一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及其方法
阅读说明：本技术 一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及其方法 (Impregnation device and method for preparing chopped fiber premix ) 是由 陈志诚 李世成 李涛 史文锋 沈辉 谢钟清 刘启抱 常舰 周科旭 叶鹏华 贾娜 于 2020-12-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置,所述浸渍装置包括：制备系统,其包括储料桶以及与储料桶管路连接的注胶桶,储料桶与注胶桶内储存有第一物料,其中,注胶桶与控制系统连接,以定量控制注胶桶内的第一物料的注胶量；金属平台,其内铺设有第二物料,金属平台底部设有出胶口以及进胶口,其中,第一物料通过进胶口注入金属平台内与第二物料混合后形成短切纤维预混料,其由出胶口流出,流出的短切纤维预混料通过管路流入与金属平台管路连接的集液桶内；密封薄膜以及控制系统。此外,本发明还公开了一种用于制备短切纤维预混料的浸渍方法。该浸渍装置及方法提高了所获得的短切纤维预混料的浸渍效果,缩短混合时间,提高工作效率。(The invention discloses a dipping device for preparing a chopped fiber premix, which comprises: the preparation system comprises a storage barrel and a glue injection barrel connected with the storage barrel through a pipeline, wherein first materials are stored in the storage barrel and the glue injection barrel, and the glue injection barrel is connected with the control system so as to quantitatively control the glue injection amount of the first materials in the glue injection barrel; the metal platform is internally laid with a second material, and the bottom of the metal platform is provided with a glue outlet and a glue inlet, wherein the first material is injected into the metal platform through the glue inlet and is mixed with the second material to form a short-cut fiber premix which flows out from the glue outlet, and the flowing short-cut fiber premix flows into a liquid collecting barrel connected with a metal platform pipeline through a pipeline; sealing membrane and control system. In addition, the invention also discloses an impregnation method for preparing the chopped fiber premix. The impregnation device and the impregnation method improve the impregnation effect of the obtained chopped fiber premix, shorten the mixing time and improve the working efficiency.)
