1 引言
    預浸料被廣泛應用于航空航天中，特別是飛機螺旋槳及機翼等航空構件的重要材料^[1]。制造預浸料的方法有很多，根據浸漬樹脂的狀態分為干法和濕法。濕法主要是指纖維經過裝有樹脂溶液的膠槽，經過擠膠、烘干、鋪墊隔離紙和壓實成型。干法又稱膠膜法、兩步法、熱熔法，特別適合制造寬幅預浸料。將預浸料的制備過程分成兩部分，首先要制造一定寬度的均勻平整的樹脂膠膜，然后用所制膠膜在一定溫度、壓力下與一定數量的纖維進行復合預浸，終制備出符合要求的預浸料。膠膜法的優點在于預浸料中的樹脂分布均勻，樹脂含量可以做得較低，制備的復合材料中空隙缺陷小、力學性能好、節約溶劑^[1~5]。盡管國外熱熔法預浸料早已生產，但對國內來說，仍是一項新課題，長期以來此類材料主要依賴進口^[3]。
2 膠膜的制備工藝
    膠膜的制備就是將樹脂融化，均勻涂敷在一定寬度的脫膜紙上。膠膜的制備工藝步驟為：進紙、涂膠、冷卻、牽引并覆蓋PE膜、收卷等，如圖1所示。脫膜紙卷1經過張力傳感器組件2進入涂膠部分3。涂膠部分將融化的樹脂按照一定的厚度均勻涂覆在脫膜紙上形成膠膜。膠膜經過冷卻板后膠膜上的樹脂冷卻，脫膜紙以上的膠全都固化在脫膜紙上，保證后一道工序中樹脂不粘沾在牽引輥上。冷卻后的膠膜和PE膜5一起進入牽引輥6，后進行切邊收卷部分7。

         
    本文研究的熱熔法膠膜制備主要工藝參數及性能為:①膠膜寬度,600mm;②脫膜紙張力,10N;③涂膠速度，3m/mim；④樹脂融化溫度,80±1℃；⑤冷卻板冷卻溫度,-5±1℃。④含膠量誤差,±3％^[2,3]。
3 涂膠工藝技術
    涂膠部分為將樹脂涂覆于脫膜紙表面。此步驟是制作膠膜的關鍵工藝，對機械設備的要求較高，因為涂膠厚度和均勻性直接影響后面制造預浸料時的預浸料含膠量誤差^[3]。本文設計的涂膠工藝與裝置如下圖2所示。

                 
    樹脂膠4融化后放置于涂膠輥5和擠膠輥2之間并附在涂膠輥表面通過涂膠輥和擠膠輥之間的間隙隨涂膠輥轉動帶出，隨涂膠輥轉動流入涂膠輥和送紙輥6之間，涂敷在脫膜紙表面。樹脂黏度有一定要求，黏度太小就會使膠從膠槽中過量流出。黏度太大又會影響膠的流動性，不能均勻涂在輥上，進而均勻涂在脫膜紙上，所以必須使黏度適當。涂膠輥和擠膠輥為中空輥，內通導熱油進行加熱，使其表面溫度達到80±1℃。通過帶減速裝置的手輪1，可調節涂膠輥和擠膠輥之間的間隙，間隙大小由光柵尺3控制，同時需要考慮此間隙受熱膨脹影響，熱膨脹后間隙σ為：
                        σ＇＝σ-α（D1＋D2）△T
    其中，D₁送紙輥直徑；D₂為涂膠輥直徑；σ為涂膠輥和擠膠輥之間間隙；α為材料線膨脹系數；△T為溫度升高差。
    涂膠厚度δ與涂膠輥和擠膠輥之間的間隙、涂膠輥、擠膠輥、送紙輥線速度相關，關系為：

