專利名稱：一種制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合機，具體涉及制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機。
背景技術(shù)：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維也稱高強高模聚乙烯(HSHMPE) 纖維或伸長鏈(ECPE)聚乙烯纖維，是指相對分子質(zhì)量在(l 6)x106的聚乙 烯，經(jīng)紡絲-超拉伸后制成的超高分子質(zhì)量聚乙烯纖維。它是繼碳纖維、芳綸 (Kevlar)纖維之后的第三代高性能纖維，本文簡稱聚乙烯纖維。聚乙烯纖維 增強復(fù)合材料與其它纖維增強復(fù)合材料相比，具有質(zhì)量輕、耐沖擊、介電性能 高等優(yōu)點，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和航空航天、海域防御、武器裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足 輕重的作用。同時，該纖維在汽車、船舶、醫(yī)療器械、體育運動器材等領(lǐng)域亦 有廣闊的應(yīng)用前景。因此，聚乙烯纖維自問世起就倍受重視，發(fā)展很快。
目前通常采用層壓方法制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料，經(jīng)過如下工藝步 驟無綿布的制備-無綷布層壓成型-纖維增強復(fù)合材料的定型。無煒布(UD 布)又稱單向布或者經(jīng)向布，是指將基體樹脂涂布在單向纖維上，然后經(jīng)過干 燥制成薄布。同經(jīng)綿紡織布相比，無綽布避免了經(jīng)紼紗線的交織，纖維不會 發(fā)生多次的折壓彎曲，因此不會降低纖維的原始力學(xué)性能；另外，經(jīng)綿交織 處容易出現(xiàn)空隙，影響復(fù)合材料性能，而無綿布則是纖維平行排列，因此復(fù) 合材料會在最大程度上繼承纖維的力學(xué)性能。無綿布層壓成型工藝是指按照 需要將多層無緯薄布在一定的溫度和壓力下初步成型，各層間纖維薄布疊層 角度隨性能要求可呈(0/卯。)n、 (0°)n、 (0/+45°/-45°/90。)11等多種分布。無綽布 進行層壓成型后，再進行一步的加壓固化制成纖維增強復(fù)合材料。無綽布層 壓成型工藝對于最終的復(fù)合材料性能有著重要的影響，層壓時的溫度和壓力 是無綽布層壓成型工藝的兩個重要參數(shù)，層壓過程中，基體樹脂被加熱到玻 璃化溫度與熔點之間，然后冷卻成型。另外鋪設(shè)時，還要注意以下問題層 與層之間的錯位，如果層與層之間發(fā)生錯位，會影響下一層的鋪設(shè)，并造成 最終尺寸的偏差，嚴重的還會導(dǎo)致材料的報廢；避免產(chǎn)生氣包，即在鋪設(shè)無 綿布時，要防止空氣被壓到布層之間產(chǎn)生氣包；保證壓力均勻，如果壓力不均，最終會出現(xiàn)復(fù)合材料板性能不均的現(xiàn)象。
目前，國內(nèi)比較成熟的制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的方法一般為手工 才喿作，按照需要的尺寸，將多層無綿布》丈在模具內(nèi)熱壓成型，這種生產(chǎn)方式 主要缺點就是生產(chǎn)效率較低。
因此，需要一種能夠連續(xù)進行聚乙烯纖維增強無綽布層壓成型的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種能夠連續(xù)對聚乙烯纖維增強復(fù)合 材料進行層壓成型的復(fù)合機。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的
復(fù)合機，包括 機架；
壓輥，裝在所述機架上，所述壓輥包括一中空輥筒、安裝在中空輥筒內(nèi) 的加熱裝置；
驅(qū)動所述壓輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置；
支承輥，裝在所述機架上并位于所述壓輥的下方，所述支承輥表面由彈 性材料制成；
優(yōu)選的，所述壓輥的中空輥筒為不銹鋼光輥。 優(yōu)選的，所述壓輥還包括測量中空輥筒表面溫度的測溫裝置。 優(yōu)選的，所述測溫裝置包括與所述中空輥筒保持滑動接觸的測溫頭。 優(yōu)選的，所述加壓裝置為液壓裝置。
