CN102363363B

CN102363363B - 纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备

Info

Publication number: CN102363363B
Application number: CN 201110327441
Authority: CN
Inventors: 管印贵; 曲学功; 时艳玲; 曲春光
Original assignee: 管印贵
Current assignee: East China University of Science and Technology; Shandong Grad Group Co Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: CN102363363A

Abstract

一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备，属于复合材料的拉挤成型技术领域。该设备包括供纱机构、供毡过纱机构、纤维编织平台、恒温不锈钢带复合机构、热塑拉挤成型模具、牵引机构，其中，供纱机构/供毡过纱机构上设置可使纤维纱/纤维毡成绷紧状态放送至下序的张力放纱/张力放毡机构，张力放纱/张力放毡机构由供纱机构/供毡过纱机构上竖直排列的预应力阻尼轴机构和与该预应力阻尼轴机构一一对应配置的过轮轴组成。本发明可根据需要选择更换各种增强材。机组可采用一组或多组短不锈钢传送带组合及模块化组合结构。纤维与熔融聚合物复合层数、纤维排布均可自由设计。整套机组结构简单，设置灵活，生产成本低。直接在线加工，更节能，更省时。

Description

纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备

技术领域

本发明属于复合材料的拉挤成型技术领域，涉及一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型的设备。

背景技术

纤维热塑性复合材料是当前国外热塑性复合材料的开发热点，具有轻质高强、环保可回收等特点，广泛应用于汽车、电器、轨道交通、建筑行业及民用、轻工业领域。

目前直接在线生产纤维增强热塑性复合材料主要采用直接模压及直接注塑工艺，如德国迪芬巴赫（Dieffenbacher）公司的LFT-D-ILC直接模压生产线和科倍隆W&P公司的D-LFT系统直接注塑生产线。上述生产线玻璃纤维的切断、分散以及玻纤与聚合物的复合均是在螺杆挤出机内进行，由此带来的问题是：玻纤的长度受到螺杆螺距的限制，一般只能达到20mm~25mm左右。由于螺杆对玻纤的磨损，导致制品的性能降低。螺杆结构相对固定，对于产品各种不同的性能需求，需要更换不同的螺杆元件。玻璃纤维对螺杆元件的磨损严重，每生产一定数量的产品，就需要对磨损的螺杆元件进行更换，生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备，以解决现有技术中螺杆对玻纤的磨损，导致制品的性能降低。玻纤长度短，力学性能低的问题。实现更好的制品性能，保持产品质量的稳定性，以及更低廉的生产投入。

本发明主要由供纱机构、供毡过纱机构、纤维编织平台、热塑拉挤成型模具、牵引机构组成，解决其技术问题所采用的技术方案是把纤维切断及纤维与热塑性塑料的复合从螺杆机中分离出来，采用独立的纤维切断及独立的恒温不锈钢带复合机构。方案中拉挤成型设备的供纱机构/供毡过纱机构上设置可使纤维纱/纤维毡成绷紧状态放送至下序的张力放纱/张力放毡机构，张力放纱/张力放毡机构由供纱机构/供毡过纱机构上竖直排列的预应力阻尼轴机构和与该预应力阻尼轴机构一一对应配置的过轮轴组成。恒温不锈钢带复合机构由双螺杆挤出机、玻纤切断分散装置、不锈钢带压延机、保温罩构成。纤维切断装置由聚氨酯支承辊及碳钢刀辊组成，刀辊上嵌有不锈钢刀片，刀辊正下方装有狼牙棒式分散辊。

前述复合材料拉挤成型设备，其中：纤维编织平台前端设置有矩形的纤维集束装置；纤维编织平台后端设有预热纤维纱、纤维毡的红外线加热装置；纤维编织平台中部为编织铺放纤维纱、纤维毡的操作平台。

前述复合材料拉挤成型设备，其中：恒温不锈钢带复合机构的纤维切断分散装置、螺杆挤出机固定在恒温平行不锈钢带复合装置的前端，挤出机出口装有T型模头，T型模头出料口及纤维切断分散装置出料口伸入到恒温不锈钢带的保温罩内。保温罩包覆在整条恒温不锈钢带外部，保温罩内设置红外线加热装置。恒温不锈钢带中间段装有不锈钢带压延机，通过调节装置固定在恒温不锈钢正上方，调节装置由带有螺纹的调节螺杆及调节手柄组成。压延机为辊带式结构，不锈钢带包覆在空心压辊外部。

前述复合材料拉挤成型设备，其中：所述热塑成型模具由固装在模具工作台板上的预成型模具组及成型模具构成，预成型模具组及成型模具外部装有分区加热模具的环抱加热套,该加热套可根据分区加热的需要设置数个间隔配置。

