本發(fā)明涉及預(yù)浸料復(fù)合鋪層,更具體地說(shuō),是涉及一種全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層工藝及設(shè)備。
背景技術(shù):
1、預(yù)浸料是用樹(shù)脂基體在嚴(yán)格控制的條件下浸漬連續(xù)纖維或織物,制成樹(shù)脂基體與增強(qiáng)體的組合物,是制造復(fù)合材料的中間材料。按物理狀態(tài)分類(lèi),預(yù)浸料分成單向預(yù)浸料、單向織物預(yù)浸料、織物預(yù)浸料、無(wú)紡布預(yù)浸料等等;按樹(shù)脂基體不同,預(yù)浸料分成熱固性樹(shù)脂預(yù)浸料和熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸料;按增強(qiáng)材料不同,分成碳纖維(織物)預(yù)浸料、玻璃纖維(織物)預(yù)浸料、芳綸(織物)預(yù)浸料、超高分子量聚乙烯纖維預(yù)浸料;根據(jù)纖維長(zhǎng)度不同,分成短纖維預(yù)浸料、長(zhǎng)纖維預(yù)浸料和連續(xù)纖維預(yù)浸料。
2、樹(shù)脂基復(fù)合材料是由以有機(jī)聚合物為基體的纖維增強(qiáng)材料,通常使用玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或者芳綸等纖維增強(qiáng)體。樹(shù)脂基復(fù)合材料在航空、汽車(chē)、海洋工業(yè)、軍工產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料常用的樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等等。常用的有:熱固性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂,以及各種各樣改性或共混基體。熱塑性樹(shù)脂可以溶解在溶劑中,也可以在加熱時(shí)軟化和熔融變成粘性液體,冷卻后又變硬。熱固性樹(shù)脂只能一次加熱和成型,在加工過(guò)程中發(fā)生固化,形成不熔和不溶解的網(wǎng)狀交聯(lián)型高分子化合物,因此不能再生。
3、防彈無(wú)緯布是采用超高強(qiáng)·高模聚乙烯纖維為基材,經(jīng)先進(jìn)高科技設(shè)備均勻鋪絲,用高強(qiáng)彈性體樹(shù)脂浸漬涂膠和薄膜粘合,再經(jīng)0°/90°/﹢45°/-45°或其他角度,雙正交或者斜鋪復(fù)合層壓而成的強(qiáng)度最高、比重最輕的防彈材料。高性能纖維“ud”無(wú)緯布,該產(chǎn)品具有手感柔軟、密度小、耐磨蝕、抗沖擊、抗切割韌性強(qiáng)等優(yōu)異性能。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軟質(zhì)防彈衣、輕質(zhì)防彈頭盔、輕質(zhì)防彈裝甲板材,防刺、防切割服裝襯片和特殊公共防暴設(shè)施,是當(dāng)今世界強(qiáng)度最高、比重最輕的防彈材料。
4、碳纖維預(yù)浸布是在經(jīng)過(guò)高壓高溫技術(shù)將環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合在碳纖維上。由碳纖維紗、環(huán)氧樹(shù)脂、離型紙等材料,經(jīng)過(guò)涂膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工而成的復(fù)合材料稱(chēng)為碳纖維預(yù)浸料,又名碳纖維預(yù)浸布。之所以叫預(yù)浸布是因?yàn)檫@只是樹(shù)脂與碳纖維的初步含浸,在產(chǎn)品成型時(shí)才是最終含浸的緣故。預(yù)浸料是制造復(fù)合材料及其制件的中間材料,構(gòu)成了復(fù)合材料的基本單元,其質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)定性,是保證復(fù)合材料及其制件質(zhì)量和可靠性的重要環(huán)節(jié)。