1 引言
    预浸料被广泛应用于航空航天中，特别是飞机螺旋桨及机翼等航空构件的重要材料^[1]。制造预浸料的方法有很多，根据浸渍树脂的状态分为干法和湿法。湿法主要是指纤维经过装有树脂溶液的胶槽，经过挤胶、烘干、铺垫隔离纸和压实成型。干法又称胶膜法、两步法、热熔法，特别适合制造宽幅预浸料。将预浸料的制备过程分成两部分，先要制造一定宽度的均匀平整的树脂胶膜，然后用所制胶膜在一定温度、压力下与一定数量的纤维进行复合预浸，终制备出符合要求的预浸料。胶膜法的优点在于预浸料中的树脂分布均匀，树脂含量可以做得较低，制备的复合材料中空隙缺陷小、力学性能好、节约溶剂^[1~5]。尽管国外热熔法预浸料早已生产，但对国内来说，仍是一项新课题，长期以来此类材料主要依赖进口^[3]。
2 胶膜的制备工艺
    胶膜的制备就是将树脂融化，均匀涂敷在一定宽度的脱膜纸上。胶膜的制备工艺步骤为：进纸、涂胶、冷却、牵引并覆盖PE膜、收卷等，如图1所示。脱膜纸卷1经过张力传感器组件2进入涂胶部分3。涂胶部分将融化的树脂按照一定的厚度均匀涂覆在脱膜纸上形成胶膜。胶膜经过冷却板后胶膜上的树脂冷却，脱膜纸以上的胶全都固化在脱膜纸上，保证后一道工序中树脂不粘沾在牵引辊上。冷却后的胶膜和PE膜5一起进入牵引辊6，后进行切边收卷部分7。

         
    本文研究的热熔法胶膜制备主要工艺参数及性能为:①胶膜宽度,600mm;②脱膜纸张力,10N;③涂胶速度，3m/mim；④树脂融化温度,80±1℃；⑤冷却板冷却温度,-5±1℃。④含胶量误差,±3％^[2,3]。
3 涂胶工艺技术
    涂胶部分为将树脂涂覆于脱膜纸表面。此步骤是制作胶膜的关键工艺，对机械设备的要求较高，因为涂胶厚度和均匀性直接影响后面制造预浸料时的预浸料含胶量误差^[3]。本文设计的涂胶工艺与装置如下图2所示。

                 
    树脂胶4融化后放置于涂胶辊5和挤胶辊2之间并附在涂胶辊表面通过涂胶辊和挤胶辊之间的间隙随涂胶辊转动带出，随涂胶辊转动流入涂胶辊和送纸辊6之间，涂敷在脱膜纸表面。树脂黏度有一定要求，黏度太小就会使胶从胶槽中过量流出。黏度太大又会影响胶的流动性，不能均匀涂在辊上，进而均匀涂在脱膜纸上，所以必须使黏度适当。涂胶辊和挤胶辊为中空辊，内通导热油进行加热，使其表面温度达到80±1℃。通过带减速装置的手轮1，可调节涂胶辊和挤胶辊之间的间隙，间隙大小由光栅尺3控制，同时需要考虑此间隙受热膨胀影响，热膨胀后间隙σ为：
                        σ＇＝σ-α（D1＋D2）△T
    其中，D₁送纸辊直径；D₂为涂胶辊直径；σ为涂胶辊和挤胶辊之间间隙；α为材料线膨胀系数；△T为温度升高差。
    涂胶厚度δ与涂胶辊和挤胶辊之间的间隙、涂胶辊、挤胶辊、送纸辊线速度相关，关系为：

