CN101143360A - 一种纤维增强聚氨酯精细筛网及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纤维增强聚氨酯精细筛网及其成型方法。筛网1由边框2、筛孔区3和加强筋4组成，通孔率≥32％。筛孔10孔长1mm～5mm、孔宽0.1～0.5mm、孔间分隔条厚度0.1mm～0.5mm。粗分隔条7底部铺设有增强纤维11，提高筛网拉伸强度。该筛网具有厚度小，质量轻，开孔率高的特点。该筛网成型采用真空辅助、多浇口、低粘度聚氨酯体系传递模塑方法。该方法通过多浇口，按规定顺序，依次将低粘度聚氨酯体系注入密闭的真空精细筛网模腔、固化成型。采用针阀浇注头、多浇口顺序浇注及对模腔抽真空的方式，避免了多股料流相遇形成气穴，解决了常压浇注法不能成型聚氨酯精细筛网的问题。

Description

一种纤维增强聚氨酯精细筛网及其成型方法

技术领域

本发明涉及一种适用于制药、采矿、冶金、石油化工及水处理等领域精选粉体或过滤液体的精细筛网及其成型方法。

背景技术

制药、采矿、冶金、石油化工及水处理等领域精选粉体或过滤液体用筛网有三个重要技术指标：一是开孔率，即筛孔总面积与筛网总面积的比；二是筛孔尺寸，即适合不同筛分级别的筛孔；三是使用寿命。其中，开孔率越大，筛分效率越高；使用寿命越短，更换筛网越频繁，影响生产，增加成本。

传统矿山精细筛网一般使用金属编织筛网或注射尼龙筛网。金属编织筛网虽然开孔率高达50-55％，但由于耐磨性差，耐腐蚀性差，更换频繁，因此劳动强度大，成本高；其次，金属筛网弹性差，筛孔大小固定，在筛分时容易造成筛孔堵塞，影响筛分效率，而且工作噪音大。

注射尼龙精细筛网采用热塑性尼龙注射成型，由于受热塑性高分子注射成型加工的限制，不能制得大尺寸的整体筛网，使用时，只能采取多块小尺寸筛网拼接而成。由于存在拼缝、筛孔分隔条大等缺点，筛网开孔率低，一般小于10％，筛分效率很低。例如，国内专利CN2571508Y公开了一种尼龙精细筛片，条缝宽度为0.12～0.5mm，但筛网尺寸仅为405×200mm，使用时需拼接，拼缝多。

为克服金属筛网和注射尼龙筛网的上述缺点，人们研制成功聚氨酯筛网。聚氨酯筛网具有尺寸规格大、弹性好、耐磨、质轻、寿命长，使用时无须拼界，劳动强度低，而且工作噪音小。但是，现有聚氨酯筛网筛孔较大、尺寸精度低，只适用物料的粗选，不适用物料的精选。国内专利CN2663025Y公开了一种聚氨酯精细筛网，筛孔短边0.1mm～0.3mm，长边15mm～18mm，开孔率为25％以上，该筛网虽然具有较高的筛分效率，但筛孔长度过大，容易造成较大粒径的粒子透筛，影响筛分质量。

但是，由单纯聚氨酯制备的筛网，其拉伸强度较小，所以专利CN2250819Y、CN2149255Y、CN2149981Y及CN2805954Y采用聚氨酯包覆钢条或钢丝提高强度，牺牲了聚氨酯筛网的柔性，增加了筛网的质量和筛孔分隔条横断面而积，开孔率低。

美国专利4819809公开了一种增强模塑聚氨酯振动筛网，其筛孔呈长方形，由纵横两种筛条围成，其筛孔宽度为0.25mm～3mm，长度约为25mm，厚度为3mm。筛网使用芳轮纤维增强，增强纤维直径为0.5mm，筛网整体尺寸最大为1200mm×1600m。但该专利没有阐述开孔率。

总结上述，不同种类筛网的特点可归纳为表1。

表1现有筛网的特点

特点		金属筛	尼龙筛网	聚氨酯包覆金属筛网	聚氨酯筛网
						1	网孔/mm	0.05	0.1	0.5	0.1
2	开孔率％	40	7	35	30
						3	成型方法	编织	注射成型	编织-喷涂焊接-浇注	●离心-打孔●注射成型●敞模浇注
4	寿命	10～20	40～60	30～40	90～180
						5	耐磨性	差	良	良	优
6	耐腐蚀性	差	优	优	优
						7	柔性和弹性	差	良	差	优
8	噪音	大	较小	较小	很小

