制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构的制作方法

1.本实用新型属于复合材料预浸料制备领域，尤其涉及制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构。


背景技术：

2.近年来随着科学技术的发展以及社会环境问题的突出，国家大力倡导绿色节能环保的产业的发展，由于碳纤维复合材料具有优良的耐热性、抗热冲击性、耐腐蚀、导热、易导电、可循环使用等特性，特别是热塑性复合材料具有很好的冲击强度、抗腐蚀以及稳定的化学性能，被越来越广泛的应用于航天航空、汽车、化工、电子电器等领域。
3.传统的热塑性碳纤维预浸带的制备方式有熔融法、覆膜法、粉末泥浆法等工艺方法，这些方法均存在一定的应用局限性，例如，熔融法较适用于低粘度的树脂如pp/pa，不适合高粘度的热塑性树脂如peek；覆膜法适用于各种类型的树脂，但是要求薄膜的厚度比较高通常为0.02mm以下厚度；粉末泥浆法通常适合高粘度树脂的热塑性预浸带的制备如peek，但是这种方法通常对树脂的粒径要求更细，而且后续工艺需要烘干等工艺，设备结构复杂。与以上几种工艺方法相比，静电喷粉法具有独特的优势，喷粉系统适用的热塑性树脂体系更广，特别适合中、高粘度的树脂如pa/peek，这种工艺方法提供的热塑性树脂粉末粒径越小，粉末越容易浸渍到碳纤维丝束的内部，后期经过热熔系统更容易实现热塑性树脂对碳纤维丝束的包裹，所制备的热塑性预浸带具有很高的力学性能。但是，静电喷粉时普遍存在喷涂不均匀的缺陷，一般自动的静电喷粉装置在喷涂过程中需要保持高效率，往往会出现碳纤维的某些部位没有喷涂到位的情况，所以需要员工在出料口处进行观察，挑出喷涂不到位的碳纤维，不仅碳纤维的质量得不到保障，而且浪费了人力。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构，以解决现有技术中静电喷粉装置对碳纤维进行喷粉时效果较差且需要人工检查的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型的制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构所采用的技术方案是：
6.制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构，包括：
7.机架：支撑在地面上；
8.安装板：固定在机架上，安装板上设置有导向结构；
9.喷粉组件：通过导向结构设置在安装板上，以实现喷粉组件相对于安装板水平移动；
10.喷粉组件包括固定架、固定在固定架上的驱动装置、转动设置在固定架上的喷粉枪、设置在驱动装置与喷粉枪之间的传动结构；
11.喷粉腔体：固定在安装板上，喷粉腔体上设置有供喷粉枪伸入的穿孔，喷粉腔体开
设有用于供碳纤维丝束进入的入口和供碳纤维丝束穿出的出口；
12.喷粉枪的喷头位于碳纤维丝束的上方；
13.风机：固定在机架上，风机设置有吹风口和吸风口；
14.喷粉腔体上开设有吹风孔和吸风孔，风机的吹风口与喷粉腔体的吹风孔间连接有吹风管，风机的吸风口与喷粉腔体的吸风孔间连接有吸风管。
15.有益效果：本实用新型的制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构的喷粉组件能够沿着导向结构移动，从而实现喷粉组件相对于安装板的水平移动，不仅如此，在喷粉组件中的喷粉枪在驱动装置的驱动下能够相对于固定架转动，从而通过喷粉枪为碳纤维丝束进行喷粉，而且，喷粉腔体的设置以及风机的设置能够对喷粉腔体中由喷粉枪喷出的粉末均匀的流动在喷粉腔体中，从而保证了粉末能够均匀的流化在碳纤维丝束上，保证了制成的碳纤维的质量，不仅如此，该过程无需员工观察碳纤维丝束的质量，节省了人力。