優(yōu)選的，所述液壓裝置包括兩個支撐所述支承輥軸的兩端的液壓缸，所 述兩個液壓缸由同一個液壓泵或液壓馬達驅(qū)動。
優(yōu)選的，所述復(fù)合機還包括裝在機架上并位于壓輥前面的包角調(diào)整裝置。 優(yōu)選的，所述包角調(diào)整裝置包括至少一個可以上下移動的輥。 本發(fā)明提供的復(fù)合機，特別適用于連續(xù)制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料。 本發(fā)明提供一個帶有內(nèi)置加熱裝置的中空壓輥和一個通過4吏用液壓裝置加壓 的支承輥可以對聚乙烯纖維無緯布在指定的溫度和壓力下進行層壓成型。本 發(fā)明通過提供不銹鋼光輥的中空壓輥可以保證聚乙烯纖維無綿層壓布各處在均勻的壓力下成型。本發(fā)明通過提供與壓輥表面保持滑動接觸的測溫頭，可 以即時監(jiān)測層壓成型的溫度，準確粒制工藝。另外，本發(fā)明通過在纖維進給 方向提供一個位置可以上下移動的輥，可以為無綿布經(jīng)過壓輥時提供一定的 包角，主要優(yōu)點是在進行層壓之前，先對無綿布進行預(yù)熱，然后再進行加壓 定型。


圖1是本發(fā)明第一實施例提供的制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機
的示意圖2是圖1中液壓裝置示意圖3是本發(fā)明第二實施例提供的制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機 的示意圖4是本發(fā)明第二實施例提供的復(fù)合機的包角調(diào)整裝置示意圖； 圖5是本發(fā)明中無緯布經(jīng)過壓輥時包角為0。示意圖6是本發(fā)明中無煒布經(jīng)過壓輥時包角為180。示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了 一種制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機，以下以應(yīng)用 了本復(fù)合機制備聚乙烯纖維復(fù)合材料為例，具體說明本發(fā)明所述復(fù)合機的具 體實施方式。
參見圖1和圖2,圖1為本發(fā)明第一實施例制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材 料的復(fù)合機示意圖，圖2為圖1中的液壓裝置示意圖。復(fù)合機包括機架101, 在機架101上安裝有直徑為500mm、壁厚為50mm、長度為1400mm的壓輥 102,在中空壓輥102內(nèi)設(shè)有為其升溫的加熱裝置(圖中未畫出)。在復(fù)合機 上還進一步設(shè)有與壓輥102表面保持滑動接觸的測溫頭105,用于實時監(jiān)測 壓輥表面溫度，以便控制層壓工藝。在壓輥102的下方，有安裝在機架上的 直徑為500mm、長度為1400mm的支承輥106,其表面由厚度為100mm的 硬質(zhì)彈性橡膠制成。另外，為了使支承輥106與壓輥102在制備層壓布時保 持壓力接觸，復(fù)合機上還進一步設(shè)有使支承輥上下移動的液壓裝置108 (見 圖2)，液壓裝置108包括兩個用于支撐所述支承輥106的軸的兩端的液壓缸 108a,兩個液壓釭108a由同一個液壓泵108b驅(qū)動。液壓泵108b通過同步驅(qū)
5與壓輥102保持壓力接觸。當(dāng)復(fù)合機工作時，先將一層無鄉(xiāng)韋布的一端放到壓
輥102與支承輥106之間，然后支承輥升降裝置108將支承輥106升起與壓 輥保持壓力接觸，為了旋轉(zhuǎn)壓輥102以帶動無綿布運動，因此復(fù)合4幾還包括 驅(qū)動壓輥102作旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動裝置(圖中未畫出)。為了保證制備出來的復(fù) 合材料的有高的光潔度，因此壓輥102由不銹鋼光輥制成。
下面以制備纖維排列方向為0790。的聚乙烯纖維增強復(fù)合材料為例，說 明本實施例所述復(fù)合機工作方式，按照以下步驟
1)將第一層無綽布的第一端放置在壓輥102與支承輥106之間，調(diào)整液 壓裝置108使壓輥102與支承輥106保持5MPa 12MPa的壓力接觸，定義 第一層的纖維方向為0。方向、第一層為0。鋪層；
2 )開啟加熱裝置^f吏壓輥102表面保持50°C ~ 80°C的溫度；
