CN111016005B - 纤维预浸料制备装置及纤维预浸料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维预浸料制备装置及纤维预浸料制备方法，纤维预浸料制备装置包括至少一个预浸料制备单元；所述预浸料制备单元包括用于存储介质的介质容器、设置在所述介质容器内的定位板、数个沿连续纤维复丝行进方向间隔布置在所述定位板上的纤维定位柱、设置在所述介质容器上的介质含量控制件；所述介质容器的两端分别形成连续纤维复丝进出的进口端和出口端；所述介质含量控制件位于所述出口端上，控制连续纤维复丝上的介质含量。本发明的纤维预浸料制备装置，以单元模块化的设置，能够实现纤维不间断的连续供应，灵活的切换从少量处理到大量处理的模式，并满足连续制备纤维预浸料的目的。

Description

纤维预浸料制备装置及纤维预浸料制备方法

技术领域

本发明涉及预浸料技术领域，尤其涉及一种纤维预浸料制备装置及纤维预浸料制备方法。

背景技术

目前，在许多领域当中都在使用连续纤维复丝，并且通常情况下，这些连续纤维复丝需要进行类似表面涂覆、介质浸泡等等的处理，将其制备成预浸料使用。但是，传统的大型设备(例如纺织业设备)虽然连续性强，通常条件下只会进行大批量多丝束并行处理；而小型设备(例如实验室各种模拟设备)只能进行极少量处理且难以连续制备。基于上述因素的限制和实际工艺的需求，需要设计一种能够灵活切换从少量到大量的、并且能不间断连续制备的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高作业流畅性和效率的纤维预浸料制备装置及纤维预浸料制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纤维预浸料制备装置，包括至少一个预浸料制备单元；所述预浸料制备单元包括用于存储介质的介质容器、设置在所述介质容器内的定位板、数个沿连续纤维复丝行进方向间隔布置在所述定位板上的纤维定位柱、设置在所述介质容器上的介质含量控制件；

所述介质容器的两端分别形成连续纤维复丝进出的进口端和出口端；所述介质含量控制件位于所述出口端上，控制连续纤维复丝上的介质含量。

优选地，所述定位板可拆卸插接在所述介质容器内。

优选地，所述介质容器内设有用于与所述定位板配合的插槽。

优选地，所述纤维定位柱包括圆柱体；所述圆柱体上设有绕其一周设置的凹槽，形成纤维定位槽。

优选地，数个所述纤维定位柱包括至少一个第一定位柱、至少一个第二定位柱以及至少一个第三定位柱；

所述第一定位柱和第二定位柱对应所述介质容器的进口端和出口端分别设置在所述定位板的相对两端上；所述第三定位柱排布在所述第一定位柱和第二定位柱之间，位于所述第一定位柱和第二定位柱的下方以浸没在介质中。

优选地，所述介质含量控制件包括柱体、设置在所述柱体内并贯穿其相对两端面的通孔；所述通孔的轴向平行连续纤维复丝的行进方向。

优选地，所述通孔包括朝向所述介质容器的进口端的导向段、与所述导向段相接的等径段；所述导向段的内径自连接所述等径段的一端到相对的另一端逐渐增大。

优选地，所述介质容器的出口端上设有支撑件，所述介质含量控制件安装在所述支撑件上。

优选地，所述支撑件为支撑盘，支撑盘朝向所述进口端的一侧设有介质回流槽；所述介质回流槽对应在所述通孔的一侧。

本发明还提供一种纤维预浸料制备方法，包括以下步骤：

S1、连续纤维复丝从放线装置放出，从介质容器的进口端进入其中并依次绕过定位板上的数个纤维定位柱；

S2、在牵引装置的牵引下，所述连续纤维复丝在所述介质容器中浸渍介质后，通过介质含量控制件从所述介质容器的出口端输出。

本发明的有益效果：以单元模块化的设置，能够实现纤维不间断的连续供应，灵活的切换从少量处理到大量处理的模式，并满足连续制备纤维预浸料的目的。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的纤维预浸料制备装置的多个预浸料制备单元布置的结构示意图；

图2是本发明一实施例的纤维预浸料制备装置中一个预浸料制备单元的结构示意图；

图3是图2所示预浸料制备单元的分解结构示意图；

图4是本发明中连续纤维复丝经过预浸料制备单元的行进方向示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的纤维预浸料制备装置，包括至少一个预浸料制备单元10。纤维预浸料制备装置包括多个预浸料制备单元10时，多个预浸料制备单元10可以相平行并排设置，在制备纤维预浸料时可以全部或部分同时使用。

