新型直立式浸胶装置的设计

新型直立式浸胶装置的设计
[1] 李新宁, 邹宁宇. [J]. 建材发展导向, 2007, 5(5): 28-31.
[2] Kim C.H., Park J.H., Kim C., etal Expert system for
process planning of pressure 图1 不同浸胶工序涂覆a b
c a 手工浸胶
b 沉浸式浸胶
c 立式浸胶
直立式浸胶装置简介
1 研究意义与目的、应用领域：
1.1研究意义与目的：进入21实际前后，我国的玻璃纤维工业一路欢歌，飞速发展。

自1997年至2006年的10年时间，产量由18万t/a猛增到120万t/a，迅速超过了法国、日本、俄罗斯等生产大国，逼近甚至超过世界第一生产大国美国，占据世界玻纤总产量25%的巨大份额，产品出口130个国家和地区，取得了令人瞩目的成就[1]。

以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已实现了产业化，浸胶作为玻璃纤维增强树脂基复合材料制备过程中的一个重要环节，当前的浸胶工艺有手工浸胶和沉浸式浸胶两种，手工浸胶存在着树脂浪费大，玻璃纤维浸胶后含胶量不易控制的问题，使得浸胶后的玻璃纤维的力学性能受到影响。

沉浸式浸胶工序是目前应用最广泛的一种浸胶技术，玻璃纤维上的含胶量主要由调整胶液粘度和刮胶刀的距离来控制，由于胶液的黏附作用和刮胶刀的存在，使得在沉浸式浸胶过程中纤维的表面受到损伤[2-6]，在沉浸式浸胶中浸胶机加热箱体立式放置的装置称做为立式浸胶，它有胶量调节辊、导向辊和刮胶刀，因此，也存在纤维的表面受到损伤的问题。

针对当今浸胶工艺中存在的问题，本研究设计直立式浸胶装置用以制备涂覆玻璃纤维。

1.2应用领域：该装置在生产使用的过程中主要应用了缠绕成型的加工工艺，据1973年出版的《纤维缠绕玻璃钢》杂志统计，全球军用纤维缠绕制品达44种，涵盖宇宙空间、液体空间和军用领域等，如火箭发动机壳体、雷达罩、导弹运载筒、鱼雷发射管、火焰喷射管等；民用纤维缠绕制品达71种，包括商业和工业用品如高压开关装置、电气装置外壳、高压气瓶、印刷电路板、整流装置等。

目前缠绕成型工艺是复合材料成型中较为普遍的一种工艺方法，现已广泛应用于复合材料化工管道、压力容器、储罐及火箭发射筒、鱼雷发射等产品的成型[7]。

2 工作原理:
该反应的整套装置如第一页图所示，第二、三、四页分别为主视图、俯视图及左视图，主要包括架台、浸胶槽、玻璃纤维导入装置、玻璃纤维浸胶后的收集装置及电机五个部分。

在实验前将各零件按图示安装好后，将玻璃纤维从导入装置引出，穿过浸胶槽固定在收集装置上，缓慢的向浸胶槽内倾倒液胶，打开两个
电机的开关，根据反应所需时间确定转速。

在实验过程中电机一与收集装置的杆件通过齿轮连接带动收集装置做匀速圆周运动，进而带动玻璃纤维匀速的由导入装置穿过浸胶槽充分浸胶后向上运动，即该过程实现了直立式浸胶。

电机二通过周期性的每转半周改变转动方向控制收集装置匀速率左右往复运动，进而实现收集过程。

在反应的整个过程中浸胶槽的控温系统将温度控制在反应最佳温度，保证反应的有效进行。

3 各部分零件构造说明
3.1架台：其立体图如第五页图纸所示，第六、七、八页图纸分别为架台的主视图、左视图和俯视图，其底座规格为100mm*80mm*5mm的立方体，中下部分削去了70mm*80mm*2mm的立方体，其目的是减少材料节约成本。

两根圆柱的尺寸为高150mm、直径4mm，在距离底座平面50mm的位置两根圆柱上均焊接有长23mm直径4mm的圆柱，其边缘均焊接了内径为6.5mm厚度为2mm的半圆弧，其作用是固定浸胶槽的活塞。

距离底座平面88mm的位置两根圆柱上均焊接有长6mm直径4mm 的圆柱，中间焊接有直径为4mm的圆柱连接的方形结构，内侧方形尺寸为50mm*50mm，公差为-1mm，其作用是架起并固定浸胶槽。

距离底座平面126mm的位置两根圆柱上均焊有长7mm直径4mm的圆柱，其边缘焊有宽2mm，内径6.5mm，外径7.5mm，圆心距为6mm的两个相交圆孔，其作用是固定挤胶辊PEEK棒。

3.2、浸胶槽：其立体图如第九页图纸所示，第十、十一、十二页图纸分别为浸胶槽的主视图、俯视图及左视图。

上方为50mm*50mm*40mm的立方体，下方为锥体，30mm*30mm的正方形为底，壁厚2mm，椎体下方安装有两个长20mm，直径6mm 的圆柱，圆柱的一侧为直径6mm的半球面，工作时两个球形面相对紧置于锥体正下方，起到防止浸胶过程中漏液的作用。

