一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料Z-pin的設備及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料加工技術領域，特別是涉及一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料ζ-pin的設備及其制備方法。
【背景技術】
[0002]復合材料Z-pin拉擠技術是指玻璃纖維、碳纖維等增強材料通過浸膠后在模具中凝膠定型，而后通過烘道固化的一種連續生產復合材料針狀型材的技術。復合材料Z-pin技術是指將細桿針狀Z-pin復合材料植入到鋪迭好的預浸料中形成三維增強，經共固化形成的整體結構。Z-pin能顯著增強復合材料層合板的層間韌性、損傷容限以及膠連強度等性能，并具有操作簡單，可設計性強及易于整體成型的特點，應用前景廣泛。在傳統Z-pin制造過程中，一般采用電阻加熱的方法實現樹脂的凝膠定型及固化，且拉擠過程中存在拉擠速度慢，能源消耗高，生產效率較低。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的現狀，而提供結構簡潔、固化速度快、拉擠速度高，并且其制備工藝流程少，效率高，產品成型質量好的一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料Z-pin的設備及其制備方法。
[0004]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料Z-pin的設備，該設備包括依次設置的放料機構、導向機構、浸膠槽、固化裝置、牽引裝置以及卷收機構，固化裝置包括對經過浸膠槽浸膠后的纖維材料進行含膠量調節的調節模具以及使調節后的浸膠纖維材料凝膠定型的熱固化單元和使凝膠定型的纖維材料快速凝膠固化的紫外線固化單元；調節模具中設有至少一條使浸膠后纖維材料拉擠通過用以濾除纖維材料表面多余膠液的調節模腔，熱固化單元中設有與調節模具中調節模腔口徑一一相對應的成型模腔。
[0005]為優化上述技術方案，采取的措施還包括:
上述的調節模具由上下配合的上模具和下模具組成；上模具的底面制有多條上模凹腔，相應地下模具的頂面制有多條與上模凹腔一一對應相配合構成完整調節模腔的下模凹腔。
[0006]上述的調節模具中并排設有多條調節模腔，并且多條調節模腔按口徑依次呈遞增的方式排列設置或按口徑依次呈遞減的方式排列設置。
[0007]上述的上模具上和下模具上相對應開有螺紋孔，該上模具和下模具合模后通過鎖緊螺栓與螺紋孔螺旋配合鎖緊固定。
[0008]上述的下模具的頂面固定安裝有定位凸塊，相應地上模具制有與定位凸塊定位配合的定位凹槽；或上模具的頂面固定安裝有定位凸塊，相應地下模具制有與定位凸塊定位配合的定位凹槽。
[0009]上述的熱固化單元中設置有陶瓷成型模具，成型模腔形成在陶瓷成型模具中。
[0010]上述的紫外線固化單元內設有對稱的通風扇以及用于發生紫外線的紫外燈。
[0011]上述的調節模具的兩側用于承載該調節模具的面板上固定安裝有用于確定調節模具對中位置的第一刻度尺；陶瓷成型模具的兩側用于承載該陶瓷模具的面板上固定安裝有用于確定該陶瓷成型模具對中位置的第二刻度尺；所述的第一刻度尺上和第二對中刻度尺上均標有刻度線。
[0012]一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料Z-pin的設備的制備方法，其特征是:該方法包括以下步驟:
a):裝料，將纖維材料卷安裝在放料機構上，并拉出一段蘸取酒精后進行加捻，將加捻好的纖維材料先拉直鋪放在調節模具的下模具下模凹腔中，然后合上調節模具的上模具，使上模具的上模凹腔與下模凹腔相對構成完整的調節模腔，然后通過鎖緊螺栓將上模具和下模具鎖緊，再將進入調節模具調節模腔之前的纖維材料段通過導向機構穿過浸膠槽，然后將從調節模具調節模腔出來后的纖維材料段依次穿過熱固化單元中陶瓷模具的成型模腔、紫外線固化單元、牽引裝置，最終連接到卷收機構上，并使放料機構、卷收機構之間的纖維材料保持一定張力；
b):裝料完成后，向浸膠槽中加入配置好的膠液并預熱熱固化單元中的陶瓷模具；
c):根據纖維材料和膠液的性質設定牽引裝置牽引的走料速度，調試好紫外線固化單元內的紫外燈，開啟紫外線固化單元；
d):啟動牽引裝置，干燥的纖維材料在牽引裝置的牽引力作用下進入浸膠槽中完成浸膠，浸膠后的纖維材料通過調節模具調節模腔的拉擠作用濾掉表面多余膠液，通過熱固化單元中陶瓷模具成型模腔的熱拉擠作用凝膠定型成為半成品玻璃纖維復合材料Z-pin，半成品玻璃纖維復合材料Z-pin在紫外線固化單元中被完全固化，最終由卷收機構收卷獲得玻璃纖維復合材料Z-pin。
[0013]上述的步驟a中調節模具調節模腔的口徑與熱固化單元中陶瓷模具成型模腔的口徑一致。
