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一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置的制作方法

文檔序號:4415431閱讀:165來源:國知局
專利名稱:一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及復(fù)合材料制品的成型設(shè)備,特別涉及一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置。
背景技術(shù)
纖維增強復(fù)合材料管是一種復(fù)合材料制品,常見的增強纖維有玻璃纖維和碳纖維等。和傳統(tǒng)的金屬管材相比,其擁有質(zhì)量輕,強度高,耐蝕性強的優(yōu)點,可被用于代替金屬材料作為各種結(jié)構(gòu)件,在航空航天、汽車制造、紡織機械等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。纖維增強復(fù)合材料管通常通過纏繞成型或卷管成型的方法進行制備,纏繞成型即浸過基體樹脂膠液的連續(xù)纖維在張力作用下按照一定規(guī)律纏繞到芯模上,達到一定厚度后經(jīng)固化、脫模獲得的。纖維纏繞成型工藝具有機械自動化、可靠性高、生產(chǎn)效率高、制品質(zhì)量高而穩(wěn)定的優(yōu)點。然而現(xiàn)有的纖維纏繞設(shè)備無法進行小角度或軸向纖維的纏繞,纏繞角一般要求大于15度。當(dāng)纏繞角小于15度時,纖維在張力作用下易在管口處發(fā)生滑脫,使纏繞失敗,另外還會出現(xiàn)展紗不良的問題。卷管成型是將纖維預(yù)浸料在卷管機上熱卷成型復(fù)合材料管材的一種方法。和纏繞成型相比,卷管成型的優(yōu)勢在于該方法對鋪層纖維的方向沒有限制,可進行小角度或軸向纖維鋪層的鋪設(shè),且操作方便;其缺點在于成型過程中纖維預(yù)浸料的張力較小,導(dǎo)致所制得管材的強度不高,主要用于對強度要求較低的民用制品的成型,如魚竿和高爾夫球桿等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,許多領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤蔡岢隽烁叩囊?。為了使管件具有盡可能高的抗彎剛度和軸向強度,纖維應(yīng)沿軸向排布,且纖維與芯模軸線夾角越小,管的抗彎剛度和軸向強度越高。由于纏繞角度的限制,纏繞成型的纖維增強復(fù)合材料管的抗彎剛度和軸向強度都不高;卷管成型雖然能進行軸向纖維的鋪設(shè),但是所制得管件的強度無法滿足較高要求。為了使管件保證周向強度的同時,具有較高抗彎剛度和軸向強度,目前纏繞成型工藝已有了不同方式的改進。常用的方法是在纏繞前在芯模表面包覆一層或多層纖維網(wǎng)格布或纖維氈作為內(nèi)襯層,在進行纖維的纏繞成型,這種方法通過內(nèi)襯層提供了一定的軸向強度,但效果并不顯著。其余方法主要可分為兩類。一類是在芯模端頭設(shè)計掛紗裝置,以防止在小角度纏繞時紗線滑脫,但這類方法需要使用特制的芯模,脫模時還需拆除掛紗裝置,且掛紗裝置占據(jù)了一定纏繞面積;另一類是一定寬度的單向布或網(wǎng)格布帶經(jīng)浸膠后以環(huán)向纏繞的方式在芯模表面纏繞,提供一定的軸向強度。通過這類方法制得的復(fù)合材料管能保證一定的軸向強度,但由于增強纖維沿軸線方向不連續(xù),所以抗彎剛度并不高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其生產(chǎn)的復(fù)合材料管具有纖維纏繞層和預(yù)浸料卷繞層,并且纖維可以沿任意角度排列,能夠加強了復(fù)合材料管的抗彎剛度和軸向強度,克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
