專利名稱：防止膠槽固化的纖維纏繞裝置及方法
技術領域：
本發明屬于復合材料纖維纏繞成型技術領域，特別是涉及一種膠槽不固化的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置及方法。
背景技術：
纖維纏繞成型技術是實現復合材料自動化成型的重要手段之一，在復合材料制件中應用極其廣泛，有著相當重要的地位。現有的纖維纏繞工藝，不管是采用干法纏繞，半干法纏繞，還是濕法纏繞，都是預先將固化劑加入樹脂配成膠液，然后纖維束通過浸膠裝置，浸透膠液后再纏繞到芯模上或烘干(對干法纏繞)。這樣一來，對于常溫固化的樹脂系統，特別是不飽和聚酯樹脂系統或乙烯基樹脂系統，長時間工作，膠槽內樹脂會發生一定程度的固化，影響纏繞過程的進行，嚴重者膠槽內膠液爆聚，造成纏繞過程無法進行。即使整個纏繞過程中不固化，每班纏繞完畢，膠槽內剩余膠液也無法再繼續使用，造成浪費；而且膠槽底部產生一定厚度固化的樹脂，纖維束經過的膠輥、刮膠板、分紗梳、繞絲頭上都會粘附一層固化的樹脂，清理非常困難。常溫固化的樹脂系統，無法實現不停機連續纏繞。纏繞進行到一定時間，固化的樹脂將會使得纏繞無法繼續進行，必須停機進行清理。這會造成膠液的浪費和影響纏繞過程的正常進行。
發明內容
本發明的一個目的在于克服現有技術中的纖維纏繞裝置的膠液容易固化，造成裝置清理不便且材料浪費的問題，提供了一種將固化劑容器與膠槽分開設置的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置。本發明的另一個目的在于提供了一種使用上述防止膠槽固化的纖維纏繞裝置纏繞纖維的方法。解決上述技術問題所采用的技術方案是:防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，包括纏繞機，纏繞機通過聯接軸與芯模聯接，在膠槽的纖維束輸出方向上設置有能夠隨著纏繞機運轉而引導纖維束纏繞到芯模上的繞絲頭，在纏繞機上還設置有能夠采集芯模轉速和隨著纏繞機運行繞絲頭的直線運行速度的傳感器，在繞絲頭的纖維束輸出方向上設置有固化劑噴頭，固化劑噴頭的噴射方向正對繞絲頭輸出的纖維束，固化劑噴頭的進液口通過輸送管與固化劑容器相聯通，固化劑容器通過聯接閥與電子計量泵相聯通，電子計量泵通過信號線與控制單元相連，控制單元通過信號線與纏繞機上的傳感器相連。上述固化劑噴頭與繞絲頭之間的距離是I 20cm。上述固化劑噴頭是由底部加工有至少I行排孔的噴嘴與聯接在噴嘴入口端的聯接頭組成。上述噴嘴與聯接頭活動聯接。上述排孔分布的寬度與纖維束的寬度相同。
上述排孔的孔徑均為0.1 2mm。一種使用上述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置纏繞纖維的方法，由以下步驟實現:(I)將纖維束浸膠后從膠槽穿出，并穿過繞絲頭；(2)控制單元接收傳感器所采集到的芯模轉速的傳感信號與繞絲頭隨著纏繞機運行的直線運行速度的傳感信號，計算出纖維束的出紗速度，并控制電子計量泵運轉，通過噴頭向繞絲頭穿出的纖維束上噴灑固化劑，控制固化劑噴灑速度，計算方法是:me' =C R 入 n V式中m。'為固化劑噴灑速度，克/分鐘；C為固化劑配比，即固化劑與樹脂的質量比；R為膠紗質量比，即樹脂與纖維束的質量比；A為紗團線密度，即每個紗團中的單位長度紗線的質量，克/米；n為紗團數，即用于纏繞的紗團的數量；V為出紗速度，即纖維束纏繞到芯模上的線速度，米/分鐘；(3)噴灑固化劑的纖維束隨著纏繞機上的芯模轉動纏繞在芯模上，完成纖維纏繞。上述固化劑的噴射寬度與穿過繞絲頭的纖維束的寬度最好相同。本發明的維纏繞裝置將固化劑容器與膠槽分開設置，且在纖維束浸膠通過繞絲頭后纏繞到芯模之前利用噴頭噴灑固化劑，保證膠槽內的樹脂不會固化，而且膠槽、膠輥以及繞絲頭等部件在纏繞完畢極易清理，大大提高了清理效率；同時，膠槽中剩余的樹脂還可以回收使用，減少材料浪費，降低工藝成本；本發明的方法操作簡單，工作效率高，能夠有效避免長時間纏繞時膠槽發生固化。
