一種用于碳纖維涂覆處理的液霧電室及其涂覆系統的制作方法

本發明涉及一種用于碳纖維涂覆處理領域。

背景技術：

近年來圍繞熱塑性樹脂預浸料的制備開展了一系列預浸設備和工藝方法的研究，包括熔融浸漬、溶液浸漬、纖維浸漬、粉末浸漬、懸浮浸漬、靜電浸漬等，它們都在不同程度上存在著缺乏合適的溶劑，樹脂受熱時間長，除去水份和乳化劑較困難，浸潰層表面不均勻平整等不足。荷蘭專利IIM861464公開的流化床浸漬工藝采用的是汾末浸潰，它是利用樹脂粉末在預浸纖維上的沉積和附著而獲得預浸料的。但是，它同樣存在著樹脂粉末附著不均，預浸料樹脂含量精度受到限制的不足。

技術實現要素：

本發明的目的是，提供一種利用液霧電靜電粉末浸潰，使得預浸料外觀均勻平整，無富樹脂區和貧樹脂區，纖維互相平行，樹脂含量穩定的預浸處理設備及工藝方法，解決一直以來熱塑性樹脂預浸料制造困難、成本高、預浸料幅寬無法滿足使用要求的問題。

本發明的技術解決方案是，在碳纖維布料進入到涂覆室之前，經過一個液霧電處理，使得碳纖維材料經過靜電處理，提高了同等面積下的電荷量，且使得碳纖維布料的電荷極性與涂覆粉末的極性相反，以達預浸料樹脂含量提高及幅寬增加、樹脂預浸過程中穩固與被浸載體粘接牢固、靜電壓參數、滿足使用需求。

提供一種基于液霧處理的碳纖維涂覆系統，所述的碳纖維涂覆系統包括開卷裝置1、多個導向輥2、液霧輸送裝置4、輸氣泵5、控制系統6、液霧電室7、靜電涂覆室8、熔融爐9、靜電發生器10、收卷裝置11、速度調節裝置12和牽引裝置14；所述的開卷裝置1開卷后的碳纖維布料由導向輥2導入液霧電室7，經過液霧電室7后的碳纖維布料進入靜電涂覆室8，經過靜電涂覆室8的碳纖維布料進入熔融爐9，之后碳纖維布料由導向輥2導入線速度調節裝置12，經過線速度調節裝置12調速后的碳纖維布料由牽引裝置14導入到收卷裝置11進行收卷；

所述的液霧電室7為箱體結構，所述的箱體結構的上、下面均開有縫隙，所述的碳纖維布料能從下面的縫隙進入箱體結構中，并且從上面的縫隙導出；在所述的箱體結構中設置有兩塊放電板，兩塊放電板相對于箱體內的碳纖維布料對稱設置；

所述的放電板包括絕緣基板和放電單元，所述的放電單元為多個，所述的放電單元為放電頭或放電針，所述放電頭或放電針與靜電發生器相適配，多個放電單元均勻設置在絕緣基板上，且在絕緣基板的側邊上設置有靜電發生器接口，所有的放電單元均連接到靜電發生器接口；在所述的絕緣基板上還開有多個通孔；

所述的液霧電室7箱體結構的下面還開有進氣口和液霧口，所述的液霧輸送裝置4通過管路將液霧從所述液霧口通入液霧電室7；所述的輸氣泵5通過管路將氣體從進氣口通入液霧電室7；所述的氣體和液霧通過絕緣基板上的通孔吹到所述的碳纖維布料上；

其中，所述的液霧電室7中的靜電電荷與粉末涂覆室8中的靜電電荷極性相反。

進一步的，所述的多個放電單元設置在絕緣基板的一面上或貫穿絕緣基板兩面。

進一步的，所述的還包括展平輥組3，所述的展平輥組用于碳纖維布料進入液霧電室7之前的展平處理。

進一步的，在所述的線速度調節裝置12與牽引裝置14之間設置有樹脂量檢測裝置13。

進一步的，所述的速度調節裝置12用于調節碳纖維布料的傳送速度。

進一步的，牽引裝置14為對置的輥筒。

進一步的，所述的樹脂量檢測裝置13為X射線儀。

同時本發明提供了一種用于碳纖維涂覆處理的液霧電室，其特征在于：所述的液霧電室7為箱體結構，所述的箱體結構的上、下面均開有縫隙，上面的縫隙為碳纖維布料入口，上面的縫隙為碳纖維布料出口；在所述的箱體結構中設置有兩塊放電板，兩塊放電板相對于箱體內的碳纖維布料對稱設置；

所述的放電板包括絕緣基板和放電單元，所述的放電單元為多個，所述的放電單元為放電頭或放電針，所述放電頭或放電針與靜電發生器相適配，多個放電單元均勻設置在絕緣基板上，且在絕緣基板的側邊上設置有靜電發生器接口，所有的放電單元均連接到靜電發生器接口；在所述的絕緣基板上還開有多個通孔；

