置的出纱端设有泥浆水槽装置，其特征在于：所述纤维分丝装置包括用于纤维张力产生和保持的三辊装置，所述三辊装置的出纱端水平设有若干抖动轴，所述抖动轴垂直于纤维运动方向往复运动，且两根相邻所述抖动轴运动方向相反；所述泥浆水槽装置包括槽体，所述槽体上设有凹陷的浸水槽，所述浸水槽两端设有槽内导轮，所述浸水槽内且位于两个所述槽内导轮之间设有若干分散轮，所述槽体两端位于所述浸水槽外设有槽外导轮。

作为一种改进，所述三辊装置包括第一辊轮，设置在所述第一辊轮下方的第二辊轮和第三辊轮，所述第二辊轮的轴线和所述第三辊轮的轴线在同一水平面上，且所述第二辊轮和第三辊轮位于所述第一辊轮的两侧。

作为进一步的改进，所述抖动轴包括导轨，滑动设置在导轨上的分丝轴，所述分丝轴的轴线与所述第二辊轮的轴线在同一水平面上，以及控制所述分丝轴往复运动的电机。

作为进一步的改进，所述纤维筒纱架包括机架，所述机架上设有若干纤维筒纱芯轴，所述纤维筒纱芯轴通过轴承套安装于所述机架上，每个所述纤维筒纱芯轴的一端均设有磁粉制动器，且位于所述轴承套的一侧，所述纤维筒纱芯轴上位于所述轴承套的另一侧设有筒纱固定装置，所述机架上还设有数显式张力控制器，所述数显式张力控制器与所述磁粉制动器电连接。

作为进一步的改进，所述筒纱固定装置包括设置在所述纤维筒纱芯轴上的第一压板和第二压板，所述第二压板上设有用于紧固的蝶形螺母。

作为进一步的改进，所述浸水槽内位于所述分散轮的下方设有喷水管。

作为进一步的改进，所述浸水槽设有中空的夹层。

作为进一步的改进，所述泥浆水槽装置的出纱端设有热压成型部，所述热压成型部包括上热压辊，与所述上热压辊在同一垂直面上的下热压辊。

本发明还公开了一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备的生产工艺，其特征在于：

步骤一：纤维筒筒纱放卷；在所述纤维筒纱架上放置80个标准纤维筒筒纱，然后轻轻地扭动旋钮调解输入给所述磁粉制动器的电流大小，让80个所述数显式张力控制器显示的数字一致，保证了放卷纤维放卷张力一致；

步骤二：纤维分丝；将步骤一得到的纤维束分别绕过每根所述抖动轴，所述电机拖动每根所述抖动轴沿轴向方向往复运动，运动幅度很小仅1mm，相邻所述抖动轴运动方向相反，伴随着纤维束前行，纤维束始终保持与所述抖动轴接触，每根所述抖动轴沿垂直于纤维束前行方向往复运动，且相邻所述抖动轴运动方向相反，一束一束排列的纤维束走过多根所述抖动轴之后，纤维表象发生变化，束状被分开进行分丝；

步骤三：热塑性高分子树脂浸渍纤维；步骤二得到的纤维通过所述槽外导轮、槽内导轮、槽内分散轮、槽外导轮，进入并拉出所述泥浆水槽装置，保证每根毛细纤维的表面均匀粘满热塑性高分子树脂粉末；

步骤四：烘干预加热、成型；将步骤三得到的纤维先经过烘干预加热后，进入到温度为350度的所述上热压辊和所述下热压辊中，将毛细纤维表面的热塑性高分子树脂粉末融化后经所述上热压辊和所述下热压辊压制，则产生热塑性碳纤单向布；

步骤五：将步骤四制得的单向布经过牵引，进行张力检测后进行单向布收卷。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：

第一：所述数显式张力控制器与所述磁粉制动器的设置实现了纤维筒纱放卷张力检测数字化，极大地提高张力检测精度，做到了全部纤维筒纱纤维放卷张力恒定；调解方便、精度可靠、省时省力；为最终制备出宽辐单向布提供了保证；

第二：所述纤维分丝装置的设置让纤维束分丝后变为松散状，保证毛细纤维不受到损伤，并获得满意的分丝效果；

第三：所述浸水槽的中空夹层的设置，让所述夹层中通过循环冷却水调节所述浸水槽中树脂浑浊液的温度，树脂浑浊液的温度与树脂上浆有很大的关系，所述浸水槽内设置的喷水管与循环泵连接，实现所述浸水槽内浑浊液处于流动状态，促使高分子树脂粉末落在毛细纤维的表面；