技术领域
本发明涉及一种预混料的预处理装置及其方法，尤其涉及一种预混料的浸渍装置及其方法，尤其特别涉及一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及其方法。
背景技术
由于复合材料具有许多单一材料所不具备的性能，因此使其在许多领域得到了广泛应用。通常来讲，聚合物基复合材料的制备工艺有一步法和两步法之分，其中，两步法是预先对纤维树脂进行混合浸渍加工，使之形成半成品，再由半成品成型出复合材料制品。采用短切纤维和树脂混合，形成的半成品即复合材料预混料。目前短切纤维预混料均是通过先将纤维短切然后和树脂搅拌均匀再通过热处理的方式制得，这种方法制备的预混料由于大量使用人工操作，存在质量不稳定，生产效率低，生产环境差，对人体有害等缺点。
通过对现有专利文献的检索发现：
例如，公开号为CN110576626A，公开日为2019年12月17日，名称为“一种复合材料预混料的制备方法”的中国专利文献公开了一种复合材料预混料的制备方法。但是需要指出的是，该专利文献所公开的技术方案中并未涉及对纤维和树脂浸渍过程的工艺以及设备的改进。
又例如，公开号为CN110576624A，公开日为2019年12月17日，名称为“一种短切纤维预混料的制备方法”的中国专利文献公开了一种短切纤维预混料的制备方法。在该专利文献所公开的技术方案中，其主要包括：将纤维和导流网均匀铺放在平面上；通过真空源将密封袋抽至真空状态；通过加压注胶设备将定量胶液注入密封袋内与纤维混合；将混合后的混合物经过热处理以及短切制备成短纤维预混料。该发明采用真空导流的方式将纤维和树脂混合，保证纤维和树脂的混合均匀，杜绝纤维未浸润完全的情况；采用加压灌注的方式注入树脂，能大幅减少注胶时间；采用在密封袋外部通过压缩空气加压的方式，可调节密封袋内压力，控制预混料含胶量；采用热处理的方法可以去除预混料中不必要的挥发物成分，进而提高其制成复合材料的内部质量。但是需要指出的是，该专利文献所公开的技术方案中并未涉及对纤维和树脂浸渍过程的工艺以及设备的改进。
由此可以看出，目前市场上缺乏满足对于短切纤维预混料浸渍工艺的设备。其难度在于：其一、现有设备没有加压注胶导入装置，因而，注胶速度不足；其二，现有的设备通常采用刚性密闭空间或模具，这会导致纤维没有填充的部分都是树脂的聚集，造成富树脂，同时树脂含量控制不准确。
此外，上述对比文件中，虽然有设备原理图，但具体的实施过程中却存在一定问题，比如，单纯的采用硅胶膜在真空吸附下能自然形成真空密封，但是在生产过程中碳纤维会粘附在硅胶膜表面，使用几次后密封效果不佳，，硅胶皮容易翘曲，且很容易漏气，本发明采用气缸和框式装置加压，密封效果好，且操作简单，长期使用无漏气风险。
再者，上述对比文件未涉及如何实现胶液的定量称量，其存在每次都需要单独配胶的问题，因而，整体制备工艺费时费力。
基于此，期望获得一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及方法，该浸渍装置和方法可以实现将大量的胶液和溶剂加入储胶罐内，一次性搅拌均匀，一次性大量配置胶液，通过计量泵和注胶罐底部电子称实现快速的胶液定量称量，以提高所获得的短切纤维预混料的浸渍效果，缩短混合时间，提高工作效率。并且，该浸渍装置及方法可以采用气缸实现盖体的升降和锁紧、密封，操作简单、有效。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及方法，该浸渍装置及方法可以提高短切纤维预混料的浸渍效果，在进行注胶过程中，可以实现精确定量注胶。此外，该浸渍装置及方法可以缩短预混料的混合时间，提高工作效率，自动化操作方便。
为了实现上述目的，本发明提出了一种用于制备短切纤维预混料的浸渍装置，所述浸渍装置包括：
制备系统，所述制备系统包括储料桶以及与所述储料桶管路连接的注胶桶，所述储料桶与注胶桶内储存有第一物料，其中，所述注胶桶与控制系统连接，以定量控制注胶桶内的第一物料的注胶量；