前述复合材料拉挤成型设备，其中：所述牵引机构具有受动力源驱动的链排传动部和与该链排传动部成可使链排部压紧和松开方式连接的气动压紧装置；该动力源包括减速机；上、下链排相互匹配结合形成挤压构造，上链排与下链排的挤压接触面上分别设置可钳住制品的上、下链排胶块，以通过胶块的摩擦力加强牵引力；下链排固定在机架上，上链排借由气缸驱动向下运动压紧制品，向上运动松开制品，压紧制品时完成牵引动作，松开制品时，操作者可进行设备调整或检查维修。

本发明的有益效果是：（1）树脂原料可根据需要选择更换，连续纤维纱、长纤维纱、短纤维纱、纤维布、纤维毡各种增强材料可根据需要任意选择使用，既可以使用其中的一种或两种也可以多种形式混合使用，原材料选择使用上更加自由方便，可根据制品使用要求的不同，灵活选择更换，使成品具有更优良的性能。（2）机组可采用一整条长不锈钢传送带，也可采用多组短不锈钢传送带组合，模块化组合结构，可根据需要自由设置一组或多组模块。（3）纤维与熔融聚合物复合层数、纤维排布均可自由设计，可制作各种不能性能需求的热塑型材。（4）整套机组结构简单，设置灵活，有效的降低了生产投入成本。（5）采用直接在线加工形式，省去中间半成品加工加热过程，更节能，更省时。

附图说明

以下结合附图和实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、特征及其功效，详细说明：

附图1为本发明结构示意图；

图中 1底架、2保温罩、3纤维编织平台、3a纤维集束装置、3b红外线加热装置、4滚筒、5传动机构、6压延机、7不锈钢传送带、8双螺杆挤出机、8a T型模头、9玻纤预热装置、10纤维切断分散装置、11调节装置、12红外线加热管、13模具工作台、13a预成型模具组、13b成型模具、13c环抱加热套、14牵引机构、14a下链排胶块、14b下链排、14c上链排、15供纱机构、16供毡过纱机构。

具体实施方式

如图所示：复合材料拉挤成型机，从机组头部到尾部依次设置有供纱机构（15）、供毡过纱机构（16）、纤维编织平台（3）、恒温不锈钢带复合机构、模具工作台（13）、牵引机构（14）及切断机构。供纱机构（15）、供毡过纱机构（16）位于整套机组的头部，供纱机构（15）及供毡过纱机构（16）上分别设置有可使纤维纱及纤维毡成绷紧状态放送至下序的张力放纱及张力放毡构造，张力放纱及张力放毡构造由供纱机构（15）及供毡过纱机构（16）上竖直排列的预应力阻尼轴机构和与该预应力阻尼轴机构一一对应配置的过轮轴组成。

纤维编织平台（3）前端设置有矩形的纤维集束装置（3a）；纤维编织平台（3）后端设有预热纤维纱、纤维毡的红外线加热装置（3b）内设置红外线加热管（12）；纤维编织平台（3）中部为编织铺放纤维纱、纤维毡的操作平台。

恒温不锈钢带复合机构由底架（1）、保温罩（2）双螺杆挤出机（8）、纤维切断分散装置（10）、传动机构（5）、不锈钢传送带（7）、压延机（6）、调节装置（11）、红外线加热装置（12）构成。传动机构（5）、滚筒（4）固定在底架（1）上。滚筒（4）内部为空心结构，内通导热油，外面包覆有不锈钢传送带（7）。不锈钢传送带（7）头部依次设置有双螺杆挤出机（8）、纤维切断分散装置（10）、双螺杆挤出机（8）。纤维切断分散装置（10）内装有玻纤预热装置（9）。纤维切断装置由聚氨酯支承辊及碳钢刀辊组成，刀辊上嵌有不锈钢刀片，刀辊正下方装有狼牙棒式分散辊。双螺杆挤出机（8）出口装有T型模头（8a），T型模头（8a）出料口及纤维切断分散装置（10）出料口悬靠在不锈钢传送带（7）正上方并与不锈钢传送带（7）保留一定距离。不锈钢传送带（7）中部设有压延机（6），压延机（6）由传动机构（5）、滚筒（4）、不锈钢传送带（7）、调节装置（11）组成，由传动机构（5）进行动力驱动循环运转。压延机（6）通过调节装置（11）固定在不锈钢传送带（7）上方。压延机（6）为辊带式结构，不锈钢带包覆在空心压辊外部。调节装置（11）由带有螺纹的调节螺杆及调节手柄组成。通过调节装置（11）的调节，可调整压延机（6）的不锈钢传送带（7）与不锈钢传送带（7）的间距，来控制生产的片材厚度。在底架（1）上部覆盖有保温罩（2），保温罩（2）将整条不锈钢传送带（7）生产线包覆在内。双螺杆挤出机（8）、纤维切断分散装置（10）的物料出口伸入到保温罩（2）内，其余部分留在保温罩（2）外部。保温罩（2）内部设有多组红外线加热装置（12）。