本發(fā)明的一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其包括芯模,芯模穿設(shè)有芯軸;床頭箱,床頭箱上設(shè)有帶有卡盤的驅(qū)動軸,驅(qū)動軸通過卡盤夾持芯軸,驅(qū)動芯模轉(zhuǎn)動;纖維纏繞機構(gòu),包括輔助設(shè)備、導(dǎo)絲頭、小車和床身,所述導(dǎo)絲頭固定在所述小車上,所述小車安裝在所述床身上并能沿所述芯模軸向往復(fù)運動,所述床身與所述床頭箱的距離可調(diào),纖維經(jīng)所述輔助設(shè)備后通過導(dǎo)絲頭纏繞于所述芯模的待加工面上;預(yù)浸料卷繞機構(gòu),包括傳動機構(gòu)、預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)、預(yù)熱機構(gòu)和離型紙收卷裝置,所述傳動機構(gòu)安裝在所述預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)上并位于所述芯模的下方,置于所述傳動機構(gòu)上的預(yù)浸料隨傳動機構(gòu)運動,所述預(yù)熱機構(gòu)置于所述傳動機構(gòu)的下方加熱所述預(yù)浸料;在將所述預(yù)浸料卷繞到所述待加工面上時,所述預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)將傳動機構(gòu)調(diào)高至與所述待加工面的下表面貼合;所述離型紙收卷裝置包括上離型紙收卷裝置和下離型紙收卷裝置,所述上離型紙收卷裝置設(shè)在所述傳動機構(gòu)的上方,所述下離型紙收卷裝置設(shè)在所述芯模的上方并與芯模平行設(shè)置。本發(fā)明采用纖維纏繞機構(gòu)和預(yù)浸料卷繞機構(gòu)相互配合,可生產(chǎn)出具有纖維纏繞層和預(yù)浸料卷繞層的復(fù)合材料管,可完成包括軸向纖維的任意角度纖維的鋪層,其所制備的復(fù)合材料管具有更高的軸向強度和抗彎剛度。本發(fā)明所述預(yù)熱機構(gòu)的預(yù)熱方式為熱輥加熱、傳送帶加熱、紅外燈輻照、熱風(fēng)預(yù)熱或電熱板預(yù)熱。本發(fā)明所述連續(xù)化成型裝置還包括控制機構(gòu),所述傳動機構(gòu)上設(shè)有速度調(diào)節(jié)機構(gòu),所述床頭箱上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器,所述轉(zhuǎn)速傳感器將所述芯模的轉(zhuǎn)速傳給所述控制機構(gòu),所述控制機構(gòu)通過所述速度調(diào)節(jié)機構(gòu)控制所述傳動機構(gòu)的速度。采用控制機構(gòu),使傳動機構(gòu)的速度與芯模的轉(zhuǎn)速匹配便于將預(yù)浸料卷繞到芯模上,便于生產(chǎn)制造,節(jié)省生產(chǎn)時間。本發(fā)明所述傳動機構(gòu)位于所述芯模正下方的一端設(shè)有兩組傳動輥,所述預(yù)浸料卷繞機構(gòu)還包括前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu),位于最前端的傳動輥在所述前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的驅(qū)動下上下運動。本發(fā)明所述下離型紙收卷裝置為一轉(zhuǎn)動軸,所述轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)方向與所述芯模的轉(zhuǎn)動方向相反,便于將預(yù)浸料底面的下離型紙去除。本發(fā)明所述輔助設(shè)備包括浸膠裝置、張力控制裝置和紗架。通過以上技術(shù)方案,本發(fā)明的一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,可生產(chǎn)出具有纖維纏繞層和預(yù)浸料卷繞層的復(fù)合材料管,可完成包括軸向纖維的任意角度纖維的鋪層,其所制備的復(fù)合材料管具有更高的軸向強度和抗彎剛度。


圖I本發(fā)明一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置的纖維纏繞側(cè)視圖。圖2本發(fā)明一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置的纖維纏繞正視圖。圖3本發(fā)明一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置的預(yù)浸料卷繞側(cè)視圖。圖4本發(fā)明一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置的預(yù)浸料卷繞正視圖。圖中,1,預(yù)浸料;2,芯模;3,纖維;4,傳動機構(gòu);5,上離型紙;6,預(yù)熱機構(gòu);