樹(shù)脂基復(fù)合材料(rmc)的高比強(qiáng)度和比剛度,可設(shè)計(jì)性能好,能有效減輕航天器的結(jié)構(gòu)質(zhì)量,是當(dāng)今宇航材料的發(fā)展重點(diǎn),正逐漸取代傳統(tǒng)的金屬材料。然而,隨著宇航技術(shù)的新發(fā)展,環(huán)氧樹(shù)脂(ep)由于其介電性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性和耐濕性不佳而使用率逐漸減小。而聚酰亞胺(pi)、雙馬來(lái)酰亞胺(bmi)和聚醚醚酮(peek)等新材料,雖然耐熱性、介電性能有了很大提高,但卻又存在著溶解性差、成型溫度高等工藝上的缺陷,有待進(jìn)一步改進(jìn)。近年來(lái),氰酸酯樹(shù)脂(ce)因其性能綜合了bmi等的耐高溫和ep的良好工藝性,且介電性能極佳,具有極廣泛的應(yīng)用前景,成為繼pi和bmi之后的又一高性能宇航復(fù)合材料基體樹(shù)脂。近年來(lái),衛(wèi)星、飛船等空間飛行器上碳纖維復(fù)合材料的使用量逐年增加,尤其是碳纖維預(yù)浸料復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星的中心承力筒、基板、連接架等主體結(jié)構(gòu)中,滿(mǎn)足了航天器的多項(xiàng)功能性需求。
5、專(zhuān)利cn202120730758.6公開(kāi)了一種大幅寬預(yù)浸帶鋪放設(shè)備,但該設(shè)備不能連續(xù)鋪貼多軸向預(yù)浸料,生產(chǎn)效率很低,只能按設(shè)計(jì)尺寸鋪貼特定的預(yù)浸料。而專(zhuān)利cn201711353078.1公開(kāi)了碳纖維預(yù)浸料的制造工藝流程,可一步法生產(chǎn)含多軸向碳纖維的預(yù)浸料,但是該專(zhuān)利使用原材料為碳纖維而非碳纖維預(yù)浸料,碳纖維經(jīng)過(guò)浸漬樹(shù)脂烘干后再進(jìn)行鋪貼,生產(chǎn)效率很低,并且該專(zhuān)利只能生產(chǎn)特定方向的多軸向預(yù)浸料。
6、綜上,現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層工藝及設(shè)備,而傳統(tǒng)預(yù)浸料復(fù)合鋪層技術(shù)存在(1)生產(chǎn)效率低,不能連續(xù)生產(chǎn);(2)不能實(shí)現(xiàn)0~180°任意方向連續(xù)鋪貼;(3)只能對(duì)單一預(yù)浸料進(jìn)行多層鋪貼等諸多缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層工藝及設(shè)備,能夠顯著提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn);同時(shí)能實(shí)現(xiàn)0~180°任意方向連續(xù)鋪貼,也不限于對(duì)單一預(yù)浸料進(jìn)行多層鋪貼。
2、本發(fā)明提供了一種全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層工藝,包括以下步驟:
3、a)將第一層預(yù)浸料經(jīng)第一導(dǎo)向輥沿經(jīng)向鋪放在鋪貼平臺(tái)上,使用第一緯向鋪層裝置和第一鋪層探頭,沿緯向鋪貼第二層預(yù)浸料,再通過(guò)壓實(shí)機(jī)構(gòu)使前兩層預(yù)浸料貼合,得到第一鋪貼層;
4、b)將第三層預(yù)浸料經(jīng)第二導(dǎo)向輥沿經(jīng)向貼合在第一鋪貼層上,使用第二緯向鋪層裝置和第二鋪層探頭,沿緯向鋪貼第四層預(yù)浸料,再通過(guò)熱軋機(jī)構(gòu)對(duì)四層預(yù)浸料進(jìn)行熱軋,最后經(jīng)第三導(dǎo)向輥收卷,得到多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層。
5、優(yōu)選的,所述第一層預(yù)浸料、第二層預(yù)浸料、第三層預(yù)浸料、第四層預(yù)浸料獨(dú)立的選自碳纖維預(yù)浸料、芳綸預(yù)浸料、玻璃纖維預(yù)浸料、超高分子量聚乙烯纖維預(yù)浸料或聚對(duì)苯撐苯并二噁唑纖維預(yù)浸料。
