專利名稱：柔性超聲波浸膠裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種復合材料加工設備，特別涉及一種適用于長絲纏繞、拉擠等纖維增強聚合物基復合材料(如碳纖維復合芯導線芯棒)成型工藝的柔性超聲波浸膠裝置。
背景技術：
碳纖維復合芯導線是近年來出現的一種新型節(jié)能導線，其重量比同規(guī)格鋼芯鋁絞線輕20%左右，熱膨脹系數小于2X10_61/°C，在高溫下弧垂不到常規(guī)鋼芯鋁絞線的1/10，抗拉強度大于2100MPa，運行溫度可達180°C，相同直徑時鋁材截面積為常規(guī)鋼芯鋁絞線的
I.29倍，理論載流量是鋼芯鋁絞線的2倍，具有良好的發(fā)展前景。浸膠是碳纖維芯棒準備的關鍵工序之一。在纖維增強樹脂基復合材料(如碳纖維復合芯線)成型工藝中，纖維通過導紗板或不銹鋼梳有規(guī)律的進入含有樹脂、促進劑和其他成分的液體樹脂浸膠槽，一般是通過壓輥提高纖維的浸膠程度，經過浸膠后的浸膠槽需要使用大量有機溶劑清洗或擦拭后才能進行下一次的使用?，F有的長絲纏繞、拉擠等碳纖維增強聚合物基復合材料成型工藝中，由于樹脂黏度較大、環(huán)境溫度較低等原因，使碳纖維在樹脂中浸潤性較差、含膠量不理想，常造成成型后的碳纖維芯棒性能降低的缺陷。而且，傳統(tǒng)的浸膠槽在使用后極其不易清洗，剩余的樹脂及掉落的纖維會粘附在浸膠槽內壁上，浸膠槽如果清洗不干凈會對下一次生產造成不利影響。目前，提高纖維的浸潤性的方法主要是采用加熱樹脂或者降低樹脂黏度，但是，該方法存在以下缺陷(I)在采取加熱方式時，對于某些樹脂體系需要加熱到較高的溫度，而過高的溫度會影響樹脂膠液的性能，使存膠時間縮短；(2)降低樹脂黏度通常需要在樹脂中加入稀釋劑，稀釋劑的加入往往會影響樹脂的使用性能，需要增加后續(xù)的烘烤稀釋劑工序，因而導致了工藝的復雜化。超聲波的高頻機械振蕩可對浸膠槽中的溶液進行攪拌，以改善纖維和樹脂的浸潤性，提高纖維和樹脂的界面結合，進而提高導線的力學性能，而且也可用來清洗器皿。另外，當超聲波能量足夠高時，就會產生“超聲空化”現象，伴隨空化泡崩潰瞬間，在空化泡周圍的極小空間內產生異乎尋常的高溫、高壓、強沖擊波和射流等極端物理條件，達到改善潤濕性和清洗功能。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、使用方便、清洗效果好、可提高浸膠效果的柔性可控的超聲波浸膠裝置。本實用新型的目的通過以下的技術措施來實現一種柔性超聲波浸膠裝置，包括槽體，所述槽體具有用于盛放液體樹脂的內凹腔室，其特征在于所述槽體為雙層結構，包括內層槽體與外層槽體，所述內層槽體與外層槽體之間形成用于存儲循環(huán)介質的空間，在所述外層槽體上分別開有進液口與排液口，所述進液口與排液口均與所述空間相通；在所述外層槽體的外壁上設有柔性可控的超聲裝置。本實用新型的超聲裝置發(fā)出的超聲波通過循環(huán)介質均勻地作用于纖維與液體樹脂上實現浸膠，并在浸膠程序完成后，清洗浸膠槽時，又可通過超聲波作用于槽體內污物上，因此，對于浸膠與清洗過程，本實用新型均采用物理手段，在實現浸膠的基礎上，提高了清洗效果，簡化了清洗過程，避免影響浸膠槽的再次使用效果；柔性可控的含義是通過電路控制，便捷地改變超聲波的頻率和功率，作用于寬帶超聲波換能器上，使超聲波與浸膠槽產生諧振，最大程度地發(fā)揮超聲波的空化效應。作為本實用新型的一種實施方式，所述進液口位于所述外層槽體側壁的上部，所述排液口位于所述外層槽體的底部。作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，所述超聲裝置包括用于產生可調頻率、幅值、相位激發(fā)脈沖的任意波形發(fā)生器、寬帶超聲換能器及用于控制任意波形發(fā)生器工作時間的時間控制器，所述任意波形發(fā)生器的電脈沖輸出端與超聲換能器的電脈沖輸入端連接，利用壓電效應而將任意波形發(fā)生器發(fā)出的電脈沖轉化為機械振動。