立方体上方有两根长60mm,直径6mm的PEEK棒,使得挤胶时应力在转动过程中消失，可以避免E-玻璃纤维表面刮伤，使得纤维表面的胶液均匀；而挤胶时挤胶辊的转速很低，所以挤胶辊挤胶时只会在胶辊的表面带有胶液，不会将胶液带出辊外。

3.3、导入装置：其整体立体图如第十三页图纸所示，第十四、十五、十六、十七及十八页图纸分别为导入装置的零件图。

第十四页零件需要生产两个配合使用固定玻璃纤维束，由图可知上方为直径10mm的弧形结构，带有一个直径5mm的圆孔，中部为锥形结构长25mm，边缘为直径是4mm的圆弧结构，厚度为2mm，底
部焊接有长10mm，直径3mm的圆柱。

第十五页图纸的两件需要加工两个，长60mm，两边均为直径为10mm的半圆弧，如图所示每隔10mm有一个直径为5mm的圆孔，共计六个（其作用是根据需要调节定轨位置），该零件厚度为2mm。

第十六页图纸为固定导入装置的零件，长10mm，宽12mm，高30mm，厚2mm。

第十七页图纸对应的零件起到控制玻璃纤维传输轨迹并连接第十四、十五及十六页图纸对应零件的作用，需要六个配合使用。

其为螺纹连接，故需要配有螺母使用，总长13mm，螺纹长5mm，前部长5mm,直径分别为10mm、5mm。

第十八页图纸为缠绕玻璃纤维束的零件，长20mm，由图可知直径分别为7mm、5mm，内径4mm。

3.4、收集装置：其立体图如第十九页图纸所示，第二十、二十一、二十二、二十三页图纸分别为其分解的零件图。

第二十页图纸为浸胶后的玻璃纤维缠绕装置，由圆柱杆连接，长95mm，直径5mm，中部的缠绕零件与杆件是键槽连接，为长30mm，边长15mm的正六棱柱，内径5mm，键槽深2mm，宽2mm，在其对应的圆柱杆上有宽2mm，深2mm的键。

在圆柱杆的一端有长17mm，宽2mm，深2mm的键，在距另一端7mm至12mm的位置有宽2mm，深2mm的键。

第二十一页的图纸为实现六棱柱左右往复运动的零件，长71mm，宽5mm，厚2mm，两个爪子长10mm，宽
2mm，间距30mm，下面焊接的水平的零件长20mm与直径9.56mm、齿深2mm的齿轮为齿轮连接，齿轮连接电机二。

第二十二页图纸为实现缠绕装置匀速圆周运动的齿轮连接装置，齿轮直径分别为14mm、10mm，齿深2mm，厚5mm，上面的齿轮中心为直径5mm的圆柱孔，键槽深2mm，宽2mm与二十页的圆柱杆配合使用，键槽连接，下面的齿轮连接电机一。

第二十三页的图纸为轴承结构，其焊接在架台两根圆柱的顶端，将缠绕结构的圆柱杆架起来，实现实验的收集过程。

结构尺寸为外径20mm，壁厚2mm，中间滚珠直径为3mm，小外径10mm，内径5mm，键槽深
2mm，宽2mm，其与二十页圆柱杆键配合，起到固定整个收集装置的作用。

3.5、电机：电机一提供匀速圆周运动的动力，而且支持人为控制转速，电机二提供匀速圆周运动的动力，其与电机一的区别在于每转半周即改变转向，转速同样人为可控。

备注：如果电机重量较大可根据其尺寸设置架台。

参考文献
[1] 李新宁, 邹宁宇. 我国玻璃纤维工业的节能减排[J]. 建材发展导向, 2007, 5(5):
28-31.
[2] Kim C.H., Park J.H., Kim C.,etal Expert system for process planning of pressure vessel
fabrication by deep drawing and ironing[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2004 155-156: 1465-1473.
[3] 李勇, 肖军, 邱伟娟, 等. 高模量碳纤维低损伤一步预浸缠绕技术[J]. 宇航材料工
艺, 2002, 32(6): 19-21.
[4] Szakaly E.D., Lenard J.G. The effect of process and material parameters on the coefficient of
friction in the flat-die test[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2010, 210: 868-876.
[5] Shivamurthy, B. Siddaramaiah., Prabhuswamy, M.S. Design, Fabrication, and Testing of
Epoxy/Glass-reinforced Pressure Vessel for High-pressure Gas Storage [J], Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010, 29(15): 2379-2386.
[6] 李勇, 肖军, 张旭坡, 等. 一种用于纤维缠绕成型的无辊浸胶方法及设备[P]. 中国:
CN200610039307. 8, 2006-04-05.
[7] 陈利民, 吴东, 毕赤毅, 等. 缠绕复合材料固化工艺研究[J] 工程塑料应用, 2004,
32(10): 6。