16.进一步的，还包括设置在安装板上的动力部件，所述导向结构包括固定在安装板上的平行间隔设置的导轨和与导轨导向滑动适配的滑块；所述动力部件驱动喷粉组件沿导轨运动。
17.有益效果：动力部件的设置能够方便驱动喷粉组件沿着导轨移动。
18.进一步的，所述动力部件包括固定在安装板的步进电机，步进电机固定在导轨的一端，步进电机的输出轴设置有第一同步轮，安装板上位于导轨的另一端设置有第二同步轮，第一同步轮与第二同步轮之间传动设有同步带，位于第一同步轮和第二同步轮下侧的同步带与固定架固定连接。
19.有益效果：动力部件结构设置简单。
20.进一步的，所述同步带在前后方向位于两导轨之间。
21.有益效果：同步带的设置位置保证喷粉组件能够受到同步带的较为稳定的牵引力，保证喷粉组件能够沿导轨顺利移动。
22.所述传动结构包括固定在驱动装置输出端的第一传动齿轮、设置在固定架上的第二传动齿轮、设置在喷粉枪上的第三传动齿轮，第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮啮合传动，第一传动齿轮的直径与第二传动齿轮的直径相等均小于第三传动齿轮的直径。
23.有益效果：传动结构的设置在保证驱动装置能够正常驱动喷粉枪转动的同时，还能够将驱动装置的高转速经过传动结构的传递，传递至喷粉枪时变为较低的转速，方便喷粉枪的喷粉控制，为保证喷粉的均匀性奠定基础。
24.所述喷粉腔体的出口设置有张紧结构，张紧结构包括固定喷粉腔体外侧的沿上下方向延伸的光轴调节座和固定在光轴调节座上的第一光轴安装座和第二光轴安装座，光轴调节座上开设有沿上下方向延伸的第一调节长孔，第一光轴安装座与第二光轴安装座上均设置有沿左右方向延伸的第二调节长孔，第一光轴安装座转动设有第一光轴，第二光轴安装座之间转动设有第二光轴。
25.有益效果：张紧结构的设置能够方便对碳纤维丝束的张紧力进行控制调节。
26.所述吹风孔设置在喷粉腔体的下方，所述抽风孔设置在喷粉腔体的上方。
27.有益效果：吹风孔处的风从下向上吹，抽风孔处的风从下向上抽，当粉末从喷粉枪喷出后会有向下飘落的趋势，在喷粉腔体中吹风孔与抽风孔的设置位置能够具有向上吹粉
末的作用，避免粉末向下飘落，从而保证粉末能更好的流化在碳纤维丝束上。
28.所述喷粉腔体的朝向喷粉枪的一侧设置有风琴罩，风琴罩中间位置设置有旋转环，喷粉枪从旋转环穿过进入喷粉腔体，所述旋转环形成供喷粉枪伸入的穿孔。
29.有益效果：风琴罩的设置能够为喷粉腔沿着导轨移动时提供条件，又能够尽可能的阻挡喷粉腔体中的粉末飘出腔体。
30.所述安装板上开设有上下贯穿的漏孔，漏孔位于喷粉腔体下方，安装板的下方通过下法兰座固定有回收桶，回收桶开口朝向漏孔。
31.有益效果：回收桶的设置能够方便实现粉末的回收。
32.所述喷粉腔体上设置有透明观察窗。
33.有益效果：观察窗的设置方便观察喷粉腔体内部情况。
附图说明
34.图1是本实用新型的制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构的结构示意图；
35.图2是图1中的制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构的另一视角的结构图；
36.图3是图1中制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构的导向结构与喷粉组件的结构示意图；
37.图4是图3中的导向结构与喷粉组件的另一视角的结构示意图。
38.附图标记：1-机架；2-隔板；3-合页；4-安装板；5-透明观察窗；6-圆柱锁；7-碳纤维丝束；8-上法兰；9-吸风管；10-抽真空风机；11-喷粉腔体；12-回收桶；15-第一光轴；16-第一光轴安装座；17-第二光轴安装座；18-第二光轴；19-光轴调节座；20-风琴罩；21-电磁振动器；22-下法兰座；23-吹风管；24-喷粉枪；25-第二固定板；26-导轨；27-第二同步轮；29-第一传动齿轮；30-第二传动齿轮；31-驱动电机；32-立板；33-第三传动齿轮；34-第一固定板；35-同步带；36-第一同步轮；37-步进电机；39-滚珠轴承；40-轴承盖板；41-压板。