金属平台，所述金属平台内铺设有第二物料，所述金属平台底部设有出胶口以及进胶口，其中，第一物料通过进胶口注入金属平台内与第二物料混合后形成短切纤维预混料，所述短切纤维预混料由所述出胶口流出，流出的短切纤维预混料通过管路流入与金属平台管路连接的集液桶内；
密封薄膜，所述密封薄膜与金属平台密封连接形成柔性腔体，所述柔性腔体的体积随注入的第一物料的注胶量变化而变化，所述柔性腔体的外表层由密封薄膜构成；
以及控制系统，所述控制系统包括控制第一物料流动的流路控制装置、控制柔性腔体内真空度的气路控制装置、称取第一物料以及第二物料质量的电子秤以及与流路控制装置、气路控制装置以及电子秤电连接的自动化控制装置。
在本发明所述的技术方案中，控制系统的流路控制装置控制注胶桶内的第一物料在进入金属平台时的注胶量，尤其是可以通过加压装置对第一物料的注入进行计算，以定量并精确地注入第一物料。
此外，通过密封薄膜与金属平台所形成的柔性腔体可以便捷快速获得密封袋，从而无需如现有技术中的复合材料成型工艺获得密封袋，提高了本案所述的浸渍装置的制备效率。具体来说，现有技术中需要采用复杂繁琐的工艺获得密封袋，例如通过密封胶条以及真空袋来制备获得密封袋，这势必使得现有技术的工艺流程复杂，效率降低。
另外，在本发明所述的技术方案中，采用了电子秤配合流路控制装置从而实现了精确称取制备得到所需要的第一物料，并且通过自动化控制装置对于过程参数的控制，以定量向金属平台内注入第一物料。
再者，在本发明所述的技术方案中，气路控制装置可以包括真空泵，以控制柔性腔体内真空度并且保证了柔性腔体内的负压。
在一些优选的实施方式中，密封薄膜采用硅胶膜。
优选地，储料桶底部出胶，所述储料桶的底部为圆弧形，储料桶整体桶身材料为不锈钢，耐压不低于0.2MPa。所述储料桶的第一密封盖与桶身的连接部分设有橡胶圈密封。
更为优选地，所述储料桶还设有排气阀。
更为优选地，所述储料桶还设有液位显示装置，以显示液位。
优选地，注胶桶底部出胶，所述注胶桶的底部为圆弧形，注胶桶整体桶身材料为不锈钢，耐压不低于0.2MPa。所述注胶桶的第二密封盖与桶身的连接部分设有橡胶圈密封。
更为优选地，所述注胶桶还设有排气阀。
更为优选地，所述注胶桶还设有液位显示装置，以显示液位。
优选地，所述集液桶接口设于顶部，所述集液桶桶身材料为不锈钢，耐压不低于0.2MPa。所述集液桶的盖体与桶身的连接部分采用橡胶圈密封。
更为优选地，所述集液桶还设有排气阀。
更为优选的，所述集液桶还设有真空压力表，以显示所述集液桶内的真空压力。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，第一物料采用树脂，第二物料采用纤维。
优选地，所述流路控制装置包括：
泵，所述泵设于所述储料桶与所述注胶桶连接管路上，以控制第一物料由储料桶流入注胶桶内；
以及加压系统，所述加压系统与所述注胶桶连接，所述加压系统向注胶桶内加压，以控制注胶桶内的第一物料向所述金属平台注胶时的注胶量。
优选地，所述加压系统包括气源以及减压阀，其中，所述气源为压缩空气气源。
优选地，所述泵为计量齿轮泵。
优选地，所述浸渍装置还包括搅拌器，所述搅拌器分别设于储料桶与注胶桶内，搅拌器用于充分搅拌。
更为优选地，所搅拌器采用气动搅拌，转速为0～3000转/分，转速可调。
优选地，所述浸渍装置还包括升降气缸，所述升降气缸分别与储料桶的第一密封盖、注胶桶的第二密封盖以及所述控制系统连接，所述控制系统控制所述升降气缸动作，以打开或关闭第一密封盖和/或第二密封盖。
优选地，所述浸渍装置还包括密封薄膜升降系统，所述密封薄膜升降系统用于控制密封薄膜的升降动作，其包括：
龙门桥架；
以及平台升降气缸，所述平台升降气缸设置于所述龙门桥架上，所述平台升降气缸的气动件沿所述龙门桥架的高度方向移动；
其中，所述平台升降气缸的气动件末端设有框式压紧圈，所述密封薄膜设于框式压紧圈上。
更为优选地，密封薄膜压紧在框式压紧圈上，由此，框式压紧圈随同平台升降气缸的气动件沿所述龙门桥架的高度方向移动，当平台升降气缸的气动件移动至其行程最大位置处时，框式压紧圈实现密封薄膜与金属平台之间接触部位的压紧。