第四：所述热压成型部的设置提高了所述上热压辊、所述下热压辊的本身温度，在温度350度的环境下，毛细纤维表面的高分子树脂粉末融化，再经所述上热压辊、所述下热压辊压制则产生热塑性碳纤单向布，去掉了现有技术中的隔离膜简化了工艺，大大的节约制造成本。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是本发明所述纤维筒纱芯轴的结构示意图；

附图3是本发明所述纤维分丝装置的结构示意图；

附图4是本发明所述纤维分丝装置的结构示意图；

附图5是本发明所述所述抖动轴的结构示意图；

附图6是本发明所述泥浆水槽装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例：如附图1-附图6所示，一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备，包括纤维筒纱架1，所述纤维筒纱架1的出纱端设有纤维分丝装置2，所述纤维分丝装置2的出纱端设有泥浆水槽装置3，所述纤维分丝装置2包括用于纤维张力产生和保持的三辊装置21，所述三辊装置21的出纱端水平设有五根抖动轴22，所述抖动轴22垂直于纤维运动方向往复运动，且两根相邻所述抖动轴22运动方向相反。本发明中所指的纤维可选碳纤维；玻璃纤维；芳纶纤维等。

如附图3、附图4所示，所述三辊装置21包括可上下调节的第一辊轮211，所述第一辊轮211可以根据需求上下调节其高度，设置在所述第一辊轮211下方的第二辊轮212和第三辊轮213，所述第二辊轮212的轴线和所述第三辊轮213的轴线在同一水平面上，且所述第二辊轮212和第三辊轮213位于所述第一辊轮211的两侧；所述三辊装置21用来张力产生和保持的装置。所述抖动轴22包括导轨221，滑动设置在导轨221上的分丝轴222，所述分丝轴222的轴线与所述第二辊轮212的轴线在同一水平面上，以及控制所述分丝轴222往复运动的电机，所述电机为伺服电机。伺服电机带动减速器，减速器带动曲柄223，曲柄223带动连杆224，连杆224拖动所述抖动轴22水平往复抖动。

纤维分丝就是将片状拆开为分散状，举例一束碳纤维截面5mm拆开为15mm，毛细纤维处于松散状。纤维束分丝后变为松散状，毛细纤维不能受到损伤这一要求必须保证。为获得满意的分丝效果，结构上采取五根平行的所述分丝轴222，纤维分别绕过每根所述分丝轴222，所述电机223拖动每根所述分丝轴222沿轴向方向往复运动，运动幅度很小仅1mm，相邻所述分丝轴222运动方向相反。伴随着纤维前行，纤维始终保持与所述分丝轴222接触，每根所述分丝轴222沿垂直于纤维前行方向往复运动，且相邻所述分丝轴222运动方向相反，一束一束排列的纤维走过多根平行所述分丝轴222之后，纤维表象发生变化，束状被分开称之为分丝，分丝后的纤维进入所述泥浆水槽装置3，保证每根毛细纤维的表面均匀粘满树脂粉末。

所述纤维筒纱架1包括机架，所述机架上设有若干纤维筒纱芯轴11，每个所述纤维筒纱芯轴11上放置纤维筒纱12，随预浸布的宽度尺寸的大小要求，决定所述纤维筒纱架1能够配置多少纤维筒纱12，这里我们设置80筒纤维筒纱12。所述纤维筒纱芯轴11通过轴承套13安装于所述机架上，每个所述纤维筒纱芯轴11的一端均设有磁粉制动器14，所述磁粉制动器14为12nm磁粉制动器，且位于所述轴承套13的一侧，所述纤维筒纱芯轴11上位于所述轴承套13的另一侧设有筒纱固定装置15，所述机架上还设有数显式张力控制器（图中未示出），所述数显式张力控制器与所述磁粉制动器14电连接。

如附图2所示，所述筒纱固定装置15包括设置在所述纤维筒纱芯轴11上的第一压板151和第二压板152，所述第二压板152上设有用于紧固的蝶形螺母153；将纤维筒纱12放置在所述纤维筒纱芯轴11上通过所述第一压板151和所述第二压板152以及所述蝶形螺母153将其固定。