所述的液霧電室7箱體結構的下面還開有進氣口和液霧口，所述的進氣口用于通入氣體，所述的液霧口用于輸入液霧。

進一步的，所述的放電板的靜電電荷可以為正極，也可以為負極。

涂覆室對預浸織物采用液霧電及靜電粉末雙面涂覆，室內設有電極板、壓縮空氣進口、靜電室、涂覆室的工作電壓為0-120千伏。收卷裝置利用交流力矩電機的軟特性保證收卷過程中張力和線速度基本恒定，收卷裝置中含有光電糾偏裝置，用以調節卷取輥筒的位移。樹脂含量測試設備有一臺x射線儀，利用固定劑量的x射線源透過不同樹脂含量的預浸料被吸收的多寡，并在控制系統的屏幕上顯示出信號的相應變化，當樹脂含量超出預定范圍時，通過控制系統發出控制信號，控制液霧輸送裝置4、輸氣泵5和靜電發生器10，以及來改變樹脂含量。當然控制樹脂的含量還要調節速度、收卷質量、開卷張力、熔融爐溫度運行糾偏、液霧電及霧化壓力等工藝參數。

本發明的優點是：釆用液霧電高壓靜電場使樹脂粉末帶電和雙面涂覆X射線儀與計算機形成的閉環自動控制系統使得預浸料的樹脂含量均勻、波動范圍小、表面平整，復合材料性能轉化率高，無溶劑回收問題，適用于布寬小于1000mm、厚度0.06mm-0.45mm、長度連續的纖維織物，樹脂含量在10％-65％可控，精度為±3％，粉末粒度為5μ-200μ。

附圖說明

圖1本發明的液霧電靜電預浸處理設備及工藝方法流程示意圖；

圖2為本發明的液霧電室結構示意圖；

圖3為本發明的放電板正視圖；

其中：1-開卷裝置、2-多個導向輥、3-展平輥組、4-液霧輸送裝置、5-輸氣泵、6-控制系統、7-液霧電室、8-靜電涂覆室、9-熔融爐、10-靜電發生器、11-收卷裝置、12-速度調節裝置、13-樹脂量檢測裝置、14-牽引裝置、15-放電板、16-進氣口、17-液霧口。

具體實施方式

參見附圖1-2，具體提供一種基于液霧處理的碳纖維涂覆系統，所述的碳纖維涂覆系統包括開卷裝置1、多個導向輥2、液霧輸送裝置4、輸氣泵5、控制系統6、液霧電室7、靜電涂覆室8、熔融爐9、靜電發生器10、收卷裝置11、速度調節裝置12和牽引裝置14；所述的開卷裝置1開卷后的碳纖維布料由導向輥2導入液霧電室7，經過液霧電室7后的碳纖維布料進入靜電涂覆室8，經過靜電涂覆室8的碳纖維布料進入熔融爐9，之后碳纖維布料由導向輥2導入線速度調節裝置12，經過線速度調節裝置12調速后的碳纖維布料由牽引裝置14導入到收卷裝置11進行收卷；

所述的液霧電室7為箱體結構，所述的箱體結構的上、下面均開有縫隙，所述的碳纖維布料能從下面的縫隙進入箱體結構中，并且從上面的縫隙導出；在所述的箱體結構中設置有兩塊放電板，兩塊放電板相對于箱體內的碳纖維布料對稱設置；

所述的放電板15包括絕緣基板和放電單元，所述的放電單元為多個，所述的放電單元為放電頭或放電針，所述放電頭或放電針與靜電發生器相適配，多個放電單元均勻設置在絕緣基板上，且在絕緣基板的側邊上設置有靜電發生器接口，所有的放電單元均連接到靜電發生器接口；在所述的絕緣基板上還開有多個通孔；

所述的液霧電室7箱體結構的下面還開有進氣口16和液霧口17，所述的液霧輸送裝置4通過管路將液霧從所述液霧口通入液霧電室7；所述的輸氣泵5通過管路將氣體從進氣口通入液霧電室7；所述的氣體和液霧通過絕緣基板上的通孔吹到所述的碳纖維布料上；