如图2、3所示，预浸料制备单元10可包括介质容器1、定位板2、数个纤维定位柱3以及介质含量控制件4。介质容器1用于存储介质，介质容器1的两端分别形成连续纤维复丝进出的进口端和出口端。根据需求，介质可以是硅醇、双酚A型环氧树脂等等，用于浸渍到连续纤维复丝上以形成预浸料。连续纤维复丝包括但不限于尼龙纤维、棉线、不锈钢纤维、碳纤维和玻璃纤维等。

定位板2设置在介质容器1内，其可以整体都进入到介质容器1内，或者只是下部分进入介质容器1内并可以浸没在介质中。数个纤维定位柱3沿连续纤维复丝的行进方向间隔布置在定位板2上，连续纤维复丝依次绕过数个纤维定位柱3并浸没在介质中。介质含量控制件4设置在介质容器1的出口端上，控制连续纤维复丝上的介质含量。

具体地，介质容器1作为一个容纳介质的容器，可以顶部开放设置，从而在制备预浸料时可以随时向其中投放介质。介质容器1还可以被加热，实现对介质的加热。例如，介质容器1上安装有加热件，或者介质容器1内设置夹层，夹层内可以注入水、油等加热介质，或者介质容器1可置于水浴或油浴设备中，从而通过对介质容器1直接加热、或者水浴、油浴、气氛加热等进行加热。

介质容器1整体的形状、尺寸等不限定，例如可以如图2所示的长方体结构。

定位板2主要用于固定纤维定位柱3，实现纤维定位柱3在介质容器1中的定位。作为选择，定位板2以可拆卸的方式插接在介质容器1内，方便随时更换等。

本实施例中，介质容器1内设有用于与定位板2配合的插槽11，定位板2可以通过两端与插槽11的配合插接在其中，从而定位在介质容器1内。具体地，介质容器1的进口端和出口端内分别设有限位板12，两个限位板12均与一侧的介质容器1的内壁面相间隔，插槽11形成在限位板12和对应的内壁面之间。限位板12不需很大设置，形成的插槽11只需能够与定位板2边缘部分配合即可将定位板2限定在介质容器1中，并且不会遮挡定位板2较大面积，不会影响纤维定位柱3在其上的排布。

纤维定位柱3用于定位和引导连续纤维复丝的行进。对于多个纤维定位柱3，连续纤维复丝可以交错的方式进行绕覆，如从一纤维定位柱3的上方绕过，再从其相邻的另一纤维定位柱3的下方绕过。连续纤维复丝被牵引行进时，被牵引时产生的挤压作用提供一定的介质浸渍力，将介质浸透到纤维复丝中去。

在结构上，每一纤维定位柱3可包括圆柱体31；圆柱体31上设有绕其一周设置的凹槽，形成纤维定位槽32。连续纤维复丝绕过纤维定位柱3时，主要从纤维定位槽32中通过。纤维定位槽32两侧形成的环形凸起限制连续纤维复丝沿圆柱体31轴向移动脱出。

根据纤维定位柱3在定位板2上的布置位置，数个纤维定位柱3可以包括至少一个第一定位柱33、至少一个第二定位柱34以及至少一个第三定位柱35。第一定位柱33和第二定位柱34对应介质容器1的进口端和出口端分别设置在定位板2的相对两端上，主要用于连续纤维复丝进出介质容器1的定位和引导。第一定位柱33和第二定位柱34可以处于介质液面的上方。第三定位柱35排布在第一定位柱33和第二定位柱34之间，位于第一定位柱33和第二定位柱34的下方以浸没在介质中，主要用于连续纤维复丝在介质容器1中浸渍介质的定位和引导。

第一定位柱33、第二定位柱34和第三定位柱35的结构相同，均包括圆柱体31和纤维定位槽32。

介质含量控制件4用于控制浸渍在连续纤维复丝上的介质含量，范围从10％-90％。如图3所示，本实施例中，介质含量控制件4包括柱体41、设置在柱体41内并贯穿其相对两端面的通孔42。通孔42的轴向平行连续纤维复丝的行进方向，用于浸渍有介质的连续纤维复丝通过。连续纤维复丝穿进通孔42时，多余的介质会被挤压掉并回流到介质容器1内，通孔42还能提供一定的浸渍力，将介质进一步浸透到连续纤维复丝中去。