[0014]與現有技術相比，本發明一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料Z-pin的設備，該設備包括依次設置的放料機構、導向機構、浸膠槽、固化裝置、牽引裝置以及卷收機構，固化裝置包括對經過浸膠槽浸膠后的纖維材料進行含膠量調節的調節模具以及使調節后的浸膠纖維材料凝膠定型的熱固化單元和使凝膠定型的纖維材料快速凝膠固化的紫外線固化單元；調節模具中設有至少一條使浸膠后纖維材料拉擠通過用以濾除纖維材料表面多余膠液的調節模腔，熱固化單元中設有與調節模具中調節模腔口徑一一相對應的成型模腔。本發明利用紫外線固化單元取代了傳統電阻絲加熱烘箱，實現了膠液的快速固化，并且本發明配合含膠量調節模具使用后，能進一步避免余膠因發生凝膠固化易堵塞模腔口的問題，因而能顯著提高生產效率。
[0015]本發明的有益效果是:
1、通過紫外線固化取代傳統電阻絲加熱，固化速度快，有效縮短固化時間，提高拉擠速度，方便快捷；
2、纖維材料浸膠后表面富含膠液，通過能調節含膠量的調節模具，能有效避免成型模具口囤積的多余膠液被加熱凝膠甚至固化，隨著時間積累發生成型模具口被固體膠堵塞的情況。省略了給模具除膠的工序，配合紫外線固化單元使用，顯著提高生產效率。
[0016]3、調節模具結構設計合理，容易生產制造，且安裝和拆卸方便。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為圖1中調節模具上模具的主視結構示意圖；
圖3為圖2的仰視結構不意圖；
圖4為圖2的左視結構不意圖；
圖5為調節模具下模具的主視結構示意圖；
圖6為圖5的俯視結構不意圖；
圖7為圖5的左視結構不意圖；
圖8為圖1中紫外線固化單元的主視結構示意圖；
圖9為圖8的左視結構不意圖；
圖10為本發明調節模具兩側添加有對中刻度尺后對中示意圖；
圖11為本發明陶瓷成型模具兩側添加有對中刻度尺后對中示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明的實施例作進一步詳細描述。
[0019]圖1和圖11為本發明的工藝原理示意圖。
[0020]其中的附圖標記為:放料機構1、導向機構2、浸膠槽3、調節模具4、調節模腔4a、螺紋孔4b、定位凸塊4c、定位凹槽4d、上模具41、上模凹腔41a、下模具42、下模凹腔42a、熱固化單元5、陶瓷成型模具51、成型模腔51a、紫外線固化單元6、通風扇61、紫外燈62、牽引裝置7、卷收機構8、第一對中刻度尺91、第二對中刻度尺92。
[0021]如圖1至圖11所示，本發明的一種紫外固化快速拉擠制備玻璃纖維復合材料Z-pin的設備，該設備包括依次設置的放料機構1、導向機構2、浸膠槽3、固化裝置、牽引裝置7以及卷收機構8，固化裝置包括對經過浸膠槽3浸膠后的纖維材料進行含膠量調節的調節模具4以及使調節后的浸膠纖維材料凝膠定型的熱固化單元5和使凝膠定型的纖維材料快速凝膠固化的紫外線固化單元6 ;調節模具4中設有至少一條使浸膠后纖維材料拉擠通過用以濾除纖維材料表面多余膠液的調節模腔4a，熱固化單元5中設有與調節模具4中調節模腔4a 口徑一一相對應的成型模腔51a。本發明利用紫外線固化單元6取代了傳統電阻絲加熱烘箱，實現了膠液的快速固化，并且本發明配合調節模具4使用后，能進一步避免余膠因發生凝膠固化易堵塞模腔口的問題，因而能顯著提高生產效率。
[0022]實施例中請結合圖2至圖7和圖10，本發明的調節模具4由上下配合的上模具41和下模具42組成；上模具41的底面制有多條上模凹腔41a，相應地下模具42的頂面制有多條與上模凹腔41a—一對應相配合構成完整調節模腔4a的下模凹腔42a。如圖10所示，本發明的調節模腔4a由上模具41的上模凹腔41a和下模具42的下模凹腔42a相配組合構成。
[0023]實施例中如圖2和圖5所示，調節模具4中并排設有多條調節模腔4a，并且多條調節模腔4a按口徑依次呈遞增的方式排列設置或按口徑依次呈遞減的方式排列設置。圖2和圖5分別只顯示了調節模腔4a的一半，從圖中可以看出每一條調節模腔4a的孔徑均不同，這樣就可以根據需要制備多種規格的玻璃纖維復合材料Z-pin，從而提高了調節模具4的利用效率。
[0024]實施例中，上模具41上和下模具42上相對應開有螺紋孔4b，該上模具41和下模具42合模后通過鎖緊螺栓與螺紋孔4b螺旋配合鎖緊固定。調節模具4由上模具41和下模具42合模組成，合模后為了保證整個調節模具4的穩定性，上模具41和下模具42通過鎖緊螺栓固定鎖緊。
[0025]實施例中，下模具42的頂面固定安裝有定位凸塊4c，相應地上模具41制有與定位凸塊4c定位配合的定位凹槽4d ;或上模具41的頂面固定安裝有定位凸塊4c，相應地下模具42制有與定位凸塊4c定位配合的定位凹槽4d。本發明優選為下模具42的頂面固定安裝有定位凸塊4c的技術方案，下模具42的頂面還制有用于固定定位凸塊4c的定位凸塊安裝槽。本發明制有定位凹槽4d和定位凸塊4c是為了提高合模的精度和速度。
[0026]實施例中，熱固化單元5中設置有陶瓷成型模具51，成型模腔51a形成在陶瓷成型模具51中。本發明的多條調節模腔4a按口徑依次呈遞增的