圖1為纖維纏繞裝置的結構示意圖。圖2為圖1的固化劑噴頭的結構示意圖。圖3為圖2的噴嘴底部結構示意圖。
具體實施例方式現結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明，但是本發明的技術方案不僅限于下述的實施方式。實施例1參見圖1，本發明的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置是由纏繞機1、轉速傳感器2、直線速度傳感器3、芯模4、固化劑噴頭5、繞絲頭6、膠槽8、控制單元9、電子計量泵10、固化劑容器11以及輸送管12聯接構成。本實施例的纏繞機I是纖維纏繞工藝中普通的帶有小車的纏繞機1，該纏繞機I通過聯接軸與芯模4聯接，芯模4隨著纏繞機I的運行而軸向轉動，在纏繞機I上安裝有兩個傳感器，一個是用來檢測芯模轉速的轉速傳感器2，另一個是用來檢測繞絲頭隨著纏繞機I的小車運行而產生的直線運行速度的直線速度傳感器3，兩個傳感器分別通過信號線與控制單元9相連，控制單元可以采用普通的可編程控制器，本實施例采用型號為三菱PLC220VFX3U-64MT/ES-A的可編程控制器。本實施例還在膠槽8的纖維束7輸出方向上設置有繞絲頭6，繞絲頭6可以固定在纏繞機I的小車上，可隨著纏繞機I的小車運行而進行直線運動，在繞絲頭6的纖維束7輸出方向上設置有噴射方向正對纖維束7的固化劑噴頭5。圖2、3給出了本實施例固化劑噴頭5的結構示意圖，在圖2、3中，固化劑噴頭5由噴嘴5-1和聯接頭5-2聯接構成，噴嘴5-1是長方體形金屬制品，在噴嘴5-1的底部加工有一行直徑為1_的排孔，排孔的分布寬度可隨著穿過繞絲頭6的纖維束7的寬度而調整，本實施例的排孔分布寬度是10cm，與纖維束7的寬度相同，在噴嘴5-1的入口端活動聯接帶有弧度的聯接頭5-2，弧線所對應的圓心角為45°，噴嘴5-1可在聯接頭5-2上隨著繞絲頭6的旋轉或者擺動而旋轉或者擺動，保證噴嘴5-1噴射出的固化劑正好能夠均勻噴灑在繞絲頭6穿出的纖維束7上，使浸透膠的纖維束7所粘附的樹脂在遇到固化劑后發生固化，聯接頭5-2的進液口通過輸送管12與固化劑容器11相聯通，在固化劑容器11通過聯接閥與電子計量泵10相聯通，電子計量泵10通過信號線與控制單元9相連，噴灑過固化劑的纖維束7在繞絲頭6的牽引下隨著芯模4周向轉動纏繞在芯模4上。當纏繞機I開始運行時，芯模4會隨著纏繞機I的運行而轉動，轉速傳感器2開始檢測芯模4的轉速，并將檢測的電信號轉化為數字信號，通過信號線輸送給控制單元9，同時，直線速度傳感器3檢測纏繞機I的小車的直線運行速度，也就是繞絲頭6的直線運行速度，將檢測的電信號轉化為數字信號，通過信號線傳輸給控制單元9，由控制單元9計算得到出紗速度V，計算公式為:V2=V1^V22
式中V1為繞絲頭6隨著纏繞機I小車運行而產生的直線運行速度，米/分；V2為芯模4表面的線速度，米/分鐘。上述芯模4表面的線速度V2是由芯模4轉速w (轉/分鐘)和芯模4直徑D (米)決定的，計算方法如下:V2= Ji Dw上述控制單元9根據計算的出紗速度傳輸命令給電子流量泵8進而控制固化劑的噴灑速度。本實施例中的固化劑與膠槽8中的樹脂的配比，可根據實際使用情況而確定。