具体实施方式
39.下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构作进一步详细描述：
40.如图1和图2所示，本实用新型的制备热塑性碳纤维预浸带的静电喷粉自动化机构包括支撑在地面上的机架1，机架1呈长方体状，在机架1的顶部固定有水平状的安装板4，机架1上还固定有隔板2，隔板2平行间隔设置在安装板4的下方，机架1的底部固定有加固框架。为了方便机架1的转移，在机架1底部四角处分别安装有滚轮；移动到位后，为了保证机架1能够稳定的支撑在目的地，在机架1底部四角处还分别固定有伸缩支脚。
41.本实用新型的静电喷粉自动化机构还包括设置在安装板4上的导向结构以及通过导向结构设置在安装板4上的喷粉组件。具体的，导向结构包括固定在安装板4上的平行间隔设置的导轨26和与导轨26导向滑动适配的滑块，本实施例中，导轨26沿左右方向延伸设置，位于前侧的导轨26上左右间隔设置有两个滑块，位于后侧的导轨26上导向滑动设置有一个滑块，后侧导轨26上的滑块与前侧导轨26上的滑块在前后方向对应设置形成滑块对。
42.喷粉组件包括固定架、固定在固定架上的驱动装置、转动设置在固定架上的喷粉枪24、设置在驱动装置与喷粉枪24之间的传动结构。
43.具体的，如图3和图4所示，固定架包括固定在滑块对上的呈水平布置的第一固定板34、固定在前侧导轨26另一个滑块上的第二固定板25、分别与第一固定板34以及第二固定板25垂直固定连接的立板32；第一固定板34设置在两导轨26之间，且固定板固定在成对的滑块上。立板32固定在固定板的前侧，立板32呈竖直状设置。驱动装置为固定在立板32左侧的驱动电机31，且驱动电机31位于立板32的后侧。
44.立板32的右侧开设有喷粉枪安装孔，安装孔为阶梯孔，且安装孔的前端孔径小于后端孔径，安装孔中安装有滚珠轴承39，喷粉枪24的一端从安装孔中穿过，喷粉枪24通过滚珠轴承39相对于立板32转动设置。为了防止滚珠轴承39在运动过程中窜动，在安装孔的后端固定有轴承盖板40，轴承盖板40由尼龙材料制成。喷粉枪24包括位于立板32后侧的粉末存储室和位于立板32前侧的喷杆，喷杆与粉末存储室固定连通设置，喷杆呈l状，包括与立板32垂直设置的第一杆体和与第一杆体垂直连接的第二杆体，第二杆体的端部固定有喇叭状喷头。
45.传动结构包括固定在驱动电机31输出端的第一传动齿轮29、设置在固定架上的第二传动齿轮30、固定在喷粉枪24上的第三传动齿轮33，第一传动齿轮29、第二传动齿轮30、第三传动齿轮33均位于立板32的前侧，第一传动齿轮29、第二传动齿轮30、第三传动齿轮33啮合传动，第一传动齿轮29的直径与第二传动齿轮30的直径相等均小于第三传动齿轮33的直径，从而能够将驱动装置的高转速经过传动结构的传递，传递至喷粉枪24时变为较低的转速。为了减轻整个机构的重量，本实施例中，第一传动齿轮29、第二传动齿轮30、第三传动齿轮33均采用尼龙材料制成。
46.本实用新型的静电喷粉自动化机构还包括设置在安装板4上的动力部件，动力部件能够驱动喷粉组件沿导轨26运动。具体的，动力部件包括相对固定在安装板4的步进电机37，具体的，在安装板4上固定有固定座，步进电机37固定在固定座上，步进电机37设置在导轨26的一端，步进电机37的输出轴设置有第一同步轮36，安装板4上位于导轨26的另一端也设置固定座，固定座上设有第二同步轮27，第一同步轮36与第二同步轮27之间传动设有同步带35，位于第一同步轮36和第二同步轮27下侧的同步带35与固定架固定连接，具体的，同步带35通过压板41在固定架的第一固定板34上，这样，当步进电机37驱动同步带35转动时，同步带35能够拉动喷粉组件沿着导轨26往复移动。