通孔42的孔径纤维种类、介质种类和介质目标含量的组合进行选择。第二定位柱34可与通孔42处在同一水平面上。

进一步地，如图4所示，通孔42可包括朝向介质容器1的进口端的导向段421、与导向段421相接的等径段422。导向段421的内径自连接等径段422的一端到相对的另一端逐渐增大，呈喇叭状。连续纤维复丝从导向段421进入通孔42内，沿着内径减缩的导向段421进入等径段422，其上多余的介质被等径段422的壁面挤压至导向段421中，并可沿着导向段421流回介质容器1内。

此外，根据需要，介质含量控制件4上可设置加热件对其进行加热，或者设置夹层以注入水或油等，以水浴、油浴或气氛加热等方式对介质含量控制件4进行加热。当介质对冷热变化敏感，低温导致其流动性骤降时需要进行加热，此情况下可通过介质含量控制件4进行加热，从而对通过介质含量控制件4的连续纤维复丝上的介质加热，以保证介质能够顺利流动并覆在连续纤维复丝上，并且不会堵塞通孔42。

介质含量控制件4可以直接通过紧固件等固定在介质容器1的出口端上，或者通过支撑件5支撑在介质容器1的出口端上。如图2、3所示，介质容器1的出口端上设有支撑件5，介质含量控制件4安装在支撑件5上。

本实施例中，支撑件5为盘状结构的支撑盘，其可通过螺栓等紧固件锁紧在介质容器1上。支撑盘朝向介质容器1的进口端的一侧设有介质回流槽51。介质回流槽51对应在通孔42的一侧，连通通孔42和介质容器1的存储空间，从而通孔42上流下的被挤出的多余介质可通过介质回流槽51流回介质容器1内。

当然，在其他实施例中，支撑件5可以是框架结构或网板，从而通孔42上流下的介质可以直接通过框架结构的镂空位置或网板上的网孔流回介质容器1内。

另外，如图2、3所示，本实施例中，介质容器1为长方体结构，其出口端一侧向外凸出形成有导流部13，该导流部13与介质容器1的存储空间相连通，介质含量控制件4设置在导流部13上。导流部13的与介质容器1进口端相对的内壁面为斜面，从而从介质含量控制件4和/或支撑件5上流下的介质可沿着导流部13的斜面汇合到介质容器1的介质中。

使用上述的纤维预浸料制备装置制备预浸料时，根据需要选择一个或多个预浸料制备单元10排布在一起，按照连续纤维复丝的行进将纤维预浸料制备装置布置在放线装置和牵引装置之间。

如图3、4所示，本发明的纤维预浸料制备方法可包括以下步骤：

S1、连续纤维复丝从放线装置(未图示)放出，从介质容器1的进口端进入其中并依次绕过定位板2上的数个纤维定位柱3。

具体地，连续纤维复丝从第一定位柱33上方绕过，往下走向第三定位柱35，可从第一个第三定位柱35的下方绕过后，从相邻的另一个第三定位柱35上方绕过，以此交错绕过数个第三定位柱35，最后往上走向第二定位柱34，从第二定位柱34上方绕过后进入介质含量控制件4。

穿过介质含量控制件4的连续纤维复丝绕覆在牵引装置上，通过牵引装置的牵引驱使连续纤维复丝的连续行进。

S2、在牵引装置(未图示)的牵引下，连续纤维复丝在介质容器1中浸渍介质后，通过介质含量控制件4从介质容器1的出口端输出，获得纤维预浸料。

获得的纤维预浸料经过干燥后可根据需要切粒，如切成6-12mm的颗粒。

在上述制备方法中，连续纤维复丝可预先绕覆在纤维定位柱3上后，再连通定位板2一起放入介质容器1中。在浸渍介质时，可随时通过拆卸定位板2来进行连续纤维复丝的更替。

制备时，预浸料单元设置至少两个，其中分别通过有连续纤维复丝。牵引装置可先牵引其中以预浸料单元的连续纤维复丝，另一个预浸料单元的连续纤维复丝作为接续。在前一个预浸料单元的连续纤维复丝即将浸渍完毕且被牵引出来后，后一个预浸料单元的连续纤维复丝接续前一个预浸料单元的连续纤维复丝被牵引装置牵引收卷，实现纤维预浸料连续制备的目的。

牵引装置和介质容器1的出口端之间还设有干燥装置(如烘干装置等)，对浸渍有介质的连续纤维复丝进行干燥处理，使介质固化与连续纤维复丝复合为一体再进行收卷。

以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

牵引装置包含一套牵引辊为纤维的运动提供动力；需要对不锈钢纤维浸渍的介质是乙醇体系溶解的硅醇。

选用两个预浸料制备单元进行组合，将2根待处理的不锈钢纤维分别依次绕过各自预浸料制备单元的纤维定位柱并通过各自的介质含量控制件。通过介质含量控制件的不锈钢纤维再通过通道式烘干装置，其用于对不锈钢纤维上浸渍的硅醇进行烘干，去除其中的乙醇。