本實施例中還提供了一種使用上述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置纏繞纖維的方法，其由以下步驟實現:( I)將纖維束7浸膠，從膠槽8穿出，再穿過繞絲頭6 ；(2)控制單元9接收由轉速傳感器2所采集到的芯模4轉速信號與直線速度傳感器3所采集的纏繞機I的小車運行帶動繞絲頭6運動產生的直線運行速度信號，計算出纖維束7的出紗速度，并控制電子計量泵10運轉，通過噴頭向繞絲頭6穿出的纖維束7上噴灑固化劑，控制固化劑噴灑速度，計算方法是:mj =C R 入 n V式中m。'為固化劑噴灑速度，克/分鐘；C為固化劑配比，即固化劑與樹脂的質量比；R為膠紗質量比，即樹脂與纖維束7的質量比；
A為紗團線密度，即每個紗團中的單位長度紗線的質量，克/米；n為紗團數，即用于纏繞的紗團的數量；V為出紗速度，即纖維束7纏繞到芯模4上的線速度，米/分鐘；在本實施例中，采用不飽和聚酯樹脂，C=2%, R=33%，紗團線密度入=1200tex=1200克/1000米=1.2克/米，代入數值，可以得到m。, =0.00792nv (克/分鐘)，如果用10團紗，則 m。' =0.0792v (克 / 分鐘)。上述固化劑的噴灑范圍可隨著繞絲頭6穿出的纖維束7的寬度調整，固化劑的噴灑寬度與纖維束7的寬度相同。(3)噴灑了固化劑的纖維束7隨芯模4轉動纏繞到芯模4上，完成纖維纏繞成型。實施例2在上述實施例1的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置中，固化劑噴頭5由噴嘴5-1和聯接頭5-2組成，噴嘴5-1是長方體形塑料制品，在噴嘴5-1的底部加工有直徑為0.1mm的排孔，排孔的分布寬度可隨著穿過繞絲頭6的纖維束7的寬度而調整，本實施例的排孔分布寬度是1cm，與纖維束7的寬度相同。其它的部件及其聯接關系與實施例1相同。纖維的纏繞方法與實施例1相同。實施例3在上述實施例1的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置中，固化劑噴頭5由噴嘴5-1和聯接頭5-2組成，噴嘴5-1是長方體形塑料制品，在噴嘴5-1的底部加工有直徑為2mm的排孔，排孔的分布寬度可隨著穿過繞絲頭6的纖維束7的寬度而調整，本實施例的排孔分布寬度是20cm，與纖維束7的寬度相同。其它的部件及其聯接關系與實施例1相同。纖維的纏繞方法與實施例1相同。實施例4在上述實施例1 3的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置中，固化劑噴頭5的噴嘴5-1底部加工有2行排孔，其它的部件及其聯接關系與相應的實施例相同。纖維的纏繞方法與相應的實施例相同。為了驗證本發明的纏繞方法不影響產品的性能，發明人將本發明的纏繞方法所制得的產品與現有技術中的產品在相同的條件下進行比較，具體如下:纏繞試驗日期:2012年5月26日纏繞試驗地點:吹塑纏繞車間試驗設備:I號四工位纏繞機I試驗用紗團數量:10團紗團線密度1200g/1000米膠紗比例33% 固化劑比例2%產品的設計壓力時4.0MPa，本發明的產品于4.6MPa時產品爆破，而現有產品的爆破壓力能夠達到4.2 4.5MPa，由此可以看出，本發明的纏繞方法所制備的產品能夠達到設計要求，而且能夠達到甚至超過現有技術中的產品的爆破壓力。
權利要求