热塑成型模具由固装在模具工作台（13）上的预成型模具组（13a）及成型模具（13b）构成，预成型模具组（13a）及成型模具（13b）外部装有分区加热模具的环抱加热套（13c）,该加热套可根据分区加热的需要设置数个间隔配置。

牵引机构（14）具有受动力源（5）驱动的链排传动部和与该链排传动部成可使链排部压紧和松开方式连接的气动调节装置（11）；该动力源（5）包括减速机；上链排（14c）、下链排（14b）相互匹配结合形成挤压构造，上链排（14c）与下链排（14b）的挤压接触面上分别设置可钳住制品的上、下链排胶块（14a），以通过胶块的摩擦力加强牵引力；下链排（14b）固定在机架上，上链排（14c）借由气缸驱动向下运动压紧制品，向上运动松开制品，压紧制品时完成牵引动作，松开制品时，操作者可进行设备调整或检查维修。

工作时，把聚合物物料加入到双螺杆挤出机（8）中。熔融聚合物从挤出机T型模头（8a）平覆在不锈钢传送带（7）上。当需要使用连续纤维粗纱及纤维毡、布增强时，纤维粗纱从供纱机构（15）、纤维毡、布从供毡过纱机构（16）经过纤维编织平台（3）前端的矩形的纤维集束装置（3a）集束后在纤维编织平台（3）中部编织、铺放，经过纤维编织平台（3）后端红外线加热装置（12）预热后，进入恒温不锈钢带复合机构的保温罩（2）内，铺放在双螺杆挤出机（8）挤出的熔融聚合物上。当需要使用长纤维或短纤维增强时，连续纤维粗纱经过纤维切断分散装置（10）内的玻纤预热装置（9）预热后，经过玻纤切断装置（10）切断、分散，分散后的无规纤维段通出纤维切断分散装置（10）的出口撒落在双螺杆挤出机（8）挤出的熔融聚合物上。经过第二台双螺杆挤出机（8）熔融的聚合物从挤出机T型模头（8a）平覆在纤维层上，形成熔融聚合物——纤维层——熔融聚合物铺层。根据制品性能需求确定熔融聚合物、玻纤各自的铺层厚度及铺放层数。铺层混合物通过压延机（6）进行压延、浸润、混合，浸润好的片材在牵引机构（14）的牵引下，依次通过预成型模具组（13a）及成型模具（13b）拉挤为成品型材，冷却后按照需要长度进行切断。

Claims

1.一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备，主要由供纱机构、供毡过纱机构、纤维编织平台、热塑成型模具、牵引机构、恒温不锈钢带复合机构组成，其特征是供纱机构及供毡过纱机构上分别设置可使纤维纱及纤维毡成绷紧状态放送至下序的张力放纱及张力放毡机构，张力放纱及张力放毡机构由供纱机构及供毡过纱机构上竖直排列的预应力阻尼轴机构和与该预应力阻尼轴机构一一对应配置的过轮轴组成；恒温不锈钢带复合机构由底架、保温罩、双螺杆挤出机、纤维切断分散装置、传动机构、滚筒、不锈钢传送带、不锈钢带压延机、调节装置、红外线加热装置构成；纤维切断分散装置由聚氨酯支承辊及碳钢刀辊组成，刀辊上嵌有不锈钢刀片，刀辊正下方装有狼牙棒式分散辊。

2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备，其特征是纤维编织平台前端设置有矩形的纤维集束装置；纤维编织平台后端设有预热纤维纱、纤维毡的红外线加热装置；纤维编织平台中部为编织铺放纤维纱、纤维毡的操作平台。

3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备，其特征是恒温不锈钢带复合机构的纤维切断分散装置、双螺杆挤出机固定在不锈钢传动带的前端，双螺杆挤出机出口装有T型模头，T型模头出料口及纤维切断分散装置出料口伸入到不锈钢传送带的保温罩内；保温罩包覆在整条不锈钢传送带外部，保温罩内设置红外线加热装置；不锈钢传送带中间段装有不锈钢带压延机，不锈钢带压延机通过调节装置固定在不锈钢传送带正上方，调节装置由带有螺纹的调节螺杆及调节手柄组成；不锈钢带压延机为辊带式结构，不锈钢传送带包覆在空心压辊外部。

4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型设备，其特征是所述热塑成型模具由固装在模具工作台板上的预成型模具组及成型模具构成，预成型模具组及成型模具外部装有分区加热模具的环抱加热套,该加热套根据分区加热的需要设置数个间隔配置。