[实用新型]一种纤维增强复合材料管的连续化成型装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及复合材料制品的成型设备，特别涉及一种纤维增强复合材料管的连续化成型装置。

背景技术

纤维增强复合材料管是一种复合材料制品，常见的增强纤维有玻璃纤维和碳纤维等。和传统的金属管材相比，其拥有质量轻，强度高，耐蚀性强的优点，可被用于代替金属材料作为各种结构件，在航空航天、汽车制造、纺织机械等许多领域都有广泛应用。

纤维增强复合材料管通常通过缠绕成型或卷管成型的方法进行制备，缠绕成型即浸过基体树脂胶液的连续纤维在张力作用下按照一定规律缠绕到芯模上，达到一定厚度后经固化、脱模获得的。纤维缠绕成型工艺具有机械自动化、可靠性高、生产效率高、制品质量高而稳定的优点。然而现有的纤维缠绕设备无法进行小角度或轴向纤维的缠绕，缠绕角一般要求大于15度。当缠绕角小于15度时，纤维在张力作用下易在管口处发生滑脱，使缠绕失败，另外还会出现展纱不良的问题。

卷管成型是将纤维预浸料在卷管机上热卷成型复合材料管材的一种方法。和缠绕成型相比，卷管成型的优势在于该方法对铺层纤维的方向没有限制，可进行小角度或轴向纤维铺层的铺设，且操作方便；其缺点在于成型过程中纤维预浸料的张力较小，导致所制得管材的强度不高，主要用于对强度要求较低的民用制品的成型，如鱼竿和高尔夫球杆等。

随着科学技术的发展，许多领域对材料的性能也提出了更高的要求。为了使管件具有尽可能高的抗弯刚度和轴向强度，纤维应沿轴向排布，且纤维与芯模轴线夹角越小，管的抗弯刚度和轴向强度越高。由于缠绕角度的限制，缠绕成型的纤维增强复合材料管的抗弯刚度和轴向强度都不高；卷管成型虽然能进行轴向纤维的铺设，但是所制得管件的强度无法满足较高要求。

为了使管件保证周向强度的同时，具有较高抗弯刚度和轴向强度，目前缠绕成型工艺已有了不同方式的改进。常用的方法是在缠绕前在芯模表面包覆一层或多层纤维网格布或纤维毡作为内衬层，再进行纤维的缠绕成型，这种方法通过内衬层提供了一定的轴向强度，但效果并不显著。其余方法主要可分为两类。一类是在芯模端头设计挂纱装置，以防止在小角度缠绕时纱线滑脱，但这类方法需要使用特制的芯模，脱模时还需拆除挂纱装置，且挂纱装置占据了一定缠绕面积；另一类是一定宽度的单向布或网格布带经浸胶后以环向缠绕的方式在芯模表面缠绕，提供一定的轴向强度。通过这类方法制得的复合材料管能保证一定的轴向强度，但由于增强纤维沿轴线方向不连续，所以抗弯刚度并不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种纤维增强复合材料管的连续化成型装置，其生产的复合材料管具有纤维缠绕层和预浸料卷绕层，并且纤维可以沿任意角度排列，能够加强复合材料管的抗弯刚度和轴向强度，克服现有技术中存在的上述问题。

本实用新型的一种纤维增强复合材料管的连续化成型装置，其包括：芯模，芯模穿设有芯轴；床头箱，床头箱上设有带有卡盘的驱动轴，驱动轴通过卡盘夹持芯轴，驱动芯模转动；纤维缠绕机构，包括辅助设备、导丝头、小车和床身，所述导丝头固定在所述小车上，所述小车安装在所述床身上并能沿所述芯模轴向往复运动，所述床身与所述床头箱的距离可调，纤维经所述辅助设备后通过导丝头缠绕于所述芯模的待加工面上；预浸料卷绕机构，包括传动机构、预浸料高度调节机构、预热机构和离型纸收卷装置，所述传动机构安装在所述预浸料高度调节机构上并位于所述芯模的下方，置于所述传动机构上的预浸料随传动机构运动，所述预热机构置于所述传动机构的下方加热所述预浸料；在将所述预浸料卷绕到所述待加工面上时，所述预浸料高度调节机构将传动机构调高至与所述待加工面的下表面贴合；所述离型纸收卷装置包括上离型纸收卷装置和下离型纸收卷装置，所述上离型纸收卷装置设在所述传动机构的上方，所述下离型纸收卷装置设在所述芯模的上方并与芯模平行设置。本实用新型采用纤维缠绕机构和预浸料卷绕机构相互配合，可生产出具有纤维缠绕层和预浸料卷绕层的复合材料管，可完成包括轴向纤维的任意角度纤维的铺层，其所制备的复合材料管具有更高的轴向强度和抗弯刚度。

本实用新型所述预热机构的预热方式为热辊加热、传送带加热、红外灯辐照、热风预热或电热板预热。

本实用新型所述连续化成型装置还包括控制机构，所述传动机构上设有速度调节机构，所述床头箱上设有转速传感器，所述转速传感器将所述芯模的转速传给所述控制机构，所述控制机构通过所述速度调节机构控制所述传动机构的速度。采用控制机构，使传动机构的速度与芯模的转速匹配便于将预浸料卷绕到芯模上，便于生产制造，节省生产时间。