1.一種防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，包括纏繞機(1)，纏繞機(1)通過聯接軸與芯模(4)聯接，在膠槽(8)的纖維束(7)輸出方向上設置有能夠隨著纏繞機(1)運轉而引導纖維束(7)纏繞到芯模(4)上的繞絲頭(6)，在纏繞機上還設置有能夠采集芯模(4)轉速和隨著纏繞機(1)運行繞絲頭(6)的直線運行速度的傳感器，其特征在于:在繞絲頭(6)的纖維束(7)輸出方向上設置有固化劑噴頭(5)，固化劑噴頭(5)的噴射方向正對繞絲頭(6)輸出的纖維束(7)，固化劑噴頭(5)的進液口通過輸送管(12)與固化劑容器(11)相聯通，固化劑容器(11)通過聯接閥與電子計量泵(10)相聯通，電子計量泵(10)通過信號線與控制單元(9)相連，控制單元(9)通過信號線與纏繞機(I)上的傳感器相連。
2.根據權利要求1所述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，其特征在于:所述固化劑噴頭(5)與繞絲頭(6)之間的距離是1 20cm。
3.根據權利要求2所述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，其特征在于:所述固化劑噴頭(5)是由底部加工有至少1行排孔的噴嘴(5-1)與聯接在噴嘴(5-1)入口端的聯接頭(5-2)組成。
4.根據權利要求3所述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，其特征在于:所述噴嘴(5-1)與聯接頭(5-2)活動聯接。
5.根據權利要求3所述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，其特征在于:所述排孔分布的寬度與纖維束(7)的寬度相同。
6.根據權利要求5所述的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置，其特征在于:所述排孔的孔徑均為0.1 2_。
7.一種使用權利要求1的防止膠槽固化的纖維纏繞裝置纏繞纖維的方法，其特征在于由以下步驟實現: (1)將纖維束(7)浸膠后從膠槽(8)穿出，并穿過繞絲頭(6)； (2)控制單元接收傳感器所采集到的芯模(4)轉速的傳感信號與繞絲頭(6)隨著纏繞機運行的直線運行速度的傳感信號，計算出纖維束(7)的出紗速度，并控制電子計量泵(10)運轉，通過噴頭向繞絲頭(6)穿出的纖維束(7)上噴灑固化劑，控制固化劑噴灑速度，計算方法是:me' =C R 入 n V 式中m。'為固化劑噴灑速度，克/分鐘； C為固化劑配比，即固化劑與樹脂的質量比； R為膠紗質量比，即樹脂與纖維束(7)的質量比； A為紗團線密度，即每個紗團中的單位長度紗線的質量，克/米； n為紗團數，即用于纏繞的紗團的數量； V為出紗速度，即纖維束(7)纏繞到芯模(4)上的線速度，米/分鐘； (3 )噴灑固化劑的纖維束(7 )隨著纏繞機(I)上的芯模(4 )轉動纏繞在芯模(4 )上，完成纖維纏繞。
8.根據權利要求7所述纏繞纖維的方法，其特征在于:所述固化劑的噴射寬度與穿過繞絲頭(6)的纖維束(7)的寬度相同。
全文摘要
本發明涉及一種防止膠槽固化的纖維纏繞裝置及方法，其裝置是將固化劑容器與膠槽分開設置，且在纖維束浸膠通過繞絲頭后纏繞到芯模之前利用噴頭噴灑固化劑，保證膠槽內的樹脂不會固化，而且膠槽、膠輥以及繞絲頭等部件在纏繞完畢極易清理，大大提高了清理效率；同時，膠槽中剩余的樹脂還可以回收使用，減少材料浪費，降低工藝成本；本發明的方法操作簡單，工作效率高，能夠有效避免長時間纏繞時膠槽發生固化。
文檔編號B29C70/32GK103101198SQ20131006391
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月28日 優先權日2013年2月28日
發明者牛國良, 張立君, 呂廣普, 谷宏治, 朱軍, 王艷玲 申請人:西安向陽航天材料股份有限公司