6、優(yōu)選的,步驟a)中第一層預(yù)浸料鋪放在鋪貼平臺(tái)后,調(diào)整第一導(dǎo)向輥與鋪貼平臺(tái)間隙為0.1mm~0.25mm。
7、優(yōu)選的,步驟a)中所述沿緯向鋪貼第二層預(yù)浸料的過(guò)程中,第一緯向鋪層裝置沿軌道左右移動(dòng),第一鋪層探頭鋪貼第二層預(yù)浸料沿桁架方向上下移動(dòng)。
8、優(yōu)選的,步驟a)中第二層預(yù)浸料鋪貼后,調(diào)整第一導(dǎo)向輥與鋪貼平臺(tái)間隙為0.2mm~0.5mm,排出層間空氣。
9、優(yōu)選的,步驟b)中第三層預(yù)浸料貼合在第一鋪貼層后,調(diào)整第二導(dǎo)向輥與鋪貼平臺(tái)間隙為0.3mm~0.75mm。
10、優(yōu)選的,步驟b)中所述沿緯向鋪貼第四層預(yù)浸料的過(guò)程中,第二緯向鋪層裝置沿軌道左右移動(dòng),第二鋪層探頭鋪貼第四層預(yù)浸料沿桁架方向上下移動(dòng)。
11、優(yōu)選的,步驟b)中所述熱軋的溫度為20℃~110℃,熱軋輥間隙為0.6mm~2.4mm。
12、優(yōu)選的,步驟b)中所述收卷的張力為10n~40n。
13、本發(fā)明還提供了一種全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層設(shè)備,包括:
14、底層經(jīng)向預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)、第一導(dǎo)向輥、鋪貼平臺(tái)、第一緯向鋪層裝置、第一鋪層探頭、壓實(shí)機(jī)構(gòu)、經(jīng)向預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)、第二導(dǎo)向輥、第二緯向鋪層裝置、第二鋪層探頭、熱軋機(jī)構(gòu)、第三導(dǎo)向輥、收卷機(jī)構(gòu);
15、所述第一導(dǎo)向輥、第一緯向鋪層裝置、第一鋪層探頭、壓實(shí)機(jī)構(gòu)、經(jīng)向預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)、第二導(dǎo)向輥、第二緯向鋪層裝置、第二鋪層探頭、熱軋機(jī)構(gòu)和第三導(dǎo)向輥,依次設(shè)置在所述鋪貼平臺(tái)上;
16、所述第一導(dǎo)向輥與底層經(jīng)向預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)相連;
17、所述第三導(dǎo)向輥與收卷機(jī)構(gòu)相連。
18、本發(fā)明提供了一種全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層工藝,包括以下步驟:a)將第一層預(yù)浸料經(jīng)第一導(dǎo)向輥沿經(jīng)向鋪放在鋪貼平臺(tái)上,使用第一緯向鋪層裝置和第一鋪層探頭,沿緯向鋪貼第二層預(yù)浸料,再通過(guò)壓實(shí)機(jī)構(gòu)使前兩層預(yù)浸料貼合,得到第一鋪貼層;b)將第三層預(yù)浸料經(jīng)第二導(dǎo)向輥沿經(jīng)向貼合在第一鋪貼層上,使用第二緯向鋪層裝置和第二鋪層探頭,沿緯向鋪貼第四層預(yù)浸料,再通過(guò)熱軋機(jī)構(gòu)對(duì)四層預(yù)浸料進(jìn)行熱軋,最后經(jīng)第三導(dǎo)向輥收卷,得到多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供的全自動(dòng)多軸向預(yù)浸料復(fù)合鋪層工藝采用特定工藝步驟,實(shí)現(xiàn)整體較好的相互作用,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)多軸向(除0°/90°正交鋪層外)連續(xù)斜鋪的生產(chǎn)的技術(shù)空白,大幅度提高了多軸向布的生產(chǎn)效率,解決了以往所不能解決,或者只能人工鋪貼的技術(shù)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了多軸向預(yù)浸布的高效率連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)。