CN116118198A

CN116118198A - 一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统

Info

Publication number: CN116118198A
Application number: CN202211589397.3A
Authority: CN
Inventors: 韩德滨; 严兵; 胡世国; 桂志康; 时岩; 姚骏; 方丽丽; 魏良云; 於仁明
Original assignee: Jiangsu Jicui Carbon Fiber And Composite Application Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jicui Carbon Fiber And Composite Application Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2042-12-12
Also published as: CN116118198B

Abstract

本发明涉及一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统，具有依次排列的供料单元、模压单元、分切单元及收卷单元，供料单元：将不同树脂含量的预浸料及材质为特氟龙的脱模布同步进入至模压单元；模压单元：具有间隙配合的上压带、下压带，上压带上安装有上加热模块，下压带下设有下加热模块，进入上压带与下压带之间的预浸料通过上加热模块、下加热模块的加热而粘结成层压板，所述层压板通过上压辊、下压辊进行挤压；分切单元，用于将挤压后的层压板按幅宽进行分切；收卷单元，用于对分切后的层压板进行收卷处理。本发明可以一次性分切成多个幅宽的产品，相对比干法拉挤成型，连续模压成型效率更高，无需专用模具，成本低。

Description

一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统。

背景技术

近年来双稳态复合材料的薄壳结构引起人们的重视，这主要得益于随着可折叠结构在航天飞行器上的广泛应用，可折叠结构主要应用于航天飞行器的太阳能电池阵列、天线及各种杆状结构等。可折叠结构主要分为两类：依靠变形来改变几何形状的结构和由结构组合形成的结构。

为了充分发挥可折叠结构轻质、力学性能优异、空间利用率高等多功能性，纤维复合材料结构自激励与自闭锁的新概念设计思路已经引起国内外航天工程的高度重视，其主要内涵在于利用反对称角铺层的复合材料薄壁结构实现多稳定，即利用结构从一个稳定状态跳到另一个稳定状态这样一个过程来使得结构展开，并通过一系列对单个构件的多稳态状态的调整来控制整体结构，达到复合材料结构的折叠和展开要求。

目前成型复合材料管的方法主要是内膨胀袋法、缠绕法和干法、湿法拉挤等工艺，相对比内膨胀带法、缠绕法，连续模压自动化强、效率更高，适合批量生产。相对比湿法拉挤成型，连续模压工艺工作环境好，树脂含量可控制，可以设计不同层结构制件的树脂含量，有利于该结构发挥两种可折叠结构的优势。相对比干法拉挤成型，连续模压成型效率更高，可以一次性分切成多个幅宽的产品，效率更高，无需专用模具，成本低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统，具有依次排列的供料单元、模压单元、分切单元及收卷单元。

其中，供料单元：具有从上自下设置存放有预浸料的第一料筒、第二料筒及第三料筒，第三料筒下方设有卷绕有脱模布的第四料筒，第一料筒、第二料筒及第三料筒内的预浸料与第四料筒上的脱模布同步进入至模压单元。

其中在第一料筒内存放的预浸料的树脂含量为50％～55％，第二料筒内存放的预浸料的树脂含量为45％～50％，第三料筒内存放的预浸料的树脂含量为40％～45％，上述各预浸料的单层厚度为0.05～0.8mm；宽度为0.5～4m。

另外，预浸料中的增强体可以是玻璃纤维、碳纤维，也可以是玻璃纤维和碳纤维的混合物；树脂可以是环氧、聚氨酯等改性的韧性热固树脂，也可以是PP、PA、PE等热塑性树脂；特别地，上述所用的预浸料可以是热固预浸料也可以是热塑预浸料。

模压单元：具有间隙配合的上压带、下压带，上压带上安装有贴合上压带的上加热模块，下压带下设有贴合下压带的下加热模块，进入上压带与下压带之间的预浸料通过上加热模块、下加热模块的加热而粘结成层压板，位于上压带和下压带的出料端设有配合对所述层压板进行挤压的上压辊、下压辊；

分切单元，用于将挤压后的层压板按幅宽进行分切；

收卷单元，用于对分切后的层压板进行收卷处理。

进一步说，所述的模压单元具有旋转的导向辊，所述的导向辊包括三个呈三角形分布的上导向辊、三个呈三角形分布的下导向辊，上压带缠绕于所述上导向辊之间，下压带缠绕于所述下导向辊之间。