其次，现有聚氨酯筛网的成型方法有注射成型、常压浇注成型和片材打孔等方法。

专利CN1923498A公开了一种聚氨酯筛网的成型工艺，先离心成型聚氨酯片材，然后激光打孔制成筛网。虽然该方法制成的筛网尺寸大，使用时不用拼装，但是其筛网相邻孔间距较大，为0.6mm，孔宽为0.1mm～2mm，开孔率仅为22％，且没有设置增强骨架。

《聚氨酯工业》(1999，14(3)：18-20)中报道了一种采用浇注型聚氨酯离心成型片材，然后机械冲孔的方法制备聚氨酯驰张筛板的成型方法，这种方法不能一次成型筛网，生产效率较低，开孔率低，筛孔壁不光滑。《特种橡胶制品》(2002，23(6)：32-36)、《塑料工业》(2003，31(5)：48-51)以及《科技情报开发与经济》(2002，12(2)：70-72)中均报道了采用常压浇注法制备刚骨架增强聚氨酯筛板的方法，但采用这种方法制备的聚氨酯筛网其厚度和质量都较大。另外，常压浇注法浇注压力低，浇注体系不能在流道狭窄复杂的精细筛网成型模腔内顺利流动，因而不适用于成型筛孔尺寸小、相邻孔间距小的精细筛网。

发明内容

本发明目的之一是提供一种纤维增强的聚氨酯精细筛网。其增强纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维或聚酯纤维，纤维直径约0.1mm～0.4mm；其长方形筛孔的孔长1mm～Smm、孔宽0.1mm～0.5mm；孔间分隔条的厚度0.1mm～0.5mm、厚度0.3mm～1.0mm；开孔率等于或大于32％；孔间分隔条横截面呈“▼”字形，筛孔不易被物料阻塞，透筛性好，筛分效率高。长方形筛孔两侧设有粗分隔条，在粗分隔条的底部铺设有增强纤维，既提高了筛网的力学强度，又克服了钢质骨架增强聚氨酯筛网厚度大、质量大、柔性差的缺点。

本发明目的之二是提供一种适于纤维增强聚氨酯精细筛网一次性整体成型方法。采用真空辅助、多浇口、低粘度聚氨酯体系传递模塑(Vacuum-Assisted Muti-Pouring Gate ResinTransfer Molding，VA-MPG-RTM)方法成型，简称为真空辅助MPG-RTM。通过选取适当的浇口位置，采用多浇口顺序浇注的方法，在真空辅助下制得无气穴的纤维增强聚氨酯精细筛网。使常压浇注法无法成型的孔宽小、开孔率高的聚氨酯精细筛网的成型成为可能。

(一)聚氨酯精细筛网的构造及其特点

本筛网1由筛网边框2、筛孔区3及加强筋4组成(见图1)，筛网1长度和宽度均为50mm～2000mm。边框2由横边框5及纵边框6组成，构成整个筛网的外边缘。横边框5的厚度为3mm～5mm，宽度为20mm～30mm；纵边框6厚度大于横边框厚度为4mm～6mm，宽度为25mm～35mm。根据筛网的尺寸大小，加强筋4把筛孔区3分隔成8～20栏(见图1)，相邻加强筋间距为90mm～120mm，每一栏中分布着众多由粗分隔条7和细分隔条8构成的矩形网格(见图3和图4)，矩形网格的长度为5mm～10mm、宽度为1mm～5mm、厚度为1mm～2mm。粗分隔条7与细分隔条8横截面都为“▼”字形，粗分隔条7的底部铺设有贯穿整个筛网的直径为0.1mm～0.4mm增强纤维11。粗分隔条7顶部宽度为0.8mm～1.0mm，高度为1mm～2mm；细分隔条8顶部宽度为0.4mm～0.6mm，高度为1mm～2mm。每个矩形网格内平行分布有15～25个长方形筛孔10(见图7)，其孔长为1mm～5mm，孔宽为0.1mm～0.5mm，厚度为0.3mm～1mm。筛孔10由孔间分隔条9垂直连接于细分隔条8的顶部构成(见图6)，孔间分隔条9的顶部与筛网上表面12平齐，但底部远离筛网下表面13，所以，筛网上表面12和筛网下表面13具有不同的结构特征(见图5)。孔间分隔条9横截面为小“▼”字形(见图6)，使筛孔(10)的横截面构成梯形，即筛孔上窄下宽，从而可避免物料颗粒阻塞筛孔，提高筛分效率。孔间分隔条9顶部宽度仅为0.1mm～0.5mm，即筛孔10排列紧密，使整个筛网具有很高的开孔率，达到32％以上。孔间分隔条9与筛孔 10的高度相同(见图6)为0.3mm～1mm，如此小的筛面厚度使得整个筛网的质量很轻。