作為本實用新型的一種改進，在所述槽體上還設有用于加熱槽體內液體樹脂并調節(jié)其溫度于設定溫度范圍內的控溫裝置。為了有效減小超聲波對周圍環(huán)境和對人體生理的不良影響，作為本實用新型的進一步改進，在所述外層槽體的外部設置有防噪層，所述防噪層圍括住所述外層槽體的外壁，所述防噪層與所述外層槽體之間形成密閉的空隙，所述控溫裝置與超聲裝置均位于所述空隙中；所述排液口伸出所述防噪層外。所述防噪層具體可以采用高分子材料等其它現有可以減少噪音的材料制成。本實用新型還具有以下實施方式，在所述防噪層的外側壁上設有控制面板，所述控溫裝置包括用于監(jiān)測液體樹脂溫度的熱電偶與加熱元件，所述熱電偶位于外層槽體與內層槽體之間的空間中，所述加熱元件設置在所述外層槽體的外壁上，所述熱電偶與加熱元件分別與所述控制面板連接；所述控制面板還與所述超聲裝置相連。本實用新型的加熱元件加熱槽體于設定溫度，液體樹脂倒入槽體內，并開始超聲浸膠程序，待溫度超過設定溫度時，又通過流入低溫的循環(huán)介質降低液體樹脂的溫度，確保液體樹脂的溫度恒定在設定溫度范圍內，因此本實用新型加強了纖維的浸潤性，提高了浸膠效果，一方面，不會對樹脂膠液的性能產生影響，另一方面，也省去了現有加入稀釋劑來浸膠而增設的烘烤稀釋劑工序，因此簡化了工藝流程，提高了工作效率。本實用新型所述循環(huán)介質采用有機溶劑或者水。本實用新型所述進液口與排液口均安裝有電磁閥，所述電磁閥與所述控制面板連接，所述槽體內液體樹脂的溫度低于設定溫度下限時控制進液口與排液口的電磁閥關閉，或者液體樹脂的溫度高于設定溫度上限時控制進液口與排液口的電磁閥開啟，使得低溫的循環(huán)介質流經空間而降低液體樹脂的溫度以便控制其溫度于設定溫度范圍內。為了提高纖維浸膠效果及清洗效果，作為本實用新型的進一步改進，所述控溫裝置與超聲裝置均設置有數個，分別均勻分布在所述外層槽體的外壁上。與現有技術相比，本實用新型具有如下顯著的效果(I)本實用新型的超聲裝置發(fā)出的超聲波頻率、功率、相位等可調，即柔性超聲，利用壓電陶瓷的壓電效應，把電能轉化為機械能，通過循環(huán)介質均勻作用于液體樹脂與纖維上，以實現更好的浸膠效果。在浸膠程序完成后，清洗浸膠槽時，又可作用于槽體內殘留的污物上。因此，通過調節(jié)超聲波的參數，在實現浸膠的基礎上，可以方便高效地改善纖維在樹脂中的潤濕性，顯著提高了清洗效果，簡化了清洗過程，避免因多次使用而導致浸膠槽的潔度降低。(2)本實用新型的控溫裝置與超聲裝置共同作用，液體樹脂在達到設定溫度時進行超聲浸膠過程，待液體樹脂的溫度超過設定溫度時，又通過流入低溫的循環(huán)介質降低其溫度，因此，可確保液體樹脂的溫度恒定在設定溫度范圍內，加強了碳纖維的浸潤性，提高了浸膠效果，一方面，不會對樹脂膠液的性能產生影響，另一方面，也省去了現有加入稀釋劑來浸膠而增設的烘烤稀釋劑工序，因此簡化了工藝流程，提高了工作效率。(3)本實用新型的防噪層能夠減小超聲波對周圍環(huán)境及人體生理的影響，實現環(huán)保的功能。(4)控溫裝置與超聲裝置均勻分布在槽體的外壁上，不僅在浸膠過程中，可均勻加熱槽體內的液體樹脂，而且在清洗過程中，可均勻振動槽體內殘留的污物，實現最佳的加熱效果與清洗效果。(5)本實用新型的結構簡單，人為操控控制面板來實現本實用新型整個工作流程，因此使用方便、操作簡單，另外本實用新型的實用性強，可廣泛適用于復合材料成型工藝流程中，尤其適用于纖維增強不同樹脂浸膠場合，有效提高纖維復合材料的浸膠特性。
以下結合附圖