所述框式压紧圈有利于更换。在一些实施方式中，所述框式压紧圈采用铝合金。
此外，更为优选地，所述框式压紧圈与平台升降气缸采用螺钉连接。
优选地，所述龙门桥架上设有定位销，以限定所述平台升降气缸的移动距离。
优选地，所述密封薄膜升降系统包括至少一个平台升降气缸。
更为优选地，所述平台升降气缸可以设置为2个或4个。所述平台升降气缸均布放置，例如：可以沿龙门桥架的中心轴均匀设置。
优选地，在本发明所述的技术方案中，所述管路采用胶管连接，连接部位采用转接头。
更为优选地，真空泵的调节阀压力调节范围为0～0.7MPa，精度要求0.01MPa。
优选地，电子称与注胶桶采用螺钉连接，精度不低于1g。
更为优选地，所述金属平台采用不锈钢。
在一些实施方式中，优选地，所述金属平台的进胶口设于金属平台的中心位置，出胶口设于进胶口两侧。在所述进胶口外沿位置具有凹槽，凹槽四周与密封薄膜接触处设置硅胶密封圈，以提高密封效果。
优选地，所述平台升降气缸与龙门桥架之间采用螺钉连接。
优选地，真空泵的极限真空度≤-0.095MPa，更为优选地可以设置带双通阀门，以控制抽真空功能的接入与断开。
优选地，控制系统与电子称、泵、真空泵、气缸、平台用升降气缸相连，实现所有参数实时监测和特定功能的自动化控制功能。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种用于制备短切纤维预混料的浸渍方法，所述浸渍方法采用上述的浸渍装置获得短切纤维预混料。
与现有技术相比，本发明所述的用于制备短切纤维预混料的浸渍装置及其方法具有如下所述的优点以及有益效果：
1、本案能够实现精准有效定位，缩短短切纤维预混料加入模腔的时间，杜绝模具损伤将金属夹杂引入制品的风险。
2、本案能够实现提高短切纤维预混料的浸渍效果，在进行注胶过程中，可以实现精确定量注胶。
3、本案能够实现提高工作效率，自动化操作更为方便。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所述的用于制备短切纤维预混料的浸渍装置在一些实施方式中的结构示意图；
附图标记：
减压阀1、控制系统2、升降气缸3、储料桶4、泵5、注胶桶6、电子称7、集液桶8、真空泵9、搅拌器10、平台用升降气缸11、金属平台12、密封薄膜13、龙门桥架14、框式压紧圈110、第一密封盖41以及第二密封盖61。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，在本实施例中，用于制备短切纤维预混料的浸渍装置包括：制备系统、金属平台12、密封薄膜13以及控制系统。
其中，制备系统包括了储料桶4以及与储料桶4管路连接的注胶桶6，储料桶4与注胶桶6内储存有第一物料，在本案中第一物料为树脂。
而进一步参考图1可以看出，注胶桶6底部设有电子秤7。减压阀1、升降气缸3、搅拌器10、储料桶4、注胶桶6、泵5以及电子秤7彼此配合，用于将树脂以一定压力定量注入金属平台12内。
具体来说，减压阀1与压缩空气气源连接，以调节气源压力。而升降气缸3用于控制储料桶4的第一密封盖41、注胶桶6的第二密封盖61的打开和关闭。为了树脂的充分溶解，本实施例中的浸渍装置设有搅拌器10，搅拌器10分别设置于储料桶4以及注胶桶6中。搅拌器10采用气动搅拌，转速0～3000转/分，转速可调。电子称7与注胶桶6采用螺钉连接，精度不低于1g。
泵5用于将储料桶4中的树脂转移至注胶桶6中。注胶桶6与储料桶4之间的管路通过胶管连接，在胶管与设备的连接处可以采用转接头进行连接。泵5优选采用计量齿轮泵。
金属平台12内铺设有第二物料，在本案中，第二物料为纤维。金属平台12底部设有出胶口以及进胶口，其中，第一物料通过进胶口注入金属平台12内与第二物料混合后形成短切纤维预混料，短切纤维预混料由出胶口流出，流出的短切纤维预混料通过管路流入与金属平台12管路连接的集液桶8内；
密封薄膜13与金属平台12密封连接形成柔性腔体，柔性腔体的体积随注入的第一物料的注胶量变化而变化，柔性腔体的外表层由密封薄膜13构成。
参考图1可以看出，平台升降气缸11设置于龙门桥架14上，平台升降气缸11的气动件末端设有框式压紧圈110，密封薄膜13设于框式压紧圈110上。
