專利名稱：一種用于制備聚乙烯纖維增強復合材料的復合機上的壓輥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備聚乙烯纖維增強復合材料的復合機，尤其涉及一種制備 聚乙烯纖維增強復合材料的復合機上的壓輥。
背景技術：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維也稱超高模聚乙烯纖維或伸長鏈聚 乙烯纖維，是指相對分子質量在(l 6)x106的聚乙烯，經(jīng)紡絲-超拉伸后制成 的超高分子質量聚乙烯(UHMWPE)纖維。它是繼碳纖維、Kevlar(芳綸)纖維 之后的第三代高性能纖維。聚乙烯纖維增強復合材料與其它纖維增強復合材料 相比，具有質量輕、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、體育運動器材等領域亦有廣闊的應用前景。因此，聚乙烯纖維 自問世起就倍受重視，發(fā)展很快。
目前制備通常采用層壓方法制備聚乙烯纖維增強復合材料，經(jīng)過如下工 藝步驟無綿布的制備-無綿布層壓成型-纖維增強復合材料的定型。無絆布 (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，無緯布避免了經(jīng)緯紗線的交織，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性能；另外，經(jīng)緯 交織處容易出現(xiàn)空隙，影響復合材料性能，而無煒布則是纖維平行排列，因
此復合材料會在最大程度上繼承纖維的力學性能。
無綿布層壓成型工藝是指按照需要將多層無綽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(0/90。)n、 (0°)n、 (0/ +45° A45790。)n等多種分布。無綿布進行層壓成型后，再進行一步的加壓固化制成 纖維增強復合材料。無綿布層壓成型工藝對于最終的復合材料性能有著重要 的影響，層壓時的溫度和壓力是無煒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。
目前，國內(nèi)比較成熟的制備聚乙烯纖維增強復合材料的方法一般為手工 操作，按照需要的尺寸，將多層無綽布放在模具內(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?？紤]到聚乙烯纖維層壓工藝的特點，本發(fā)明人考慮可以通過提供一個旋 轉的壓輥，并在壓輥的下面提供一個表面為彈性材料的支撐輥和使支撐輥上
下移動的升降裝置，支撐輥在升降裝置的作用下可以與壓輥保持壓力接觸；
并在壓輥內(nèi)設置加熱裝置使壓輥表面溫度升高到聚乙烯纖維層壓工藝需要的 溫度，然后將無綽布連續(xù)的通過壓輥與支撐輥加壓成型，便可以連續(xù)制備聚 乙烯纖維層壓布。
由于聚乙烯纖維層壓布成型壓力最高可達10MPa，因此普通的中空壓輥 在支撐輥壓力的作用下，輥壁容易發(fā)生撓度變形。在連續(xù)制備聚乙烯纖維層 壓布時，需要保持各處壓力的均勻，撓度變形大的中空壓輥顯然會影響制備 聚乙烯纖維層壓布的工藝穩(wěn)定性，導致各處性能不均勻。
因此，需要一種能夠用于制備聚乙烯纖維層壓布的壓輥，在連續(xù)制備聚 乙烯纖維層壓布時，此壓輥不容易發(fā)生撓度變形。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題在于，提供一種能夠用于對聚乙烯纖維增強復合 材料進行層壓成型的壓輥。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種用于制備聚乙烯纖維增強復合材 料的壓輥，包括一個軸及套在軸外并與軸保持同心的輥筒，所述軸的兩端與 輥筒分別由對稱分布在輥筒兩端的第 一輻板和第二輻板定位連接形成輥筒內(nèi) 的中空區(qū)域，在所述的中空區(qū)域內(nèi)設有加熱裝置，其特征在于所述第一輻板 和第二輻板向輥筒中間傾斜連接到輥筒內(nèi)部。