7,芯軸;8,下離型紙;9,下離型紙收卷裝置;10,導(dǎo)絲頭;11,床頭箱;12,預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu);13,床身;14,輔助設(shè)備;15,前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu);16,待加工面;17,小車;18,傳動軸;19,卡盤。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步詳細說明。如圖I及圖3所示,本發(fā)明的一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其包括芯模2,芯模2穿設(shè)有芯軸7 ;床頭箱11,床頭箱11上設(shè)有帶有卡盤19的驅(qū)動軸18,驅(qū)動軸18通過卡盤19夾持芯軸7,驅(qū)動芯模2轉(zhuǎn)動,床頭箱11能調(diào)節(jié)芯模2的旋轉(zhuǎn)速度;纖維纏繞機構(gòu),其包括輔助設(shè)備14、導(dǎo)絲頭10、小車17和床身13,導(dǎo)絲頭10固定在小車17上,小車17安裝在床身13上并能沿芯模2軸向往復(fù)運動,纖維經(jīng)輔助設(shè)備14后通過導(dǎo)絲頭10纏繞在芯模的待加工面16上,導(dǎo)絲頭10引導(dǎo)纖維環(huán)向或螺旋纏繞在待加工面16上,通過控制小車17的運動速度和芯模的旋轉(zhuǎn)速度保證纖維既不重疊又不離縫,均勻連續(xù)布滿待加工面;預(yù)浸料卷繞機構(gòu),包括傳動機構(gòu)4、預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)12、預(yù)熱機構(gòu)6和離型紙收卷裝置,傳動機構(gòu)4安裝在預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)12上并位于芯模2的下方,置于傳動機構(gòu)4上的預(yù)浸料I并隨傳動機構(gòu)4運動,預(yù)熱機構(gòu)6置于傳動機構(gòu)的下方對預(yù)浸料I進行加熱。在將預(yù)浸料I卷繞到待加工面16上時,預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)12將預(yù)浸料I調(diào)高至與待加工面16的下表面貼合;離型紙收卷裝置包括上離型紙收卷裝置和下離型紙收卷裝置9,上離型紙收卷裝置設(shè)在傳動機構(gòu)的上方,將放置在傳動機構(gòu)上的預(yù)浸料的上離型紙5剝?nèi)?,下離型紙收卷裝置9設(shè)在芯模2的上方并與芯模2平行設(shè)置,在將預(yù)浸料纏繞到芯模上時將其下表面的下離型紙8剝?nèi)?。本發(fā)明采用纖維纏繞機構(gòu)和預(yù)浸料卷繞機構(gòu)相互配合,可生產(chǎn)出具有纖維纏繞層和預(yù)浸料卷繞層的復(fù)合材料管,可完成包括軸向纖維的任意角度纖維的鋪層,其所制備的復(fù)合材料管具有更高的軸向強度和抗彎剛度。上述預(yù)熱機構(gòu)6的預(yù)熱方式為熱輥加熱、傳送帶加熱、紅外燈輻照、熱風(fēng)預(yù)熱或電熱板預(yù)熱,也可為其他預(yù)熱方式,只要能將預(yù)浸料預(yù)熱軟化便于粘貼即可。本發(fā)明的連續(xù)化成型裝置還包括控制機構(gòu),傳動機構(gòu)4上設(shè)有速度調(diào)節(jié)機構(gòu),床頭箱11上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器,轉(zhuǎn)速傳感器將芯模2的轉(zhuǎn)速傳給控制機構(gòu),控制機構(gòu)通過速度調(diào)節(jié)機構(gòu)控制傳動機構(gòu)的速度。采用控制機構(gòu),使傳動機構(gòu)的速度與芯模2的轉(zhuǎn)速匹配便于將預(yù)浸料卷I卷繞到芯模2上,便于生產(chǎn)制造,節(jié)省生產(chǎn)時間。如圖3所示,上述傳動機構(gòu)4位于芯模2正下方的一端設(shè)有兩組傳動輥,上述預(yù)浸料卷繞機構(gòu)還包括前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu)15,位于最前端的傳動輥在前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu)15的驅(qū)動下上下運動,當(dāng)需要將預(yù)浸料卷繞到芯模上時,調(diào)節(jié)前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu)15使最前端的傳動輥上升,并使預(yù)浸料與待加工面16的下表面相切并貼合,便于預(yù)浸料I卷繞到芯模2上。