和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。圖I是本實用新型的縱向剖視示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，是本實用新型一種柔性超聲波浸膠裝置，包括槽體1，槽體I具有用于盛放液體樹脂的內凹腔室，槽體為雙層結構，包括內層槽體11與外層槽體12，內層槽體11與外層槽體12之間形成用于存儲循環(huán)介質的空間13，循環(huán)介質為有機溶劑或者水。在外層槽體12上分別開有進液口 14與排液口 15，進液口 14與排液口 15均與空間13相通；其中，進液口 14位于外層槽體12側壁的上部，排液口 15位于外層槽體12的底部。在外層槽體12的外壁上設有柔性可控的超聲裝置。在槽體上還設有用于加熱槽體內液體樹脂并調節(jié)其溫度于設定溫度范圍內的控溫裝置。在外層槽體12的外部設置有防噪層5，防噪層5采用高分子材料制成，防噪層5圍括住外層槽體12的外壁，防噪層5與外層槽體12之間形成密閉的空隙6，控溫裝置與超聲裝置均位于空隙6中；排液口 15伸出防噪層5外。在防噪層5的外側壁上設有控制面板7，控制面板7還與超聲裝置相連。在本實施例中，超聲裝置包括用于產生可調頻率、幅值、相位激發(fā)脈沖的任意波形發(fā)生器2、超聲換能器3及用于控制超聲任意波形發(fā)生器2工作時間的時間控制器，任意波形發(fā)生器2的電脈沖輸出端與超聲換能器3的電脈沖輸入端連接，利用壓電效應而將任意波形發(fā)生器2發(fā)出的電脈沖轉化為機械振動?？販匮b置包括用于監(jiān)測液體樹脂的溫度的熱電偶9與加熱元件8，熱電偶9位于外層槽體12與內層槽體11之間的空間13中，加熱元件8設置在外層槽體12的外壁上，熱電偶9與加熱元件分別與控制面板7連接。在本實施例中，控溫裝置與超聲裝置均各自設置有4個，具體是在外層槽體的外側壁上設有兩個，在外層槽體的底部外表面上設置兩個。進液口 14與排液口 15均安裝有電磁閥，電磁閥與控制面板連接，槽體I內液體樹脂的溫度低于設定溫度下限時控制進液口 14與排液口 15的電磁閥關閉，或者液體樹脂的溫度高于設定溫度上限時控制進液口 14與排液口 15的電磁閥開啟，使得低溫的循環(huán)介質不斷地流經空間而降低液體樹脂的溫度以便控制其溫度于設定溫度范圍內。本實用新型的工作過程如下(I)浸膠過程關閉排液口，從進液口注入循環(huán)介質一水，關閉進液口，操作控制面板設定加熱元件的加熱溫度(即槽體的初始溫度)，同時設定任意波形發(fā)生器的頻率和功率，此時，加熱元件、任意波形發(fā)生器和超聲能換器開始工作；當槽體溫度達到設定溫度時，向槽體內倒入液體樹脂，并關閉加熱元件；超聲浸膠一段時間，膠槽溫度大于設定溫度時，開啟進液口與排液口，并將進液口通過管路與泵連接，使得低溫冷卻水泵入空間內，溫度較高的水由排液口流出，使膠槽溫度維持在設定溫度。(2)清洗過程完成浸膠過程后，操作控制面板使加熱元件停止工作，開啟柔性可控超聲裝置，并選擇合適的超聲參數(頻率和功率)，對槽體內殘留的污物進行清洗；當槽體內的樹脂、沉渣、填料和掉落的纖維等全部清洗干凈后，關閉任意波形發(fā)生器，開啟進液口和排液口，將循環(huán)介質排出，再關閉進液口和排液口。循環(huán)介質除了采用水之外，還可以采用有機溶劑等適合的介質；防噪層的制作材料也可以采用現有的具有防噪音功能的材料。本實用新型的實施方式不限于此，根據本實用新型的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型的超聲裝置、控溫裝置的具體組成及設置的數量、位置均具有其它的實施方式，因此本實用新型還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實用新型權利保護范圍之內。
權利要求1.一種柔性超聲波浸膠裝置，包括槽體，所述槽體具有用于盛放液體樹脂的內凹腔室，其特征在于所述槽體為雙層結構，包括內層槽體與外層槽體，所述內層槽體與外層槽體之間形成用于存儲循環(huán)介質的空間，在所述外層槽體上分別開有進液口與排液口，所述進液口與排液口均與所述空間相通；在所述外層槽體的外壁上設有頻率和功率參數柔性可控的超聲裝置。
2.根據權利要求I所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于在所述槽體上還設有用于加熱槽體內液體樹脂并調節(jié)其溫度于設定溫度范圍內的控溫裝置。