加强筋4在筛网上表面12以上部分横截面形状为三角形，称为加强筋上部14；在筛网上表面12和筛网下表面13之间的部分横截面形状为矩形(见图2及图5)，称为加强筋下部15。加强筋上部14横截面三角形的底边长为8mm～12mm，高度为6mm～10mm。加强筋下部15横截面矩形长度为5mm～8mm，高度为3mm～5mm。加强筋4除了起到增强筛网的作用之外，还能使要筛分的物料均匀的分布在整个筛网上，避免物料集中在筛网的局部影响筛分效率。此外，加强筋4的三角形横截面(14)的斜面16可以引导物料流向加强筋4附近的筛孔区，避免部分物料没有经过筛分而直接沿加强筋上表面流过筛网，从而影响筛分质量。

如上所述，该种筛网具有以下优点：

第一、该筛网的孔宽小、孔间分隔条厚度小、筛孔排列紧密，因而开孔率高、筛分效率高；筛孔横截面为梯形，这种由上往下逐渐变大的筛孔，不易阻塞、透筛性好。

第二、该筛网在粗分隔条的底部铺设有柔韧的增强纤维，不仅赋予筛网很高的抗张强度，而且保持了聚氨酯质轻、柔性好的优点。这是金属材质骨架增强聚氨酯筛网所不具备的。

第三、该筛网分布有高度仅为0.3mm～1mm的孔间分隔条和筛孔，两者面积之和占筛网总面积的70％以上，因此，整个筛网的绝大部分区域厚度很小。由粗分隔条与细分隔条构成的矩形网格，其顶部面积占筛网总面积的比例不到30％，但却赋予筛网较大的抗张强度。

第四、筛网中均匀分布着凸起的加强筋，其横断面在高出筛分区上表面以上部分为三角形，这种三角形横截面加强筋可以起到引导、分隔物料的作用，使物料在筛分时不会集中在筛网的某个局部区域，保证每个筛孔都能发挥作用，充分利用了有效筛分面积。

附图说明：

图1为聚氨酯精细筛网正视图

图2为聚氨酯精细筛网A-A向视图

图3为精细筛网局部放大正向示意图(图1中矩形区部分)

图4为精细筛网局部放大反向示意图a(图1中矩形区内部分)

图5为精细筛网局部B-B向示意图

图6为精细筛网局部C-C向示意图

图7为精细筛网局部放大示意图b(图3中矩形区内部分)

图中：1—筛网、2—筛网边框、3—筛孔区、4—加强筋、5—横边框、6—纵边框、7—粗分隔条、8—细分隔条、9—孔间分隔条、10—筛孔、11—增强纤维、12—筛网上表面、13—筛网下表而、14—加强筋上部、15—加强筋下部、16—加强筋斜面。

(二)聚氨酯精细筛网成型方法

由上述聚氨酯精细筛网的结构可知，该筛网结构复杂，筛孔精细，整体尺寸大。若采用聚氨酯熔体注塑成型，则因其熔体粘度大，不能充满细长且复杂的流道或模腔，产生欠注。

如采用聚氨酯液体常压浇注成型方法，不能避免气体在复杂流道中受困而形成气穴。

真空辅助RTM成型方法，是一种在模腔抽真空的条件下，通过压力将树脂注入密闭的模腔、固化成型的方法。采用真空辅助RTM成型方法成型聚氨酯精细筛网时，浇注口的位置设置和数量以及加料方式对成型过程有较大影响。浇口位置不恰当，容易造成困气，导致制品产生缺陷；浇口数量过少，树脂体系可能还未充满模腔时就达到较高粘度，影响进一步充模，导致欠注；浇口数量过多，料流股数也多，当几个流动前锋相遇时，很容易形成气穴。因此，选择合适的浇口位置、数量及加料方式，对于成型高品质筛网是非常重要的。