如圖4所示,下離型紙收卷裝置9為一轉(zhuǎn)動軸,轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)方向與芯模2的轉(zhuǎn)動方向相反,便于將預(yù)浸料I底面的下離型紙8去除。如圖2所示,上述芯軸7的兩端外露在芯模2的外面,當(dāng)纖維3的纏繞達到所需厚度,需要進行預(yù)浸料卷繞時,可使纖維3繼續(xù)在芯模一端的芯軸7上繼續(xù)纏繞,保證預(yù)浸料卷繞工序不會中斷纖維纏繞 的進行。本發(fā)明的一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,可以鋪設(shè)零度至九十度任意角度的纖維鋪層,現(xiàn)以鋪設(shè)零度和九十度正交鋪層組合為例,其具體生產(chǎn)纖維增強復(fù)合材料管的工序如下按照復(fù)合材料管即芯模2的長度和零度鋪層厚度裁剪適當(dāng)尺寸的預(yù)浸料,將裁剪好的預(yù)浸料I置于傳動機構(gòu)4上并揭去上離型紙5,用預(yù)熱機構(gòu)6進行預(yù)熱軟化。如圖I所示,芯模2的九十度環(huán)向纏繞層可通過纖維纏繞機構(gòu)按常規(guī)環(huán)向纏繞技術(shù)進行纏繞。如圖2所示,當(dāng)纖維3環(huán)向纏繞達到所需厚度時,可使纖維3繼續(xù)在芯模一端的芯軸7上繼續(xù)纏繞。啟動傳動機構(gòu)4將已預(yù)熱的預(yù)浸料I送至芯模2下方,啟動預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)使傳動機構(gòu)升高,使預(yù)浸料與待加工面接觸并貼合,以一定的速度在待加工面2表面進行卷繞至少一周,直至所需的厚度。由于零度纖維預(yù)浸料I橫向強度低,預(yù)浸料I的傳送速度必須與芯模2轉(zhuǎn)動速度匹配,使預(yù)浸料上下表面具有相同的線速度,避免橫向張力的產(chǎn)生,因此需要上述控制機構(gòu),轉(zhuǎn)速傳感器將芯模2的轉(zhuǎn)速傳給控制機構(gòu),控制機構(gòu)通過速度調(diào)節(jié)機構(gòu)控制傳動機構(gòu)的速度,使其匹配。在預(yù)浸料I的卷繞過程中, 通過下離型紙收卷裝置9同步揭去預(yù)浸料下離型紙8。零度纖維預(yù)浸料I卷繞完成后,啟動預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)12將傳動機構(gòu)下降,使傳動機構(gòu)4與待加工面2分離,小車17以特定速度沿芯模軸線方向移動,使芯模一端芯軸處的纖維3可繼續(xù)對芯模2經(jīng)行九十度環(huán)向纏繞,直至所需的厚度,形成九十度纏繞層,對里層的零度纖維進行環(huán)向增強。本發(fā)明的一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,可以通過調(diào)整預(yù)浸料卷繞和纖維纏繞的順序,使纖維增強復(fù)合材料管的鋪層結(jié)構(gòu)滿足不同的設(shè)計要求。在使用本發(fā)明連續(xù)化成型裝置生產(chǎn)復(fù)合材料管的過程中,預(yù)浸料卷繞工序不會中斷纖維纏繞的進行,可適應(yīng)連續(xù)化生產(chǎn)要求。
權(quán)利要求
1.一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其特征是包括 芯模, 芯模穿設(shè)有芯軸; 床頭箱, 床頭箱上設(shè)有帶有卡盤的驅(qū)動軸,驅(qū)動軸通過卡盤夾持芯軸,驅(qū)動芯模轉(zhuǎn)動; 纖維纏繞機構(gòu), 其包括輔助設(shè)備、導(dǎo)絲頭、小車和床身,所述導(dǎo)絲頭固定在所述小車上,所述小車安裝在所述床身上并能沿所述芯模軸向往復(fù)運動,所述床身與所述床頭箱的距離可調(diào),纖維經(jīng)所述輔助設(shè)備后通過導(dǎo)絲頭纏繞于所述芯模的待加工面上; 預(yù)浸料卷繞機構(gòu), 