其中，所述的液霧電室7中的靜電電荷與粉末涂覆室8中的靜電電荷極性相反。

進一步的，所述的多個放電單元設置在絕緣基板的一面上或貫穿絕緣基板兩面。

進一步的，所述的還包括展平輥組3，所述的展平輥組用于碳纖維布料進入液霧電室7之前的展平處理。

進一步的，在所述的線速度調節裝置12與牽引裝置14之間設置有樹脂量檢測裝置13。

進一步的，所述的速度調節裝置12用于調節碳纖維布料的傳送速度。

進一步的，牽引裝置14為對置的輥筒。

進一步的，所述的樹脂量檢測裝置13為X射線儀。

工作時，將纖維織布卷裝到開卷裝置1上，開機后，預浸織物沿導向輥2及展平輥組3先進入液霧電室7，再進入靜電涂覆室8(涂覆室8為常規的碳纖維粉末涂覆室，例如包括壓縮空氣進口及電極板、粉末料室以及流化床)；所述的液霧電室7中的靜電電荷與粉末涂覆室8中的靜電電荷極性相反；控制系統6(例如工業控制計算機)控制液霧輸送裝置4和輸氣泵5的工作，另外，靜電發生器10的工作也可以由控制系統6控制，當然靜電發生器優選的是獨立控制，即由操作人員手動控制。由于本發明液霧電的增加，預浸過程中沒有粉末溢出和撒，徹底改變了前發明預浸過程中樹脂滿屋飛的現象，同時節約了很多樹脂，施加的靜電電壓工作在0—120千伏的范圍。隨著靜電電壓的增大，有利于樹脂粉末帶電，從而提高預浸織物的樹脂含量，以適應不同材料和樹脂含量預浸織物的要求。

在涂覆室8內涂覆上粉末后，預浸織物進入熔融爐9，熔融爐9的溫度可在0—600℃之間調節，以滿足不同熔點的熱固性樹脂和熱塑性樹脂的要求。在樹脂充分熔化、粘度適于浸漬要求的前提下預浸織物通過爐子的時間盡可能短，以減少樹脂分解的可能，可以通過調節線速度和改變爐子長度來滿足。浸漬完成的織物經導向輥2、線速度調節裝置12、牽引輥14和收卷裝置11收卷。在線速度調節裝置12和牽引輥14之間設置有樹脂量檢測裝置13(特別是樹脂量檢測裝置采用X射線儀)，采用X射線儀改變了過去采用鈷60的安全性和被測面積小的弱點，利用固定劑量的X射線源透過不同樹脂含量的預浸料被吸收的多少，并在微計算機屏幕上顯示出信號的相對變化。隨著樹脂含量的變化，反饋信號是電流的變化，是指含量過高，通過X射線儀反應的電流減少，執行機構開始工作，使液霧電、霧化氣壓降低，隨之使實用樹脂含量減小，反之亦然。確保了1000mm幅寬的預浸料樹脂含量有效控制。

控制系統6(例如工業控制計算機)控制液霧輸送裝置4和輸氣泵5的工作，另外，靜電發生器10的工作也可以由控制系統6控制，當然靜電發生器優選的是獨立控制，即由操作人員手動控制，在整個浸漬過程中獲得X射線儀的測試數據后，便給出指令對液霧電室7、靜電涂覆室8中的樹脂含量實行自動控制，適時對線速度、收卷裝置中的光電糾偏裝置、開卷張力、熔融溫度及霧化壓力等工藝參數進行控制。由于液霧電室7的作用，涂覆室8中的樹脂粉末無撒落，不存在回收在利用。

空氣在進入液霧電室7和涂覆室8之前，經壓縮空氣源嚴格凈化，以除去油污和水份。空氣壓力必須穩定，以保持樹脂粉末均勻呈流化狀態。

另外，涂覆室8為常規的碳纖維粉末涂覆室，例如包括壓縮空氣進口及電極板、粉末料室以及流化床)；控制系統6(例如工業控制計算機)控制液霧輸送裝置4和輸氣泵5的工作，另外，靜電發生器10的工作也可以由控制系統6控制，當然靜電發生器優選的是獨立控制，即由操作人員手動控制。由于本發明液霧電的增加，預浸過程中沒有粉末溢出和撒，徹底改變了前發明預浸過程中樹脂滿屋飛的現象，同時節約了很多樹脂，施加的靜電電壓工作在0—120千伏的范圍。隨著靜電電壓的增大，有利于樹脂粉末帶電，從而提高預浸織物的樹脂含量，以適應不同材料和樹脂含量預浸織物的要求。

在涂覆室8內涂覆上粉末后，預浸織物進入熔融爐9，熔融爐9的溫度可在0—600℃之間調節，以滿足不同熔點的熱固性樹脂和熱塑性樹脂的要求。在樹脂充分熔化、粘度適于浸漬要求的前提下預浸織物通過爐子的時間盡可能短，以減少樹脂分解的可能，可以通過調節線速度和改變爐子長度來滿足。浸漬完成的織物經導向輥2、線速度調節裝置12、牽引輥14和收卷裝置11收卷。在速度調節裝置12和牽引輥14之間設置有樹脂量檢測裝置13(特別是樹脂量檢測裝置采用X射線儀)，采用X射線儀改變了過去采用鈷60的安全性和被測面積小的弱點，利用固定劑量的X射線源透過不同樹脂含量的預浸料被吸收的多少，并在微計算機屏幕上顯示出信號的相對變化。隨著樹脂含量的變化，反饋信號是電流的變化，是指含量過高，通過X射線儀反應的電流減少，執行機構開始工作，使液霧電、霧化氣壓降低，隨之使實用樹脂含量減小，反之亦然。確保了1000mm幅寬的預浸料樹脂含量有效控制。