密封薄膜13压紧在框式压紧圈110上，由此，框式压紧圈110随同平台升降气缸11的气动件沿龙门桥架14的高度方向移动，当平台升降气缸11的气动件移动至其行程最大位置处时，框式压紧圈110实现密封薄膜13与金属平台12之间接触部位的压紧。
在一些优选的实施方式中，密封薄膜13采用硅胶膜。
进一步参考图1可以看出，储料桶4底部出胶，而储料桶4的底部为圆弧形，储料桶4整体桶身材料为不锈钢，耐压不低于0.2MPa。储料桶4的第一密封盖41与桶身的连接部分设有橡胶圈密封。在一些优选的实施方式中，储料桶4还可以设置排气阀。储料桶4还设有液位显示装置，以显示液位。
另外，注胶桶6底部出胶，注胶桶6的底部为圆弧形，注胶桶6整体桶身材料为不锈钢，耐压不低于0.2MPa。注胶桶6的第二密封盖61与桶身的连接部分设有橡胶圈密封。在一些优选的实施方式中，注胶桶6还可以设置排气阀。注胶桶6还设有液位显示装置，以显示液位。
再者，集液桶8接口设于顶部，集液桶8桶身材料为不锈钢，耐压不低于0.2MPa。集液桶8的盖体与桶身的连接部分采用橡胶圈密封。在一些优选的实施方式中，集液桶8还设有排气阀。此外，集液桶8还设有真空压力表，以显示集液桶8内的真空压力。
控制系统2包括控制第一物料流动的流路控制装置、控制柔性腔体内真空度的真空泵9、称取第一物料以及第二物料质量的电子秤7以及与流路控制装置、气路控制装置以及电子秤7电连接的自动化控制装置。
其中，流路控制装置由泵5以及加压系统构成，其中，泵5设于储料桶4与注胶桶6的连接管路上，以控制第一物料由储料桶4流入注胶桶6内。而加油系统由减压阀1与压缩空气气源构成，通过调节减压阀1以控制气源输出的气体气压大小，以对注胶桶6内加压，进而调整注胶桶6内的第一物料向金属平台12注胶时的注胶量。
而对柔性腔体内真空度的控制可以通过真空泵9实现，真空泵9将密封薄膜13和金属平台12组成的密封空间(即柔性腔体)内进行抽真空，以保证负压，真空泵9的极限真空度≤-0.095MPa，并且为了控制抽真空功能的接入与断开，真空泵9可以采用具有双通阀门的真空泵。真空泵9的调节阀的压力调节范围为0～0.7MPa，精度要求0.01MPa。
在一些实施方式中，控制系统2的处理装置可以与电子秤、泵5、真空泵9、升降气缸3以及平台升降气缸11电连接，以实现所有参数的实时监测和特定功能的自动化控制。
平台升降气缸11可以设置为2个或4个。平台升降气缸11均布放置，例如：可以沿龙门桥架12的中心轴均匀设置。
需要说明的是，金属平台12的进胶口设于金属平台12的中心位置，出胶口设于进胶口两侧。在进胶口外沿位置具有凹槽，凹槽四周与密封薄膜13接触处设置硅胶密封圈，以提高密封效果。
平台升降气缸11与龙门桥架14之间采用螺钉连接。
结合图1，对采用本实施例中的用于制备短切纤维预混料的浸渍装置进行浸渍的方法进行说明：
1、第一物料注入注胶罐
S1、控制升降气缸3将储料桶4的第一密封盖41打开，将配好的30kg树脂倒入，控制升降气缸3将储料桶的第一密封盖41关闭，启动搅拌器10，转速100转/分；
S2、将注胶桶6与金属平台12间连接的胶管用管夹夹死；
S3、开启计量齿轮泵，将2.0kg树脂注入到注胶桶内；
2、纤维准备：
S4、用电子称7称取2.0kg碳纤维；
S5、将纤维铺放在金属平台12凹槽内，均布对称放置；
S6、密封薄膜13与框式压紧圈110压紧安装到位，启动平台升降气缸11，将密封薄膜13与框式压紧圈110一起移动，直至与金属平台12压紧、密封；
S7、打开真空泵9，将密封薄膜13内的空气抽走，至真空度≤-0.095MPa，保持5min不漏气。
3、注胶
S8、将真空泵9的调节阀的压力调节为0.1MPa；
S9、将注胶桶6与金属平台12间连接的胶管用管夹打开；
S10、待2.0kg树脂都注入金属平台12后，调节真空泵9的调节阀；
S11、继续抽真空，直至树脂完全将纤维浸渍；
S12、关闭真空系统，打开框式压紧圈110，将材料取出。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
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