长纤浸渍过程动态特性及控制系统研究

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长纤维增强热塑性复合材料(LFT)凭借质轻强度高等出色的性能已在工业上广泛应用,目前国内外制备LFT复合材料主要采用熔融浸渍技术,如何使树脂熔体很好的包覆在纤维表面,高效的制备高质量的复合材料成为该工艺技术重点研究的问题。同时在生产过程中,牵引速度与喂料量的匹配关系也会影响纤维含量的波动变化。因此,对系统的设备要求也越来越高,制品质量的高要求就对浸渍包覆造粒系统的自动化、专业化程度的要求提高。  本文根据实验室已有的长纤浸渍包覆设备,采用Design Expert软件进行模拟和实验,进行长纤维增强聚丙烯复合材料浸渍过程的初步研究,探索相关工艺变量(牵引速度、喂料量、预分散张力)对长纤浸渍预浸料产品的影响规律,对工业生产中常见的导致LFT产品质量不稳定的因素进行了分析。  然后,分析了长纤增强浸渍过程中牵引速度和喂料量与纤维含量的关系,利用状态空间系统辨识(N4SID)的方法,通过MATLAB对双螺杆挤出长纤浸渍系统建立了以牵引速度、喂料量为输入量,纤维含量为输出量的状态空间模型,并进行了动态特性分析,对控制系统设计具有指导意义。  最后,针对一套双螺杆挤出长纤浸渍包覆造粒生产设备,搭建了基于西门子S7-300PLC的控制系统,提出一种基于Profibus-DP/Modbus网关的通讯协议转换方式,解决了设备间相互通讯兼容问题。提出了一种自动同步升温控制的方法,减少了高温下的保温时长,减小能量损失。根据浸渍过程的特点,实现了精确的喂料量-牵引速度的比值控制。上位机采用WinCC和触摸屏设计了友好的人机交互操作,实现全套设备智能化控制。
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