優(yōu)選的，所述中空區(qū)域為封閉區(qū)域。 優(yōu)選的，所述第一輻板與金屬軸所成角度為40°~70°。 優(yōu)選的，所述壓輥還包括測量輥筒表面溫度的測溫裝置。 優(yōu)選的，所述測溫裝置包括與輥筒表面保持滑動接觸的測溫頭。 優(yōu)選的，所述壓輥內(nèi)的加熱裝置可以為光加熱管裝置。 優(yōu)選的，所述壓輥的中空輥筒為不銹鋼光輥筒。
優(yōu)選的，所述紅外加熱裝置包括若干根以壓輥的軸為中心圓周陣列分布 的加熱管。
優(yōu)選的，所述加熱體的數(shù)量為2根到20根。按照本發(fā)明，在使用本發(fā)明提供的壓輥制備聚乙烯纖維增強層壓布時， 需要在壓輥下面設置一個支承輥，通過升降支承輥與壓輥保持壓力接觸，然 后通過旋轉壓輥帶動無綿布和支承輥運動，可以連續(xù)制備聚乙烯纖維增強層 壓布。
一般制備聚乙烯纖維增強層壓布，要施加0.5MPa-10MPa的壓力并在 50°C 80。C的溫度下實行層壓工藝，因此需要提供足夠強度的鋼輥來實行層 壓工藝。另外，還需要在壓輥內(nèi)設置為其表面加熱的加熱裝置，在進行層壓 工藝時，為了保證足夠的加熱以及加壓時間，需要提供半徑足夠大的壓輥來 保證壓輥與聚乙烯纖維增強無綽布的接觸面積。因此，本發(fā)明優(yōu)選壁厚為 20mm 50mm、直徑為350mm ~ 450mm、長度為1200mm ~ 2200mm的中空 鋼輥。
為了減小中空壓輥在支承輥的壓力作用下產(chǎn)生的撓度變形，使無綿布各 處受到均勻的壓力。本發(fā)明提供的壓輥，其中空輥筒和軸的兩端分別由對稱 分布在輥筒兩端的第一輻板和第二輻板定位連接形成輥筒內(nèi)的中空區(qū)域，第 一輻板和第二輻板向輥筒內(nèi)傾斜連接到輥筒內(nèi)部。由于第 一輻板和第二輻板 對輥筒的支點向輥筒中間靠近，減少了作用在輥筒壁上的使其產(chǎn)生撓度變形 的載荷，因此可以有效減d、輥筒的撓度變形。并且，通過提供與金屬軸成40。 ~ 70。角的兩個輻板，還可以起到穩(wěn)固的支撐作用，因此本發(fā)明提供的壓輥可以 有效的減小中空壓輥產(chǎn)生的撓度變形，使其撓度變形不至于影響層壓布的性 能。
本發(fā)明提供的制備聚乙烯纖維增強復合材料的復合機上的壓輥，適用于 連續(xù)制備聚乙烯纖維增強層壓布。本發(fā)明通過提供向壓輥的中空輥筒內(nèi)傾斜 的對稱輻板連接壓輥的中空輥筒和軸，可以有效地減小壓輥輥筒的撓度變形， 制備性能均勻的聚乙烯纖維增強層壓布。本發(fā)明通過在中空壓輥內(nèi)提供光加 熱管裝置，可以有效、均勻的對中空輥筒表面進行加熱，穩(wěn)定制備聚乙烯纖 維層壓布的層壓工藝。
圖1是本發(fā)明第一實施例提供的制備聚乙烯纖維增強層壓布的復合機上 所用壓輥示意5圖2是本發(fā)明第一實施例提供的有壓輥和支承輥構成的復合機示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種制備聚乙烯纖維增強復合材料的復合機上的壓輥，以下 以實施例說明本發(fā)明提供的用于制備聚乙烯纖維增強復合材料的壓輥的具體 實施方式。
參見圖1和圖2，圖1為本發(fā)明第一實施例提供的制備聚乙烯纖維增強 復合材料的復合機上的壓輥的示意圖，圖2為本實施例提供的壓輥與支承輥 構成的復合機的示意圖。本實施例提供的壓輥101包括一個長度為1800mm、 直徑為80mm的軸101a,在軸101a的外面套著直徑為400mm、壁厚為25mm、 長度為1400mm的中空輥筒101b。中空輥筒101b與軸101a同心地水平安裝 在工作架上。
中空輥筒101b和軸101a通過對稱分布在輥筒兩端的厚度均為20mm的 第一輻板101c和第二輻板101d定位連接形成輥筒內(nèi)的中空區(qū)域，第一輻板 101c和第二輻板lOld向輥筒內(nèi)傾斜連接到輥筒內(nèi)部，與軸成45。的角，在輥 筒兩端各預留兩段135mm的長度。為了保證層壓布表面的光潔度質量，中空 輥筒為不銹鋼光輥制成。
