[发明专利]制备纤维层压材料的复合方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纤维复合材料的复合工艺及设备，尤其涉及制备纤维层压材料的复合方法和装置。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维也称高强高模聚乙烯纤维，是指分子量在100万～500万的聚乙烯，经纺丝超拉伸后制成的超高分子质量聚乙烯纤维。它是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。超高分子量聚乙烯单向布(UD布)又称无纬布或经向布，以下简称为无纬布，同经纬布相比，避免了经纬线的交织，纤维不会发生多次折压和弯曲，不会降低纤维的原始力学性能，因而具有优良的动态力学性能。由于避免了纤维弯曲，无纬布减少了材料快速冲击响应过程中的能量传递阻力，从而进一步提高了材料吸收高速冲击能量的性能。无纬布层压成型工艺是指将多层无纬布在一定温度和压力下固化成型，各层间纤维折叠角度可呈现(0°/90°)_n、(0°)_n、(0°/+45°)_n等多种分布。层压后形成的复合材料聚乙烯纤维增强复合材料有利于对冲击载荷快速做出响应，吸收子弹冲击能量，因而在防弹领域得到很好的应用。

层压的温度和压力是层压成型工艺的两个重要参数，另外在铺设时层与层之间的错位不但会影响下一层的铺设，造成最终尺寸的偏差，严重的还会导致材料的报废；而且易于使空气被压到层与层之间产生气包。目前制备聚乙烯纤维增强复合材料的方法一般为手工操作，生产效率较低。

现有技术针对上述缺点提出了一些改进办法。比如附图1所示的设备，包括放卷机101、成型机102和收卷机103。成型机包括中空压辊102a和支承辊102b。通过将第一聚乙烯纤维增强无纬布104a卷在放卷机101上，将若干张裁减成边长与第一聚乙烯纤维增强无纬布宽度相等长度正方形的第二聚乙烯纤维增强无纬布104b依次、连续放置在第一无纬布104a上且第二无纬布纤维排列方向与第一无纬布104a排列方向垂直，后一张第二无纬布104b搭接在前一张第二无纬布104b的下面，压辊带动支承辊和两层无纬布运动，且加热加压，将第一和第二无纬布复合在一起，用收卷机103收卷，最后打开放置在热压模具内升温加压保持一定时间，得到0°/90°聚乙烯纤维增强复合布。该专利申请同时公开了使用张紧辊使两张层压布预先接触再经过压辊的层压复合，从而避免产生气泡。

上述处理方式是预先正交铺设然后加热加压定型，难免在层间留下气泡，虽然使用张紧辊使两张层压布预先接触，但实际应用中气泡仍然会产生。并且，这样的铺设方式容易存在定位不准，导致制品的报废和损耗，并且由于是将正方形聚乙烯纤维布一张张逐个铺设在另一张纤维布上，这种非连续生产导致生产效率也不高。

发明内容

为解决铺设过程中产生气泡的问题，本发明实施例提供一种制备纤维层压材料的装置，包括一对轧辊、调节至少一支轧辊温度的装置、调节轧辊对轧强度的调压装置，以及：

带阻尼的聚乙烯纤维无纬布放卷装置、隔离膜收卷装置，以及驱动所述隔离膜收卷装置旋转的驱动装置；

所述隔离膜收卷装置用于对放置在所述无纬布放卷装置上无纬布卷的隔离膜进行收卷；所述无纬布放卷装置的旋转，由所述放置在所述无纬布放卷装置上的无纬布卷的旋转带动。

较优的，轧辊的进口方设置有引导装置，用于将另一纤维布引导与所述带阻尼的纤维无纬布放卷装置上的无纬布在所述轧辊的啮合处进行对轧；

当所述另一纤维布为无经布时，所述引导装置为：

纤维无经布放卷装置，以及驱动所述无经布放卷装置旋转的驱动装置；或

纤维无经布平台，用于放置连接好的无经片，所述平台向所述轧辊延伸且延伸方向与其中一个轧辊相切；

当所述另一纤维布为无纬布时，所述引导装置包括：另一纤维无纬布放卷装置、另一隔离膜收卷装置，以及驱动所述隔离膜收卷装置旋转的驱动装置。

更优的，上述一对轧辊中至少一支辊的表面为刚性材料，另一支辊的表面为刚性材料或弹性材料；所述隔离膜收卷装置和/或所述另一隔离膜收卷装置的旋转线速度高于所述轧辊的旋转线速度；所述纤维无纬布放卷装置和/或所述另一纤维无纬布放卷装置的旋转线速度低于所述轧辊的旋转线速度。

或者更优的，上述制备纤维层压材料的装置还包括将层压成型的层压材料收卷的收卷装置和驱动所述收卷装置旋转的驱动装置，在所述一对轧辊与所述收卷装置中间，还有一个导向装置，用于使所述层压材料离开所述啮合处的出辊包角大于15度。

或者更优的，所述纤维无经布平台的上方安装有红外对边设备。