优选地，所述的上压带和下压带均采用厚度为0.05-0.2mm特氟龙皮带或钢带。

为实现加热时的精准控温，所述的上加热模块、下加热模块均具有沿层压板宽度方向设置的第一控温区、第二控温区及第三控温区，第一控温区和第三控温区的长度均占上、下加热模块长度的1/8～1/4且温度比第二控温区高3～10℃。

为防止加热模块加热后膨胀变长而出现弓型，造成层压板在宽度方向厚度不均匀的现象，所述的模压单元具有安装上加热模块和下加热模块的支撑组件，所述的支撑组件包括固定在模压单元基座上的支撑座，所述支撑座具有滑槽，滑槽内滑动设有工字钢，所述工字钢与滑槽侧面之间间隙配合，上加热模块、下加热模块与对应的工字钢固定。

本发明的有益效果是：本发明采用不同树脂含量的预浸料，可以保证成型的双稳态复合材料管在展开和收卷两种状态的稳定性，由于采用连续模压工艺，生产效率高，产品稳定性好，成本低，可以一次性成型多个大卷的双稳态复合材料管，并可根据所需的长度进行裁切，无需专用模具，通用性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的流程结构示意图。

图2是本发明所述加热模块的控温区分区示意图。

图3是本发明所述支撑组件的结构示意图。

图4是本发明所述复合材料管处于收卷状态的示意图。

图5是本发明所述复合材料管处于放卷状态的示意图。

图中：1.第一料筒，2.第二料筒，3.第三料筒，4.第四料筒，5.上导向辊，6.下导向辊，7.上压带，8.下压带，9.上加热模块，10.下加热模块，11.上压辊，12.下压辊，13.分切单元，14.收卷单元，15.第一控温区，16.第二控温区，17.第三控温区，18.支撑组件，18-1.支撑座，18-2.滑槽，18-3.工字钢。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统，采用连续模压机完成双稳态复合材料管的成型加工，具有按生产工艺依次排列的供料单元、模压单元、分切单元13及收卷单元14。

供料单元：从上自下设置有第一料筒1、第二料筒2及第三料筒3，在第一料筒1内存放有树脂含量为55％的第一预浸料，第二料筒2内存放有树脂含量为50％的第二预浸料，第三料筒3内存放有树脂含量为45％的第三预浸料，上述各预浸料的单层厚度为0.5mm；宽度为4m。

第三料筒3下方设有卷绕有脱模布的第四料筒4，该脱模布材质为特氟龙，特氟龙材质的脱模布是为了防止预浸料经过模压单元加热加压收卷后，层压板之间产生粘接在一起的现象，同时保证脱模效果及传热效率，所用脱模布的厚度为0.08mm，宽度为4m。

模压单元：作为连续模压机的主体部分，包括导向辊，所述导向辊包括三个呈三角形分布的上导向辊5、三个呈三角形分布的下导向辊6，位于三个上导向辊5之间缠绕有上压带7，三个下导向辊6之间缠绕有下压带8，上压带7的下平面与下压带8的上平面间隙配合。通过电机驱动上导向辊5、下导向辊6以2000mm/min的速度旋转，从而带动上压带7和下压带8同步转动，实现连续模压生产的过程。

上压带7和下压带8均采用厚度为0.2mm的特氟龙皮带，特氟龙为自脱模材料，可以有效避免预浸料粘在上压带7和下压带8上。

第一料筒1、第二料筒2及第三料筒3内的预浸料与第四料筒4上的脱模布被同步输送进入至上压带7与下压带8之间。

上压带7上安装有贴合上压带7的上加热模块9，下压带8下设有贴合下压带8的下加热模块10，进入上压带7与下压带8之间的预浸料通过上加热模块9、下加热模块10的加热而粘结成层压板，位于上压带7和下压带8的出料端设有配合对所述层压板进行挤压的上压辊11、下压辊12。

如图2所示，由于连续模压机在宽度方向散热速度不同，因此上加热模块9、下加热模块10均具有沿层压板宽度方向设置的第一控温区15、第二控温区16及第三控温区17，形成在连续模压机的宽度方向的分区控制，精准控温，

一般而言连续模压机边缘区域较内部散热更快，所以第一控温区15、第三控温区17的温度比第二控温区16高3～10℃，且第一控温区15、第三控温区17长度相等均占上、下加热模块9、10长度的1/5，第二控温区16占上、下加热模块9、10长度的3/5。