當連續(xù)制備聚乙烯纖維層壓布時，本實施例在壓輥下面提供一個可以升 降的水平安裝的、直徑為400mm的支承輥102,支承輥的與壓輥的軸連線保 持豎直。為了增加支承輥102與壓輥的接觸面積，支承輥表面由厚度為25mm 的硬質彈性橡膠制成。為了使支承輥102與壓輥在制備層壓布時保持壓力接 觸，進一步設有使支承輥升降的液壓裝置(未畫出)，液壓裝置包括用于連接 在支承輥102軸兩端的兩個液壓缸，兩個液壓釭由同一個液壓泵驅動。液壓
地與壓輥101保持壓力接觸。另外，本實施例中還提供驅動壓輥旋轉的驅動 裝置(未畫出)。
制備聚乙烯纖維層壓布時，無綿布的膠粘劑被力。熱并固化，因此本實施 例在中空輥筒與輻板形成的中空區(qū)域內(nèi)，設置光加熱管裝置103，光加熱裝 置通過加熱中空輥筒從而加熱聚乙烯纖維增強無煒布。由于光加熱具有控溫 好、加熱快等優(yōu)點，并且由于光加熱對輥筒壁是輻照加熱的形式，因此有利 于對輥筒壁進行均勻的加熱，穩(wěn)定層壓工藝。本實施例^是供的光加熱裝置， 包括六根長度為1150mm的加熱管，加熱管以軸101a為中心圓周陣列分布并與輥筒內(nèi)壁的距離為20mm。
由于制備聚乙烯纖維層壓布是一個連續(xù)進行的過程，本實施例提供一個 測量輥筒表面溫度的測溫裝置，測溫裝置包括一個與輥筒外表面保持滑動接 觸的測溫頭104,測溫裝置可以實時監(jiān)測輥筒表面溫度，控制層壓工藝溫度。
按照本發(fā)明，通過提供向中空輥筒內(nèi)傾斜的輻板支撐中空輥筒，支承輥 作用在中空輥筒壁上的載荷被兩塊輻板的支點分成三部分，如圖1中所示， 箭頭表示支承輥作用在中空輥筒上的載荷，只有位于輻板中間的載荷部分使 輥筒壁發(fā)生撓度變形，而且輻板兩端的載荷對于中間載荷還起到一定的抵消 和阻礙作用，因此可以有效地減小中空輥筒發(fā)生撓度變形的趨勢。
雖然將輻板對輥筒的支點移到輥筒內(nèi)時，可以提供與軸垂直的輻板連接 中空輥筒和軸，但是由于要在有限的中空輥筒空間內(nèi)為加熱裝置預留足夠的 空間，因此本發(fā)明提供了中空輥筒內(nèi)傾斜的輻板連接中空輥筒和軸。并且， 輻板與軸101a要成合適的角度，本發(fā)明中，輻板與軸成角為40°~70°,成角 太大時，支點比較靠外，抑制輥筒發(fā)生撓度變形的作用不明顯；成角太小時， 不利于安裝加熱裝置。
本實施例以制備纖維排列方向為079070790。的四層聚乙烯纖維增強層 壓布為例，具體說明本發(fā)明提供的壓輥在制備聚乙烯纖維增強無煒布時的工 作方式，本實施例無綿布中聚乙烯纖維強度大于35g/d、纖度為2.5d,膠粘劑 為KRATOND-1107，制備過程按以下步驟
1)將第一無綽布的放開端放置在壓輥101與支承輥102之間；
2 )開啟支承輥升降裝置，使支承輥102與壓輥101之間保持2MPa的壓 力接觸，開啟壓輥101的加熱裝置使壓輥表面升溫到65°C;
3 )將第二無綿布裁減成邊長為與第一無綿布寬度相等的正方形，將若干 張裁減好的第二無綽布依次、連續(xù)地放置在第一無煒布上，第二無綽布的纖 維排列方向與第 一無綿布的纖維排列方向垂直；
4)開啟驅動裝置使壓輥101旋轉，在摩擦力的作用下，壓輥101帶動支 承輥102和兩層無綿布運動，基體樹脂加熱軟化，在壓輥和支承輥壓力作用 下，兩層無綽布復合在一起，無纟爭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；
5)以和制備第一聚乙烯纖維增強層壓布相同的工藝制備第二聚乙烯纖維
增強層壓布；
7)將第一聚乙烯纖維增強層壓布和第二聚乙烯纖維增強層壓布放置在壓 輥101和支承輥102之間，第一聚乙烯纖維增強層壓布壓在第二聚乙烯纖維 層壓布上面，并且第一聚乙烯纖維增強層壓布與第二聚乙烯纖維增強層壓布 相接觸的無綿布中纖維排列方向垂直，四層無綿布按照纖維排列方向為 0°/卯°/0。/90°的方式排列；