3) 將第二層無綽布裁減成正方形，正方形邊長與第一層無綿布寬度相等， 將裁減后的第二層無綿布;^文置在第一層無煒布上，第二層無綿布的纖維方向 與第一層無綿布的纖維方向呈90。夾角；
4) 開啟驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)壓輥102,在摩擦力的作用下，壓輥帶動支承輥和 兩層無綿布運動，基體樹脂被壓輥加熱軟化，在壓輥和支承輥壓力作用下， 兩層無煒布復(fù)合在一起，無綿布離開壓輥和支承輥后，基體樹脂被冷卻，然 后定型，得到第一張層壓布；可根據(jù)需要，連續(xù)放置第二層無緯布，得到指 定長度的層壓布。
將第一張層壓布放置在熱壓模具內(nèi)，升溫至80°C ~ IO(TC范圍內(nèi)，加壓 至10MPa 15MPa,保持模具恒溫恒壓15分鐘~20分鐘，得到排列方式為 (0。/90°)2聚乙烯纖維增強復(fù)合布，測量聚乙烯纖維增強復(fù)合布的面密度為 75g/m2 ~ 90g/m2。
將IO張聚乙烯纖維增強復(fù)合布疊放在熱壓模具內(nèi)，升溫至至120°C ~ 130 。C內(nèi)，加壓至18MPa ~ 22MPa，保持才莫具恒溫恒壓20分鐘~ 25分鐘，得到 聚乙烯纖維增強復(fù)合板。
按照本發(fā)明，為增加無綽布與壓輥和支承輥的加壓面積以便充分力口壓， 所述支承輥可以為硬質(zhì)橡膠等彈性材料，但不限于此。所述內(nèi)置在中空輥筒內(nèi)的加熱裝置可以-使用本領(lǐng)域纟支術(shù)人員熟知的加熱方式，可以為電熱纟奉加熱 或電》茲感應(yīng)加熱。由于電/f茲感應(yīng)加熱具有加熱快，易于操作等優(yōu)點，可以作 為優(yōu)選加熱方式。
參見圖3至圖6，為本發(fā)明第二實施例聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合 機示意圖。復(fù)合機包括機架301,在機架301上安裝有直徑為500mm、壁厚 為50mm的壓輥302,在中空壓輥302內(nèi)i殳有為其升溫的加熱裝置(圖中未 畫出)。在復(fù)合機上還進一步設(shè)有與壓輥302表面保持滑動接觸的測溫頭305, 用于實時監(jiān)測壓輥302表面溫度，以便控制層壓工藝。在壓輥302的下方， 有安裝在機架上的直徑為500mm的支承輥306，其表面由厚度為100mm硬 質(zhì)彈性橡膠制成。另外，為了使支承輥306與壓輥302在制備層壓布時保持 壓力接觸，復(fù)合機上還進一步設(shè)有使支承輥上下移動的液壓裝置(圖中未畫 出)，液壓裝置包括兩個用于支撐所述支承輥306的軸的兩端的液壓缸，兩個 液壓釭由同一個液壓馬達驅(qū)動。液壓馬達通過同步驅(qū)動兩個液壓缸乂人而同步 推動支承輥306的軸的兩端將支承輥306平行地與壓輥302保持壓力接觸。 為了調(diào)整無綿布經(jīng)過壓輥時的包角，復(fù)合機還進一步設(shè)有裝在機架上并位于 壓輥前面的包角調(diào)整裝置，所述包角調(diào)整裝置包括一個位置可以上下移動的 包角調(diào)整輥320。當(dāng)復(fù)合機工作時，先將一層無綿布的一端放到壓輥302與 支承輥306之間，然后支承輥升降裝置308將支承輥306升起與壓輥保持壓 力接觸，為了旋轉(zhuǎn)壓輥302以帶動無煒布運動，因此復(fù)合機還包括驅(qū)動壓輥 302作旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動裝置(圖中未畫出)。為了保證制備出來的復(fù)合材料的 有高的光潔度，因此壓輥302由不銹鋼光輥制成。
按照本發(fā)明，所述包角調(diào)整裝置的包角調(diào)整輥320參見圖4,包教調(diào)整 輥320在機架上的位置可以上下調(diào)整，將無綽布310按照箭頭所示方向與壓 輥302相切送入。沿著無煒布310的送給方向，定義無煒布310與壓輥302 先接觸的切點為第一切點302a,定義無煒布310與壓輥302最后接觸的切點 為第二切點302b,定義支撐輥306與壓輥302的切點為第三切點302c;定義 在第一切點302a之前的無綷布的部分為第一部分310a，定義在第一切點302a 和第二切點302b之間的無綽布的部分為第二部分310b，定義在第二切點302b 之后的無綷布的部分為第三部分310c,定義第一部分310a的延長線到第三
7部分的310c的夾角為無煒布310經(jīng)過壓輥302的包角312。第三切點302c 可以和第一切點302a或第二切點302b重合，也可以位于第一切點302a和第 二切點302b之間。