考虑到上加热模块9、下加热模块10在加热后易膨胀变长而出现弓形状态，造成层压板在宽度方向厚度不均匀的现象，模压单元还具有安装上加热模块9和下加热模块10的支撑组件18，如图3所示，所述支撑组件18包括固定在模压单元基座上的支撑座18-1，支撑座18-1具有滑槽18-2，滑槽18-2内滑动设有工字钢18-3，工字钢18-3与滑槽18-2侧面之间间隙配合，上加热模块9、下加热模块10与对应的工字钢18-3固定。如此在上加热模块9、下加热模块10加热膨胀后，可以在滑槽18-2内进行滑动，从而保证了上加热模块9、下加热模块10的平整性，有利于控制产品的厚度均一性。

上压辊11和下压辊12的挤压力可通过控制两者之间的间隙实现，该间隙可以通过气缸推动实现精准控制，最佳间隙为19mm。

分切单元13，用于将挤压后的层压板按幅宽进行分切。

收卷单元14，用于对分切后的层压板进行收卷处理，先将双稳态复合材料管以收卷状态进行收卷，如图4所示，并将复合材料管表面的脱模布撕掉，然后根据所需的长度进行裁切得到放卷状态的双稳态复合材料管，如图5所示。

主要流程简述如下：将第一料筒1、第二料筒2及第三料筒3内不同树脂含量的预浸料和第四料筒4内的脱模布按照自上而下的顺序，一起送入模压单元的上压带7与下压带8之间，各层预浸料经过上加热模块9、下加热模块10的加热后粘接在一起变成层压板，该层压板呈现向上翘曲的趋势；再经过模压单元的上压辊11和下压辊12的挤压作用，以提高层压板的内部粘接效果；经过分切单元13的分切为多个所需幅宽，最后由收卷单元14收卷。

本发明具有如下优点：

1.采用连续模压工艺，生产效率快，产品稳定性高，成本低，机械化程度高，可以一次性成型多个大卷的双稳态复合材料管，可以根据所需的长度进行裁切，无需专用模具，通用性好。

2.采用不同树脂含量的预浸料，可以保证最终双稳态复合材料管在展开和收卷两种状态的稳定性，两种稳定状态都是向内卷曲。因为最内层树脂含量高，固化收缩大，会使管材保持向内卷曲的状态。

3.采用柔性树脂体系，可以保证在展开和收卷两种状态交叉使用的情况下，管材不产生应力损坏。

4.双稳态复合材料管可以在展开和收卷两种状态保持稳定性，在展开的状态下，提供一定的强度作为支撑部件使用，收卷的状态下占地体积小，便于携带和运输，相比不可以收卷的复合材料有优势。

5.采用逆向成型的方式，成型放卷状态的双稳态复合材料管，再分切的同时转变成放卷状态的双稳态复合材料管。

6.采用分切的方式可以有效的保证开口的直线度。

7.预浸料采用反对称的结构铺层，例如：(+a/-a/+a/-a/+a/-a)的铺层方式。

8.本发明可以一步法做出成品，节约材料，没有浪费，效率高。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种双稳态复合材料管连续化模压生产系统，具有依次排列的供料单元、模压单元、分切单元及收卷单元，其特征是：

供料单元：具有从上自下设置存放有预浸料的第一料筒、第二料筒及第三料筒，第三料筒下方设有卷绕有脱模布的第四料筒，第一料筒、第二料筒及第三料筒内的预浸料与第四料筒上的脱模布同步进入至模压单元；

分切单元，用于将挤压后的层压板按幅宽进行分切；

收卷单元，用于对分切后的层压板进行收卷处理。

2.如权利要求1所述的连续化模压生产系统，其特征是：所述的模压单元具有旋转的导向辊，所述的导向辊包括三个呈三角形分布的上导向辊、三个呈三角形分布的下导向辊，上压带缠绕于所述上导向辊之间，下压带缠绕于所述下导向辊之间。

3.如权利要求2所述的连续化模压生产系统，其特征是：所述的上压带和下压带均采用厚度为0.05-0.2mm特氟龙皮带或钢带。

4.如权利要求1所述的连续化模压生产系统，其特征是：所述的上加热模块、下加热模块均具有沿层压板宽度方向设置的第一控温区、第二控温区及第三控温区，第一控温区和第三控温区的长度均占上、下加热模块长度的1/8～1/4且温度比第二控温区高3～10℃。

5.如权利要求4所述的连续化模压生产系统，其特征是：所述的模压单元具有安装上加热模块和下加热模块的支撑组件，所述的支撑组件包括固定在模压单元基座上的支撑座，所述支撑座具有滑槽，滑槽内滑动设有工字钢，所述工字钢与滑槽侧面之间间隙配合，上加热模块、下加热模块与对应的工字钢固定。