在本发明中，采用真空辅助、多浇口、低粘度聚氨酯体系传递模塑方法(VA-MPG-RTM)成型纤维增强精细筛网(如图9所示)。浇口位置设置在加强筋部位(如图8所示)。根据筛网尺寸，浇口数量可以不同。当采用多浇口浇注时，先开启中间0级浇口，当流动前锋越过两侧1级浇口时，再开启这两个1级浇口，当流动前锋越过2级浇口时，再开启这两个2级浇口，依次进行(如图10所示)。虽然是多浇口浇注，但树脂流动前锋只有一个，避免了多浇口同时开始浇注时多股料流相遇形成气穴的问题。而且，在浇注时，对模腔抽真空，避免困气现象的发生。抽真空前，将模具上、下模板的接缝处密封好，在边缘处设一抽气口，将抽气口与真空设备相连(如图9所示)。

附图说明：

图8为浇口位置示意图

图9为真空辅助、多浇口、树脂传递模塑(VA-MPG-RTM)装置示意图

图10为加料方式示意图

具体实施方式

1)将增强纤维铺设到经过处理的模具中，闭合模具，将模具上、下模板的接缝密封，将抽气口与真空设备相连，然后将模具加热到70℃～90℃；

2)将低粘度(0.5Pa·s～2Pa·s)聚氨酯浇注体系放入浇注机的料釜中加热到60℃～80℃，将浇注机各浇注头分别与模具上各浇口相连接。

3)开启真空设备，当真空度达到0.08MPa～0.09MPa时，开启位于加强筋中间的浇口，在3MPa～10MPa的压力下，将低粘度树脂体系注入模腔；当流动前锋超过两侧的两个浇口时，再同时开启两个浇口，浇注压力也为3MPa～10MPa；如果两侧还有浇口，则按上述操作依次进行。

4)当树脂完全充满模腔后，首先停止抽真空，所有浇口依然保持与浇口相连，保压压力为2MPa～5MPa，直至聚氨酯体系达到凝胶点。

5)将浇注头从浇口处移开，将模具加热到树脂固化温度100℃～120℃，固化时间为0.5h～1h。然后，冷却模具到70℃～90℃，开启模具脱模，即得制品。

具体实施例

实施例1

1)将经表面处理的增强纤维铺设到约85℃的模腔内，闭合模具，将模具上、下模板的接缝密封，将抽气口与真空设备相连。

2)将低粘度(1.5Pa·s)聚氨酯浇注体系1灌入浇注机料釜中，加热到80℃，将浇注机各针阀浇注头分别与模具上各浇口相连接。

3)开启真空设备，当真空度达到0.09MPa时，开启位于加强筋中间的浇口，在5MPa的压力下，将低粘度树脂体系注入模腔；浇注约20秒钟后，流动前锋超过两侧的两个浇口时，同时开启两个浇注头，浇注压力也为5MPa。

4)约1min后，树脂完全充满模腔，这时停止抽真空，所有浇口依然保持与浇口相连，保压压力为3MPa，6min后聚氨酯体系达到凝胶点，保压结束。

5)将针阀浇注头从浇口处移开，将模具加热到树脂120℃，固化0.5h；然后，冷却模具到85℃，开启模具脱模，即得尺寸精度高、力学性能优异、表观质量好、无气泡缺陷的纤维增强聚氨酯精细筛网。

实施例2

1)将经表面处理的增强纤维铺设到约80℃的模腔内，闭合模具，将模具上、下模板的接缝密封，将抽气口与真空设备相连。

2)将低粘度(0.8Pa·s)聚氨酯浇注体系2灌入浇注机的料釜中，加热到75℃，将浇注机各针阀浇注头分别与模具上各浇口相连接。

3)开启真空设备，当真空度达到0.08MPa时，开启位于加强筋中间的浇口，在4MPa的压力下，将低粘度树脂体系注入模腔；浇注18秒钟后，流动前锋超过两侧的两个浇口时，同时开启两个浇注头，浇注压力也为4MPa。

4)50秒后树脂完全充满模腔，然后停止抽真空，所有浇口依然保持与浇口相连，保压压力为3MPa，8min后聚氨酯体系达到凝胶点。

5)将针阀浇注头从浇口处移开，将模具加热到树脂固化温度100℃，固化时间为1h。然后，冷却模具到80℃，开启模具脱模，即得尺寸精度高、力学性能优异、表观质量好、无气泡缺陷的纤维增强聚氨酯精细筛网。