制备时牵引装置将一个预浸料制备单元组上的1根不锈钢纤维不断牵引，在不锈钢纤维即将全部完成浸渍时，可迅速将另一个预浸料制备单元准备好的第2根不锈钢纤维进行投料，达到无缝连接的效果。第2根不锈钢纤维开始被牵引后，第1根不锈钢纤维所使用的预浸料制备单元进入闲置状态，额外再准备第3根不锈钢纤维。之后以此类推，达到纤维预浸料连续制备的效果。

实施例2

在工艺环节中，前置装置需要将4根碳纤维源源不断的输送过去，将制备好的预浸料切为6-12mm的预浸料颗粒；

牵引装置包含一套能同时牵引4根纤维的牵引辊，为纤维的运动提供动力；需要碳纤维浸渍的介质是双酚A型环氧树脂，由于常温下双酚A型环氧树脂是固态，需要加热才能使其流动，所以需要将树脂进行加热。

选用八个预浸料制备单元进行组合形成预浸料制备装置，并将预浸料制备装置投入温度大于等于120℃的油浴环境中去。首先将8根待处理的碳纤维分别依次绕过各自预浸料制备单元的纤维定位柱和通过对应的介质含量控制件。牵引装置将其中四个预浸料制备单元上的4根碳纤维不断牵引，当这4根碳纤维即将全部完成浸渍时，可迅速将另外四个预浸料制备单元的4根碳纤维进行投料，达到无缝连接的效果。后续的4根碳纤维开始被牵引后，已被消耗完毕的4根碳纤维所使用的四个预浸料制备单元进入闲置状态，可额外再准备额外的4根碳纤维。之后以此类推，达到纤维预浸料连续制备的效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种纤维预浸料制备装置，其特征在于，包括多个相平行并排设置的预浸料制备单元；所述预浸料制备单元包括用于存储介质的介质容器、设置在所述介质容器内的定位板、数个沿连续纤维复丝行进方向间隔布置在所述定位板上的纤维定位柱、设置在所述介质容器上的介质含量控制件；

所述介质容器的两端分别形成连续纤维复丝进出的进口端和出口端；所述介质含量控制件位于所述出口端上，控制连续纤维复丝上的介质含量；

所述定位板可拆卸插接在所述介质容器内；

所述介质容器的出口端一侧向外凸出形成有导流部，所述导流部与所述介质的存储空间相连通，所述介质含量控制件设置在所述导流部上；所述导流部与所述介质容器的进口端相对的内壁面为斜面。

2.根据权利要求1所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，所述介质容器内设有用于与所述定位板配合的插槽。

3.根据权利要求1所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，所述纤维定位柱包括圆柱体；所述圆柱体上设有绕其一周设置的凹槽，形成纤维定位槽。

4.根据权利要求1所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，数个所述纤维定位柱包括至少一个第一定位柱、至少一个第二定位柱以及至少一个第三定位柱；

所述第一定位柱和第二定位柱对应所述介质容器的进口端和出口端分别设置在所述定位板的相对两端上；所述第三定位柱排布在所述第一定位柱和第二定位柱之间，位于所述第一定位柱和第二定位柱的下方以浸没在介质中。

5.根据权利要求1所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，所述介质含量控制件包括柱体、设置在所述柱体内并贯穿其相对两端面的通孔；所述通孔的轴向平行连续纤维复丝的行进方向。

6.根据权利要求5所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，所述通孔包括朝向所述介质容器的进口端的导向段、与所述导向段相接的等径段；所述导向段的内径自连接所述等径段的一端到相对的另一端逐渐增大。

7.根据权利要求5所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，所述介质容器的出口端上设有支撑件，所述介质含量控制件安装在所述支撑件上。

8.根据权利要求7所述的纤维预浸料制备装置，其特征在于，所述支撑件为支撑盘，支撑盘朝向所述进口端的一侧设有介质回流槽；所述介质回流槽对应在所述通孔的一侧。

9.一种纤维预浸料制备方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的纤维预浸料制备装置，所述纤维预浸料制备方法包括以下步骤：

S1、连续纤维复丝从放线装置放出，从介质容器的进口端进入其中并依次绕过定位板上的数个纤维定位柱；

S2、在牵引装置的牵引下，所述连续纤维复丝在所述介质容器中浸渍介质后，通过介质含量控制件从所述介质容器的出口端输出。