8 )開啟液壓裝置，使支承輥102與壓輥101之間保持3MPa的壓力接觸， 開啟壓輥102的加熱裝置使壓輥表面升溫到75°C。
9)開啟驅動裝置，驅動壓輥101旋轉，在摩擦力的作用下，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的第三張層壓布；
將上述第三張聚乙烯纖維增強層壓布放置在熱壓模具內(nèi)，升溫至95。C， 加壓至lOMPa,保持模具恒溫恒壓18分鐘，得到四層排列方式為(0/90。)2、 面密度為241g/r^聚乙烯纖維增強復合布。
將上述15層聚乙烯纖維增強復合布疊加制造扁平形件，當受到9mmFMJ 型槍彈(8g)沖擊時，V5Q>408m/s。
按照本發(fā)明，所述液壓裝置是用于使支承輥上下移動的驅動裝置，也可 以為氣壓等驅動裝置。本文中所述無綿布、層壓布均指由聚乙烯纖維和膠粘 劑制成的復合材料，所述膠粘劑可以為聚苯乙烯三嵌段共聚體或氫化聚苯乙 烯三嵌段共聚體的混合溶劑型膠粘劑，例如可以為KRATON D-1107、 KRATON D-1161 KRATON G-1650或KRATON G-1651,為膠粘劑溶劑的可 以為溶劑汽油、苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、己烷、環(huán)己烷、二乙醚、曱基 異丁基醚、醋酸乙酯等。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普 通技術人員來說，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視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種用于制備聚乙烯纖維增強復合材料的復合機上的壓輥，包括一個軸及套在軸外并與軸保持同心的輥筒，所述軸的兩端與輥筒分別由對稱分布在輥筒兩端的第一輻板和第二輻板定位連接形成輥筒內(nèi)的中空區(qū)域，在所述的中空區(qū)域內(nèi)有加熱裝置，其特征在于所述第一輻板和第二輻板向輥筒中間傾斜連接到輥筒內(nèi)部。
2、 根據(jù)權利要求1所述的壓輥，其特征在于所述中空區(qū)域為封閉區(qū)域。
3、 根據(jù)權利要求2所述的壓輥，其特征在于所述第一輻板與金屬軸所成 角度為40°~70°。
4、 根據(jù)權利要求1至3任一項所述的壓輥，其特征在于還包括測量輥筒 表面溫度的測溫裝置。
5、 根據(jù)權利要求4所述的壓輥，其特征在于所述測溫裝置包括與輥筒外 表面保持滑動接觸的測溫頭。
6、 根據(jù)權利要求1至3任一項所述的壓輥，其特征在于所述加熱裝置為 光加熱管裝置。
7、 按照權利要求1所述的壓輥，其特征在于所述輥筒為不銹鋼光輥筒。
8、 按照權利要求6所述的壓輥，其特征在于所述光加熱管裝置包括若干 根以壓輥的軸為中心圓周陣列分布的加熱管。
9、 按照權利要求8所述的壓輥，其特征在于所述加熱管的數(shù)量為2根~ 20根。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于制備聚乙烯纖維增強復合材料的復合機上的壓輥，包括一個軸及套在軸外并與軸保持同心的輥筒，所述軸的兩端與輥筒分別由對稱分布在輥筒兩端的第一輻板和第二輻板定位連接形成輥筒內(nèi)的中空區(qū)域，在所述的中空區(qū)域內(nèi)設有加熱裝置，所述第一輻板和第二輻板向輥筒中間傾斜連接到輥筒內(nèi)部。本發(fā)明提供的壓輥有效地減小壓輥的撓度變形，通過在中空壓輥內(nèi)提供光加熱管裝置，可以有效、均勻的對中空輥筒表面進行加熱，適用于連續(xù)制備性能均勻的聚乙烯纖維增強層壓布。
文檔編號B32B37/10GK101525841SQ20081000
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權日2008年3月7日
發(fā)明者周成程 申請人:寧波榮溢化纖科技有限公司