真空辅助MPG-RTM工艺，与其它传统的聚氨酯精细筛网成型方法相比具有以下特点，列于表2中。

表2聚氨酯精细筛网成型方法比较

成型方法	真空辅助MPG-RTM	常压浇注	离心-打孔
				成型精度	高	低	低
成型周期/h	1～1.5	1～2	>3
				筛孔壁厚/mm	0.1	0.5	0.6
制品缺陷	无	多	多
				自动化程度	高	低	低
是否二次加工	否	是	是
				制品表观质量	优	良	差
是否可设增强体	是	是	否

因此，聚氨酯精细筛网的真空辅助MPG-RTM成型方法与常压浇注和离心-打孔的传统成型方法相比，具有成型精度高、筛孔壁厚小、制品缺陷少、自动化程度高、劳动条件好、不需要二次加工、制品表观质量好等优点。

真空辅助、多浇口顺序浇注成型方法，避免了多股料流在复杂模具中相遇形成气穴的问题；使大尺寸聚氨酯精细筛网的一次性整体成型成为可能，并且制品无气穴缺陷，提高了成品率。

Claims (9)

1.一种聚氨酯筛网，其特征在于：所述筛网(1)的长度和宽度均为50mm～2000mm，且由长方形筛孔(10)、粗分隔条(7)、细分隔条(8)、加强筋(4)和边框(2)组成；加强筋(4)把筛孔区(3)分隔成8～20栏；相邻加强筋间距为90mm～120mm；每一栏中分布着众多由粗分隔条(7)和细分隔条(8)构成的矩形网格；每个矩形网格内平行分布有15～25个长方形筛孔(10)；筛孔(10)由细分隔条(8)和孔间分隔条(9)围成，筛孔长为1mm～5mm，筛孔宽为0.1mm～0.5mm，厚度为0.3mm～1mm；相邻筛孔间壁厚0.1mm～0.5mm。

2.根据权利要求1所述的筛网，其特征在于：筛网的通孔率等于或大于32％。

3.根据权利要求1～2中所述的筛网，其特征在于：粗分隔条(7)的横截面为“”字形，其底部铺设有贯穿整个筛网的增强纤维(11)。

4.根据权利要求1～3中所述的筛网，其特征在于：孔间分隔条(9)横截面为小“”字形，筛孔(10)的横截面为梯形，筛孔上窄下宽。

5.根据权利要求1～3中所述的筛网，其特征在于：加强筋(4)由三角形横截面(14)和矩形横截面(15)组合而成，且加强筋(4)的三角形横截面(14)部分与筛网上表面(12)结合，加强筋(4)的矩形横截面(15)部分贯穿筛网筛孔区(3)，并高出筛网下表面(13)。

6.权利要求1～5中所述筛网的成型方法是一次性整体成型，其特征在于：采用真空辅助、多浇口(0、1、2、…、n级)、低粘度聚氨酯体系传递模塑方法成型，其步骤包括：按浇口顺序，将浇注体系依次注入模腔；同时，通过模腔另一侧开口抽真空，使模腔产生真空度为0.08MPa～0.09MPa的负压；传递浇注完毕后，停止抽真空，保压至聚氨酯体系达到凝胶点；然后，将模具升温到树脂固化温度100℃～130℃，固化0.5h～1h后，冷却模具至90℃以下，开启模具，取出筛网。

7.权利要求6所述成型方法，其特征在于：所述浇口均匀分布在加强筋(4)上，浇口个数由筛网整体尺寸决定，但每根加强筋(4)上的浇口数量为奇数，以保证树脂对称流动。

8.权利要求6～7中所述成型方法，其特征在于：按浇口顺序注入聚氨酯体系，即先开启中间位置的浇口(命名为0级)，当流动前锋越过距0级浇口最近的两侧两个浇口(命名为1级)时，再开启该两侧两个浇口，即1级浇口级；当流动前锋越过距1级浇口最近的两侧两个浇口(命名为2级)时，再开启2级浇口；依次进行。

9.权利要求6～7中所述的成型方法，其特征在于：在将聚氨酯体系注入模腔之前，还包括将增强纤维铺设到模具型腔的步骤。

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