如圖5所示，當(dāng)無煒布310相切送入壓輥302時，如果方向不發(fā)生變化， 這時第一切點302a、第二切點302b、第三切點302c重合為一個切點，此時 無綿布310經(jīng)過壓輥302的包角312為0。，在這種情況下，由于無綿布310 的升溫和加壓都在這個切點完成，因此無綽布沒有經(jīng)過充分的預(yù)熱，加壓效 果受到影響，從而影響層壓布的性能，最終影響聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的 性能。
如圖6所示，當(dāng)無煒布310相切送給壓輥302時，如果無煒布的第一部 分310a與第三部分310c的方向完全相反，則無綽布310經(jīng)過壓輥310的包 角312為180。，第三切點302c的位置位于第一切點302a和第二切點302b 之間，在這種情況下，當(dāng)無綿布310"l妄觸到壓輥302后，壓輥302在第一切 點302a處開始為無煒布310a預(yù)熱，預(yù)熱后的無綿布310在第三切點302c處 被壓輥302和支承輥306層壓成型得到層壓布，層壓布再經(jīng)過第二切點302b 離開壓輥302，由于層壓布在層壓之后沒有馬上離開壓輥302,在第三切點 302c與第二切點302b之間還要經(jīng)過一段時間的加熱，雖然這個時間會4艮短， 但也是不利于層壓布的性能的，因此第三切點302b應(yīng)該盡量靠近第二切點 302c，最好第三切點302b與第二切點302c能夠重合。并且，由于包角達到 180。，層壓布每層無煒布的曲率也存在差異，即越靠近壓輥的無綿布曲率越 大，層與層之間可能會存在被撕開的危險。雖然這種曲率差異很小，但也會 影響復(fù)合材料的性能，因此，無煒布310經(jīng)過壓輥302的包角越小越好。考 慮到要給無綽布足夠的預(yù)熱時間，應(yīng)保證無煒布與壓輥足夠的接觸面積，因 此要盡量加大壓輥的直徑，但這又會增加材料成本，而且輥的非利用面積過 大，造成熱能的浪費。綜合考慮到以上因素，本發(fā)明提供直徑為100mm-600mm的壓輥，適用于對2 ~ 20層無煒布進行層壓定型；優(yōu)選的，本發(fā)明提 供直徑為400mm ~ 500mm的壓輥，適用于對2 ~ 10層無煒布進4亍層壓成型。
本發(fā)明中，支撐輥306與壓輥302保持壓力接觸。為了安裝方便以及易 于操作，在本實施例中，支撐輥306豎直安裝在壓輥302的下面，即支撐輥306與壓輥302的軸連線^隊持豎直，并且第二切點302b與第三切點302c重 合，本實施例提供直徑為500mm的壓輥。
下面以制備纖維排列為(0。/90。)2的四層聚乙烯纖維增強復(fù)合材料為例， 說明本實施例所述復(fù)合機工作方式，按照以下步驟
1 )將第一層無蟀布的第一端經(jīng)過包角調(diào)整棍320后放置在壓輥302與支 承輥306之間，調(diào)整液壓裝置使壓輥302與支承輥306保持5MPa ~ 12MPa 的壓力接觸，定義第一層的纖維方向為0。方向、第一層為0。鋪層；
2) 調(diào)整包角調(diào)整輥320,使第一層無綽布經(jīng)過壓輥302的包角312為
40。；
3) 開啟加熱裝置使壓輥302表面保持50。C 80。C的溫度；
4) 將第二層無綷布裁減成正方形，正方形邊長與第一層無綷布寬度相等， 將裁減后的第二層無綽布放置在第一層無綿布上，第二層無綿布的纖維方向 與第一層無纟韋布的纖維方向呈90。夾角；
5) 開啟驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)壓輥302,在摩擦力的作用下，壓輥302帶動支承 輥和兩層無煒布運動，基體樹脂被壓輥加熱軟化，在壓輥的支承輥的壓力作 用下將兩層無綿布復(fù)合在一起，無綿布離開壓輥和支承輥后，基體樹脂被冷 卻，然后定型，得到第一張層壓布；可根據(jù)需要，連續(xù)放置第二層無綿布， 得到指定長度的層壓布；
6) 以制備第 一張層壓布同樣的工藝制備第二張層壓布；
7) 將第一張層壓布的一端經(jīng)過包角調(diào)整裝置輥320后放置在壓輥302 與支承輥306之間，調(diào)整液壓裝置使壓輥與支承輥保持8MPa ~ 16MPa的壓 力接觸；
8) 調(diào)整包角調(diào)整輥320,使第一張層壓布經(jīng)過壓輥302的包角為45°; 9 )開啟加熱裝置使壓棍302保持60°C ~ IO(TC的溫度；