3.根據權利要求2所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于所述超聲裝置包括用于產生可調頻率、幅值、相位激發(fā)脈沖的任意波形發(fā)生器、寬帶超聲換能器及用于控制任意波形發(fā)生器工作時間的時間控制器，所述任意波形發(fā)生器的激發(fā)脈沖輸出端與超聲換能器的激發(fā)脈沖輸入端連接，利用壓電效應而將任意波形發(fā)生器發(fā)出的電脈沖轉化為機械振動。
4.根據權利要求3所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于所述進液口位于所述外層槽體側壁的上部，所述排液口位于所述外層槽體的底部。
5.根據權利要求4所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于在所述外層槽體的外部設置有防噪層，所述防噪層圍括住所述外層槽體的外壁，所述防噪層與所述外層槽體之間形成密閉的空隙，所述控溫裝置與超聲裝置均位于所述空隙中；所述排液口伸出所述防噪層外。
6.根據權利要求5所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于在所述防噪層的外側壁上設有控制面板，所述控溫裝置包括用于監(jiān)測液體樹脂的溫度的熱電偶與加熱元件，所述熱電偶位于外層槽體與內層槽體之間的空間中，所述加熱元件設置在所述外層槽體的外壁上，所述熱電偶與加熱元件分別與所述控制面板連接；所述控制面板還與所述超聲裝置相連。
7.根據權利要求2所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于所述控溫裝置與超聲裝置均設置有數個，分別均勻分布在所述外層槽體的外壁上。
8.根據權利要求6所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于所述進液口與排液口均安裝有電磁閥，所述電磁閥與所述控制面板連接，所述槽體內液體樹脂的溫度低于設定溫度下限時控制進液口與排液口的電磁閥關閉，或者液體樹脂的溫度高于設定溫度上限時控制進液口與排液口的電磁閥開啟，使得低溫的循環(huán)介質流經空間而降低液體樹脂的溫度以便控制其溫度于設定溫度范圍內。
9.根據權利要求8所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于所述循環(huán)介質為有機溶劑或者水。
10.根據權利要求9所述的柔性超聲波浸膠裝置，其特征在于所述防噪層采用高分子材料制成。
專利摘要本實用新型一種柔性超聲波浸膠裝置，包括槽體，所述槽體具有用于盛放液體樹脂的內凹腔室，所述槽體為雙層結構，包括內層槽體與外層槽體，所述內層槽體與外層槽體之間形成用于存儲循環(huán)介質的空間，在所述外層槽體上分別開有進液口與排液口，所述進液口與排液口均與所述空間相通；在所述外層槽體的外壁上設有頻率、功率等參數可調的柔性超聲裝置；本實用新型的超聲裝置發(fā)出的超聲波通過循環(huán)介質均勻地作用于纖維與液體樹脂上實現浸膠，并在浸膠程序完成后，清洗浸膠槽時，超聲波又作用于槽體內污物上，因此，對于浸膠與清洗過程，本實用新型均采用物理手段，在實現浸膠的基礎上，提高了清洗效果，簡化了清洗過程，避免影響浸膠槽的再次使用效果。
文檔編號B29C70/54GK202727357SQ201220084750
公開日2013年2月13日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權日2012年3月7日
發(fā)明者鐘飛, 朱波, 張春雷, 聶銘, 林介東, 喬琨 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 山東大學