47.同步带35在前后方向位于两导轨26之间，同步带35的设置位置保证喷粉组件能够受到同步带35的较为稳定的牵引力，保证喷粉组件能够沿导轨26顺利移动。
48.为了避免喷粉枪24喷出的粉末在空气中扩散污染环境，在安装板4上固定有喷粉腔体11，喷粉腔体11通过尼龙螺栓与安装板4固定连接。本实施例中，喷粉腔体11包括位于下方的长方体状围板和固定在围板上的锥子形盖体。喷粉腔体11为防静电亚克力材质，这种材质不利于带有静电的树脂粉末吸附在墙体内壁上，并且该材质为非导电介质，有利于喷粉枪24喷头周围产生高压电场，从而有利于电荷吸附在树脂粉末上。
49.在围板的左右两侧分别开设有供碳纤维丝束7进入的入口和供碳纤维丝束7穿出的出口，本实施例中，入口和出口均为沿前后方向延伸的长条孔。碳纤维丝束7从右向左移动，在喷粉腔体11的出口设置有张紧结构，张紧结构包括固定喷粉腔体11外侧的沿上下方
向延伸的光轴调节座19，光轴调节座19设置有两个且分别位于出口的前后两侧，光轴调节座19上开设有沿上下方向延伸的第一调节长孔，在两光轴调节座19上固定有一对第一光轴安装座16和一对第二光轴安装座17，第一光轴安装座16与第二光轴安装座17上均设置有沿左右方向延伸的第二调节长孔，第一光轴安装座16上安装有轴承，两个第一光轴安装座16之间转动设有第一光轴15；第二光轴安装座17上安装有轴承，两个第二光轴安装座17之间转动设有第二光轴18。通过第一光轴安装座16相对于光轴调节座19的位置调节、第二光轴安装座17相对于光轴调节座19的位置调节，使第一光轴15与第二光轴18形成s形绕组，不仅能够调节碳纤维丝束7的高度，而且能够实现对碳纤维丝束7的张紧力的调节。
50.喷粉腔体11上还设置有供喷粉枪24伸入的穿孔，具体的，喷粉腔体11的朝向喷粉枪24的一侧设置有风琴罩20，风琴罩20中部由弹性带构成，风琴罩20位于中间位置的弹性带上固定有旋转环，喷粉枪24从旋转环穿过进入喷粉腔体11，旋转环形成供喷粉枪24伸入的穿孔。并且，喷粉枪24的喷头位于碳纤维丝束7的上方。风琴罩20的弹性带的设置能够为喷粉腔沿着导轨26移动时提供条件，又能够尽可能的阻挡喷粉腔体11中的粉末飘出腔体。
51.在机架1上固定有风机，本实施例中，风机固定在机架1的加固框架上，风机为抽真空风机10，抽真空风机10包括变频器，从而抽气和吹气的风速流量的大小由变频器控制风机的风叶旋转速度决定。风机设置有吹风口和吸风口；喷粉腔体11上开设有吹风孔和吸风孔，吹风孔设置在喷粉腔体11的下方，抽风孔设置在喷粉腔体11的上方，风机的吹风口与喷粉腔体11的吹风孔间连接有吹风管23，吹风管23从隔板2穿过，风机的吸风口与喷粉腔体11的吸风孔间连接有吸风管9；为了方便吹风管23和吸风管9的安装，吹风孔孔口处设置有与吹风管23固定连接的下法兰，抽风孔孔口处设置有与吸风管9固定连接的上法兰8。本实施例中，吹风管23和吸风管9均采用亚克力管道，管道内壁光滑，从而减小抽真空风机10工作过程中管道的风阻。
52.安装板4上开设有上下贯穿的漏孔，漏孔位于喷粉腔体11下方，安装板4的下方通过下法兰座22固定有回收桶12，下法兰座22的一端固定在安装板4的漏孔孔口，下法兰座22的另一端与回收桶12固定连接，回收桶12开口朝向漏孔，从而在实现对粉末的收集。为了在完成碳纤维丝束7的喷粉后，方便粉末从喷粉腔体11落入回收桶12中，本实施例中，在安装板4的下侧固定有电磁振动器21。
53.在静电喷粉过程中，大部分细粒料被抽真空风机10抽走并通过吹风管23再次将吸走的带有粉末的风输送到腔体内部实现闭环，粒径较大的粉末颗粒回落到粉末回收桶12。