筒纱纤维放卷都有放卷张力调解控制问题，传统的筒纱纤维放卷张力的调解是与纤维筒纱12同轴的另一端安装刹车轮、刹车带、拉簧与可调螺栓螺母等配置。调解方法是旋转螺母可调螺栓移动，拉动拉簧与刹车带对刹车轮制动来调解放卷纤维纱的放卷张力。与每个纤维筒纱12相对应的可调螺栓均移动相同的距离，可看作刹车力一致，实际这种调解方法相对于每个纤维筒纱12放卷张力存在较大误差，这种调解方法费时费力较为麻烦。本发明通过所述数显式张力控制器与所述磁粉制动器14的设置，将80个纤维筒纱12放卷张力检测引入数字化检测，极大地提高里张力检测精度，确实做到全部筒纱纤维放卷张力恒定，彻底的更换掉刹车轮、刹车带。本发明工作时，只需要轻轻地扭动旋钮调解输入给所述磁粉制动器14的电流大小，所述数显式张力控制器显示与输入电流相对应的张力。80个所述数显式张力控制器显示的数字一致，反映放卷纤维放卷张力一致，数字一目了然，调解方便、精度可靠、省时省力，为最终制备出宽辐单向布提供了保证。

如附图6所示，所述泥浆水槽装置3包括槽体31，所述槽体31上设有凹陷的浸水槽32，所述浸水槽32设有中空的夹层33。所述浸水槽32两端设有槽内导轮34，所述浸水槽32内且位于两个所述槽内导轮34之间设有分散轮35，所述浸水槽32内位于所述分散轮35的下方设有喷水管36，所述槽体31两端位于所述浸水槽32外设有槽外导轮37。

热塑性高分子树脂浸渍纤维采用泥浆法工艺是最理想的方法，所述浸水槽32四周为中空的夹层33结构，通过循环冷却水调解树脂混浊液的温度，所述浸水槽32要容得下分丝之后松散纤维进入所述浸水槽32，树脂粉末应该被吸附于纤维表面，高分子树脂不溶于水，与水混合形成混浊液类似泥浆，高分子树脂的含量由浓度计检测。分丝后的纤维束经过所述槽内导轮进入泥浆区域，前行一定距离再经过所述槽内导轮、所述槽外导轮走出所述浸水槽32，所述浸水槽32通过所述喷水管与循环泵连接，实现所述浸水槽32内混浊液处于流动状态，促使高分子树脂粉末落在毛细纤维的表面一起进入预热工步。

所述泥浆水槽装置3的出纱端设有热压成型部5，所述热压成型部5包括上热压辊，与所述上热压辊在同一垂直面上的下热压辊。所述上热压辊、所述下热压辊的热压温度为350°。纤维数上下两层用聚酰亚胺薄膜与压辊隔开，防止peek树脂融化后粘连热轴表面，本发明没有采用上下隔离膜措施，这点也是我们的创新，为制备热塑性预浸布大幅度的节约了生产成本，具体措施提高所述上热压辊、所述下热压辊的表面光洁度与所述上热压辊、所述下热压辊本身温度，在温度350度的环境下，毛细纤维表面的peek粉末融化，再经一对所述上热压辊、所述下热压辊压制则产生热塑性碳纤单向布，去掉了隔离膜简化了工艺大大的节约制造成本。

如附图1所示，一种宽幅连续性纤维热塑性树脂预浸装备的生产工艺，

步骤一：纤维筒筒纱放卷；在所述纤维筒纱架1上放置80个标准纤维筒筒纱，然后轻轻地扭动旋钮调解输入给所述磁粉制动器14的电流大小，让80个所述数显式张力控制器显示的数字一致，保证了放卷纤维放卷张力一致；

步骤二：纤维分丝；将步骤一得到的纤维束分别绕过每根所述抖动轴22，所述电机223拖动每根所述抖动轴22沿轴向方向往复运动，运动幅度很小仅1mm，相邻所述抖动轴22运动方向相反，伴随着纤维束前行，纤维束始终保持与所述抖动轴22接触，每根所述抖动轴22沿垂直于纤维束前行方向往复运动，且相邻所述抖动轴22运动方向相反，一束一束排列的纤维束走过多根所述抖动轴22之后，纤维表象发生变化，束状被分开进行分丝；

步骤三：热塑性高分子树脂浸渍纤维；步骤二得到的纤维通过所述槽外导轮、槽内导轮、槽内分散轮、槽外导轮，进入并拉出所述泥浆水槽装置3，保证每根毛细纤维的表面均匀粘满热塑性高分子树脂粉末；

步骤四：烘干预加热、成型；将步骤三得到的纤维先经过烘干预加热装置4后，进入到温度为350度热压成型部5的所述上热压辊和所述下热压辊中，将毛细纤维表面的热塑性高分子树脂粉末融化后经所述上热压辊和所述下热压辊压制，则产生热塑性碳纤单向布；

步骤五：将步骤四制得的单向布经过牵引装置6，进行张力检测装置7后进行单向布收卷装置8的收卷。

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