包括傳動機構(gòu)、預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)、預(yù)熱機構(gòu)和離型紙收卷裝置,所述傳動機構(gòu)安裝在所述預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)上并位于所述芯模的下方,置于所述傳動機構(gòu)上的預(yù)浸料隨傳動機構(gòu)運動,所述預(yù)熱機構(gòu)置于所述傳動機構(gòu)的下方加熱所述預(yù)浸料;在將所述預(yù)浸料卷繞到所述待加工面上時,所述預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)將預(yù)浸料調(diào)高至與所述待加工面的下表面貼合;所述離型紙收卷裝置包括上離型紙收卷裝置和下離型紙收卷裝置,所述上離型紙收卷裝置設(shè)在所述傳動機構(gòu)的上方,所述下離型紙收卷裝置設(shè)在所述芯模的上方并與芯模平行設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其特征在于,所述預(yù)熱機構(gòu)的預(yù)熱方式為熱輥加熱、傳送帶加熱、紅外燈輻照、熱風(fēng)預(yù)熱或電熱板預(yù)熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其特征在于,所述連續(xù)化成型裝置還包括控制機構(gòu),所述傳動機構(gòu)上設(shè)有速度調(diào)節(jié)機構(gòu),所述床頭箱設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器,所述轉(zhuǎn)速傳感器將所述芯模的轉(zhuǎn)速傳給所述控制機構(gòu),所述控制機構(gòu)通過所述速度調(diào)節(jié)機構(gòu)控制所述傳動機構(gòu)的速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其特征在于,所述傳動機構(gòu)位于所述芯模正下方的一端設(shè)有兩組傳動輥,所述預(yù)浸料卷繞機構(gòu)還包括前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu),位于最前端的傳動輥在所述前輥高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的驅(qū)動下上下運動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其特征在于,所述下離型紙收卷裝置為一轉(zhuǎn)動軸,所述轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)方向與所述芯模的轉(zhuǎn)動方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其特征在于,所述輔助設(shè)備包括浸膠裝置、張力控制裝置和紗架。
全文摘要
本發(fā)明公開一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化成型裝置,其包括芯模,芯模穿設(shè)有芯軸;床頭箱,床頭箱上設(shè)有帶有卡盤的驅(qū)動軸,驅(qū)動軸通過卡盤夾持芯軸,驅(qū)動芯模轉(zhuǎn)動;纖維纏繞機構(gòu)包括導(dǎo)絲頭、小車、床身及輔助設(shè)備,固定有導(dǎo)絲頭的小車安裝在床身上并能沿所述芯模軸向往復(fù)運動;床身與床頭箱的距離可調(diào);預(yù)浸料卷繞機構(gòu)包括傳動機構(gòu)、預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)、預(yù)熱機構(gòu)和離型紙收卷裝置,傳動機構(gòu)安裝在預(yù)浸料高度調(diào)節(jié)機構(gòu)上并位于芯模的下方,預(yù)浸料置于傳動機構(gòu)上并隨傳動機構(gòu)運動,同時通過預(yù)熱機構(gòu)對預(yù)浸料進行加熱。本發(fā)明可生產(chǎn)出具有纖維纏繞層和預(yù)浸料卷繞層的復(fù)合材料管,并可完成任意角度纖維鋪層的成型。
文檔編號B29C53/80GK102632609SQ20121012287
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者施云舟, 朱曉萌, 潘任行, 王華平, 王彪 申請人:東華大學(xué)
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