10)將第二張層壓布^L置在第一張層壓布上，使四層布按照纖維方向為 0790。/0790。的鋪層方式疊在一起，開啟驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)壓輥302,在摩〗察力的 作用下，壓輥帶動兩張層壓布和支承輥運動，基體樹脂被壓輥加熱軟化或熔 化，在壓輥和支承輥的壓力作用下，兩張層壓布復(fù)合在一起，層壓布離開壓 輥和支承輥后，基體樹脂被冷卻，然后定型，得到四層纖維排列方式為(0/90°)2的層壓布。
將層壓布放置在熱壓模具內(nèi)，升溫至80°C ~ 100-。C范圍內(nèi)，加壓至 10MPa 15MPa,保持模具恒溫恒壓15分鐘 20分鐘，得到四層排列方式 為(0/90。)2聚乙烯纖維增強復(fù)合布，測量聚乙烯纖維增強復(fù)合布的面密度為 135g/m2~ 190g/m2。
將IO張聚乙烯纖維增強復(fù)合布疊放在熱壓才莫具內(nèi)，升溫至至120°C ~ 130 。C內(nèi)，加壓至18MPa 22MPa，保持模具恒溫恒壓20分鐘~ 25分鐘，得到 聚乙烯纖維增強復(fù)合板。
按照本發(fā)明，所述壓輥的前面指沿著無煒布的送給方向，在送入壓輥之 前的方向為壓輥的前面，無綿布離開壓輥的方向為壓輥的后面。為了達到將 無綷布預(yù)熱的目的，所述包角調(diào)整裝置位于壓輥前面調(diào)整無煒布經(jīng)過壓輥時 的包角，所述包角調(diào)整裝置至少包括一個位置可以移動的輥，但本發(fā)明不限 于此，也可以包括兩個或兩個以上的輥的組合。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機，包括機架；壓輥，裝在所述機架上，所述壓輥包括一中空輥筒、安裝在中空輥筒內(nèi)的加熱裝置；驅(qū)動所述壓輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置；支承輥，裝在所述機架上并位于所述壓輥的下方，所述支承輥表面由彈性材料制成；可升降支承輥使所述壓輥與支承輥保持壓力接觸的支承輥升降裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合機，其特征在于所述中空輥筒為不銹鋼光輥。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合機，其特征在于所述壓輥還包括測量中空 輥筒表面溫度的測溫裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合機，其特征在于所述測溫裝置包括與所述 中空輥筒保持滑動接觸的測溫頭。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合機，其特征在于所述支承輥升降裝置為液 壓裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合機，其特征在于所述液壓裝置包括兩個支 撐所述支岸義輥軸的兩端的液壓缸，所述兩個液壓缸由同 一個液壓泵或液壓馬達 驅(qū)動。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合機，其特征在于還包括裝在機架上并位于 壓輥前面的包角調(diào)整裝置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合機，其特征在于所述包角調(diào)整裝置包括至 少 一個可以上下移動的輥。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料的復(fù)合機，包括機架；壓輥，裝在所述機架上，所述壓輥包括一中空輥筒及中空輥筒內(nèi)的加熱裝置；驅(qū)動所述壓輥旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置；支承輥，裝在所述機架上并位于所述壓輥的下方，所述支承輥表面由彈性材料制成；可升降支承輥使所述壓輥與支承輥保持壓力接觸的支承輥升降裝置。本發(fā)明通過提供一個帶有內(nèi)置加熱裝置的中空壓輥和一個通過使用液壓裝置加壓的彈性支承輥可以對聚乙烯纖維無緯布在指定的溫度和壓力下進行層壓成型，特別適用于連續(xù)制備聚乙烯纖維增強復(fù)合材料。
文檔編號D06M17/00GK101514527SQ20081000930
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者周成程 申請人:寧波榮溢化纖科技有限公司