54.为了便于观察喷粉腔体11内部的情况，本实施例中，在喷粉腔体11围板的前侧设置有透明观察窗5，透明观察窗5通过合页3铰接在喷粉腔体11上；在透明观察窗5上设置有圆柱锁6，可以根据实际需要上锁，保证设备使用过程中的安全。本实施例中，透明观察窗5采用亚克力材质制成。
55.为了方便实现对本实用新型的静电喷粉自动化机构的自动控制，还包括控制器，控制器分别与喷粉组件的驱动电机31、步进电机37、电磁振动器21、喷粉枪24、风机的变频器控制连接。
56.使用时，将设备上电，将步进电机37和驱动电机31回原点，将喷粉枪24的喷头调整一定的角度，然后，打开观察窗，将碳纤维丝束7穿过喷粉腔体11，并绕过第一光轴15与第二光轴18形成的s形绕组，并按照使用的高度和张紧力度对碳纤维丝束7进行张紧；然后将抽
真空风机10通电，通过控制器控制变频器，调节风机流量大小，将静电喷粉系统气压粉末流化到合适的程度时，将喷粉枪24打开。根据喷粉枪24喷涂粉量的大小，再次调节抽真空风机10风量的大小，直至粉量合适为止。然后根据树脂粉末在喷粉腔体11中的流化程度，通过控制器分别控制步进电机37和驱动电机31旋转频率，进而调节喷粉枪24的旋转往复周期和水平往复周期。待静电喷粉系统调节完毕后，打开预浸带制备系统，使碳纤维丝束7按照一定的速度前进，观察上粉率，根据需要调整喷粉强度、抽真空风机10的风量等综合调节，从而完成碳纤维丝束7的静电喷粉过程。
57.本实用新型的静电喷粉自动化机构使静电喷粉腔体11内部最大限度的流化，并使粉末较均匀的吸附在碳纤维丝束7上，同时采用抽真空风机10将粉末循环利用，增大了细粉末的利用率，从而使碳纤维丝束7内外表面尽可能的吸附较多的细粉末，增强了热塑性树脂基体与碳纤维丝束7的结合能力，提高了热塑性预浸带的综合力学性能。
58.上述实施例中，还包括设置在安装板上的动力部件，所述导向结构包括固定在安装板上的平行间隔设置的导轨和与导轨导向滑动适配的滑块；所述动力部件驱动喷粉组件沿导轨运动；其他实施例中，动力部件还可以不设置，此时通过手动实现喷粉组件沿导轨运动。
59.上述实施例中，所述动力部件包括固定在安装板的步进电机，步进电机设置在导轨的一端，步进电机的输出轴设置有第一同步轮，安装板上位于导轨的另一端设置有第二同步轮，第一同步轮与第二同步轮之间传动设有同步带，位于第一同步轮和第二同步轮下侧的同步带与固定架固定连接；其他实施例中，动力部件还可以为固定在立板两端的伸缩液压缸。
60.上述实施例中，所述同步带在前后方向位于两导轨之间；其他实施例中，所述同步带在前后方向位于前侧导轨的前方或者位于后侧导轨的后方，此时，第一固定板应向前延伸至前侧导轨的前方或者延伸至后侧导轨的后方。
61.上述实施例中，所述传动结构包括固定在驱动装置输出端的第一传动齿轮、设置在固定架上的第二传动齿轮、设置在喷粉枪上的第三传动齿轮，第一传动齿轮、第二传动齿轮、第三传动齿轮啮合传动，第一传动齿轮的直径与第二传动齿轮的直径相等均小于第三传动齿轮的直径；其他实施例中，传动结构还可以为固定在驱动装置输出端的第一滚轮和固定在喷粉枪上的第二滚轮，第一滚轮与第二滚轮之间通过带传动连接。
62.上述实施例中，所述喷粉腔体的出口设置有张紧结构；其他实施例中，张紧结构还可以不设置。
63.上述实施例中，所述吹风孔设置在喷粉腔体的下方，所述抽风孔设置在喷粉腔体的上方；其他实施例中，所述吹风孔设置在喷粉腔体的侧向，所述抽风孔设置在喷粉腔体的侧向。
64.上述实施例中，所述喷粉腔体的朝向喷粉枪的一侧设置有风琴罩，风琴罩中间位置设置有旋转环，喷粉枪从旋转环穿过进入喷粉腔体，所述旋转环形成供喷粉枪伸入的穿孔；其他实施例中，喷粉腔体的朝向喷粉枪的一侧设置有避让长孔。
65.上述实施例中，安装板的下方通过下法兰座固定有回收桶；其他实施例中，回收桶还可以不设置。
66.上述实施例中，所述喷粉腔体上设置有透明观察窗；其他实施例中，透明观察窗还
可以不设置。