                      
    其中，ω₁為送紙輥角速度；ω₂為涂膠輥角速度；ω₃為擠膠輥角速度。[-page-] 
    涂膠輥5和擠膠輥2直線度和圓柱度直接影響涂膠的均勻性和預浸料含膠量誤差，涂膠工藝對這兩個輥的加工要求較高，在很大程度上決定膠膜的質量。涂膠輥5和擠膠輥2如果想保持預浸料含膠量誤差在3％^[1,3],那么涂膠輥5和擠膠輥2的直線度γ及圓柱度β為：
                       γ=β=±0.03σ
    10為液壓缸，通過液壓缸和光柵尺7可以調節涂膠輥和送紙輥之間的間隙。脫膜紙輥9和張力傳感器8組成一個閉環控制系統，張力控制以張力傳感器為檢測元件，磁粉離合器為控制元件組成恒張力控制系統，直接測定放卷料的實時張力。該儀器通過張力傳感器采集張力數據，與設定張力值進行比較，自動調整磁粉制動器或磁粉離合器的激磁電流來控制脫膜紙卷料9的張力并保持其恒定，從而形成一個張力閉環，確保脫膜紙張力恒定，如果脫膜紙張力不恒定，極易使脫膜紙起皺和偏置直至斷裂。11為經過涂膠后得到的膠膜。
4 膠膜牽引穩速控制
    在本系統中，由于工藝上不允許安裝傳感器，只能采用間接的方法控制膠膜張力并實現牽引穩速控制，圖3為膠膜牽引結構。為穩定膠膜張力，采用以下控制策略。
    (1)采用線速度比值控制來間接控制牽引張力。膠膜的牽引張力設為T，牽引輥的直徑為D，牽引輥的線速度為v₁(t)，是系統的主令信號，送紙輥線速度為v₄(t)。在開始牽引過程時，顯然應使v₄(t)＞v₁,(t)，則膠膜在牽引時有張力，并逐漸增大。如果控制v₄(t)＜v_l(t)，則牽引過程沒有張力，無法保證膠膜質量。牽引輥v₄(t)和送紙輥v₁(t)這兩個傳動點的線速度之差的變化將引起膠膜張力的變化。此時，膠膜將受到的牽引張力T為：

          
    其中，k為脫膜紙彈性模量；l為牽引輥與送紙輥之間的距離；t₁為卷取機構的建立張力時間；
    (2)對送紙輥v₁(t)和牽引輥v₄(t)分別實施閉環控制，間接實現對張力的閉環控制。其任務是在線速度設定后，通過電送紙輥ω₁(t)和牽引輥ω₄(t)的閉環控制使得牽引線速度等于設定線速度。以牽引為例，其閉環控制由編碼器E2、可編程控制器PLC、伺服電機驅動器Q2、伺服電機M2、減速器G2等組成，由編碼器檢測牽引輥ω₄(t)。
5 收卷成型
   收卷成型主要實現糾偏控制和恒張力收卷。
    (1)糾偏控制。如圖4所示探頭探測卷材的邊緣或線條，讀出卷材實際位置與設定位置的偏移量，將偏移量轉換成與之成正比的電信號；再將該信號輸入控制器，信號經控制器放大、校準后，輸出至電驅動器，電驅動器根據信號的大小，驅動糾偏導向機構，將卷材回復至設定位置。電驅動器的驅動信號只與卷材跑偏量成正比關系，這就使得各種不同的卷材，系統能提供精確的糾偏控制。[-page-]

               
    (2)恒張力收卷。卷繞過程中隨著直徑D的不斷增大，線速度＝半徑×角速度，導致線速度不斷的增大，則張力也不斷的增大。因此可以通過采用力矩電機來實現恒張力收卷。同時保證線速度恒定。
6 結語
    膠膜法適合制造寬幅預浸料。在涂膠工藝中涂膠厚度和均勻性的控制直接影響后面制造預浸料時的預浸料含膠量誤差。在膠膜牽引工藝中，由于工藝上不允許安裝傳感器，只能采用間接的方法控制膠膜張力并實現牽引穩速控制，后實現糾偏控制和恒張力收卷成型。圖5所示為3m/mim涂膠速度下制作的600mm寬膠膜樣品。

                    
                    參考文獻
[1] 趙渠森.預浸料技術及其設備[J]．玻璃鋼/復合材料,1994,1:31-36.
[2] 張鳳翻.復合材料用預浸料[J].高科技纖維與應用,2000,25(5):18-21．
[3] 劉寶鋒,李佩蘭,張鳳翻.熱熔法預浸料制備工藝研究[J].高科技纖維與應用,2000,25(4):38-40.
[4] 蔡浩鵬,王鈞,段華軍.熱塑性復合材料制備工藝概述[J].玻璃鋼/復合材料,2000,2:51-53．
[5] 段可欣.濕法單向碳纖維預浸料的研制[J].通信與測控,2003,103(4):47-51．

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