                      
    其中，ω₁为送纸辊角速度；ω₂为涂胶辊角速度；ω₃为挤胶辊角速度。[-page-] 
    涂胶辊5和挤胶辊2直线度和圆柱度直接影响涂胶的均匀性和预浸料含胶量误差，涂胶工艺对这两个辊的加工要求较高，在很大程度上决定胶膜的质量。涂胶辊5和挤胶辊2如果想保持预浸料含胶量误差在3％^[1,3],那么涂胶辊5和挤胶辊2的直线度γ及圆柱度β为：
                       γ=β=±0.03σ
    10为液压缸，通过液压缸和光栅尺7可以调节涂胶辊和送纸辊之间的间隙。脱膜纸辊9和张力传感器8组成一个闭环控制系统，张力控制以张力传感器为检测元件，磁粉离合器为控制元件组成恒张力控制系统，直接测定放卷料的实时张力。该仪器通过张力传感器采集张力数据，与设定张力值进行比较，自动调整磁粉制动器或磁粉离合器的激磁电流来控制脱膜纸卷料9的张力并保持其恒定，从而形成一个张力闭环，确保脱膜纸张力恒定，如果脱膜纸张力不恒定，极易使脱膜纸起皱和偏置直至断裂。11为经过涂胶后得到的胶膜。
4 胶膜牵引稳速控制
    在本系统中，由于工艺上不允许安装传感器，只能采用间接的方法控制胶膜张力并实现牵引稳速控制，图3为胶膜牵引结构。为稳定胶膜张力，采用以下控制策略。
    (1)采用线速度比值控制来间接控制牵引张力。胶膜的牵引张力设为T，牵引辊的直径为D，牵引辊的线速度为v₁(t)，是系统的主令信号，送纸辊线速度为v₄(t)。在开始牵引过程时，显然应使v₄(t)＞v₁,(t)，则胶膜在牵引时有张力，并逐渐增大。如果控制v₄(t)＜v_l(t)，则牵引过程没有张力，无法保证胶膜质量。牵引辊v₄(t)和送纸辊v₁(t)这两个传动点的线速度之差的变化将引起胶膜张力的变化。此时，胶膜将受到的牵引张力T为：

          
    其中，k为脱膜纸弹性模量；l为牵引辊与送纸辊之间的距离；t₁为卷取机构的建立张力时间；
    (2)对送纸辊v₁(t)和牵引辊v₄(t)分别实施闭环控制，间接实现对张力的闭环控制。其任务是在线速度设定后，通过电送纸辊ω₁(t)和牵引辊ω₄(t)的闭环控制使得牵引线速度等于设定线速度。以牵引为例，其闭环控制由编码器E2、可编程控制器PLC、伺服电机驱动器Q2、伺服电机M2、减速器G2等组成，由编码器检测牵引辊ω₄(t)。
5 收卷成型
   收卷成型主要实现纠偏控制和恒张力收卷。
    (1)纠偏控制。如图4所示探头探测卷材的边缘或线条，读出卷材实际位置与设定位置的偏移量，将偏移量转换成与之成正比的电信号；再将该信号输入控制器，信号经控制器放大、校准后，输出至电驱动器，电驱动器根据信号的大小，驱动纠偏导向机构，将卷材回复至设定位置。电驱动器的驱动信号只与卷材跑偏量成正比关系，这就使得各种不同的卷材，系统能提供精确的纠偏控制。[-page-]

               
    (2)恒张力收卷。卷绕过程中随着直径D的不断增大，线速度＝半径×角速度，导致线速度不断的增大，则张力也不断的增大。因此可以通过采用力矩电机来实现恒张力收卷。同时保证线速度恒定。
6 结语
    胶膜法适合制造宽幅预浸料。在涂胶工艺中涂胶厚度和均匀性的控制直接影响后面制造预浸料时的预浸料含胶量误差。在胶膜牵引工艺中，由于工艺上不允许安装传感器，只能采用间接的方法控制胶膜张力并实现牵引稳速控制，后实现纠偏控制和恒张力收卷成型。图5所示为3m/mim涂胶速度下制作的600mm宽胶膜样品。

                    
                    参考文献
[1] 赵渠森.预浸料技术及其设备[J]．玻璃钢/复合材料,1994,1:31-36.
[2] 张凤翻.复合材料用预浸料[J].高科技纤维与应用,2000,25(5):18-21．
[3] 刘宝锋,李佩兰,张凤翻.热熔法预浸料制备工艺研究[J].高科技纤维与应用,2000,25(4):38-40.
[4] 蔡浩鹏,王钧,段华军.热塑性复合材料制备工艺概述[J].玻璃钢/复合材料,2000,2:51-53．
[5] 段可欣.湿法单向碳纤维预浸料的研制[J].通信与测控,2003,103(4):47-51．