CN103124819A - 检查井盖制造方法以及由此获得的检查井盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制造厚度为至少10mm，且厚度可达80mm的检查井盖的方法，包括能够生成聚合热固性材料的试剂混合物的生成、合适的加强纤维的混合、将获得的混合物引入打开的模具、使用合适的反凸模具关闭模具、使所述混合物硬化、打开模具并移出获得的检查井盖。该方法使用了用于生成聚合热固性材料和加强纤维的试剂的共注射。本发明还描述了根据所述方法获得的一种检查井盖。

Description

检查井盖制造方法以及由此获得的检查井盖

技术领域

本发明涉及一种最小厚度为10mm的检查井盖（manhole cover），尤其是一种能够承受弯曲负荷甚至是高负荷的检查井盖，尤其是一种用于井，如排放竖井、检查井以及诸如此类的检查井盖，其能够关闭位于例如地下或地面的入口，并能够承受重负荷，例如由于车辆的车轮静止于检查盖上所传送的重负荷，而后者只有其边缘被支撑。本发明还涉及一种用于生产所述检查井盖的方法。

背景技术

长期以来检查井盖都由金属材料如钢或铸铁制造。由于随之而来的巨大重量，以及耐腐蚀的原因，人们作了一些努力，用更轻、更便宜的材料（例如热固性塑料，特别是聚氨酯）来替代金属材料。此外，这些材料可提供的优点是能够制造出零件（piece），所述零件在安装时或者汽车车轮通过时，噪音减小。为了确保较高的机械阻力，特别是在弯曲时有较高的机械阻力，总是需要在物体模塑过程中提供加强结构以嵌入塑性材料中。例如，已提出将结构例如适当缠绕的拉挤玻璃纤维杆在注入塑料材料之前插入到模具中。通过涂覆适当的化学试剂，可以使得玻璃纤维与使用的塑性材料相容。使用的塑料材料包括聚酯和聚氨酯，对于暴露在外部环境中、没有任何保护的物体，后者由于其耐磨性更为可取。

由于需要将该结构插入到模具中，这使得制造过程时间更长和更为复杂。由于组成物件的材料数量完全相互不同，机械性能完全不同，导致物件结构不均一，也会产生一些问题。杆的非随机定向意味着它们可以在精确的方向上解释（explicate）它们的牵引动作，因此，这些结构通常包括多层具有不同取向的杆，其可通过纤维或者其它粘合剂相互连接，从而实现精确定位。为使结构保持在正确的位置，一般使用封闭的模具，并随后注入聚合物混合物。这就使得聚合物混合物更难渗透到模具中的所有空余空间，带来形成气泡的风险。此外，一个决定性的因素是需使混合物渗入到这种结构的内部空间中，因此设计这种结构时还必须考虑方法的这个方面。

因此，有需要通过简单的低廉的方法来获取由具有足够机械阻力性质的塑性材料制造的检查井盖。

发明内容

上述问题现已通过厚度为至少10mm的检查井盖的制造方法得到解决，该方法包括能够生成聚合热固性材料的试剂混合物的生成、合适的加强纤维的混合、将获得的混合物引入打开的模具中、使用合适的反凸模具关闭模具、使所述混合物硬化、打开模具并移出获得的检查井盖。

本发明还涉及一种由热固性塑料材料制成的检查井盖，其厚度为至少10mm，其包括多种加强纤维（意味着可设想具有不同的纤维浓度的层，可能存在实质上不含纤维的层），其均匀分散在热固性材料中，尤其是一种通过上述方法获得的检查井盖。

检查井盖，特别是能够承受至少100kN的负荷的检查井盖——根据EN124标准的测试程序——该负荷施加到上表面，检查井盖被放置，使围绕下表面边缘的边界（测量最小值为5mm）停靠（rest）到位。

热固性塑料材料优选是双组分材料，通常由两种不同的单体组成。例如聚酯或者环氧树脂。尤其优选的是聚氨酯，试剂混合物优选包括一多元醇和一合适类型的异氰酸酯（isocyanate）。优选地，在不存在矿物填料（mineral filler）时，两种组分的粘度不超过5000mPa*s，更优选地不超过3000mPa*s。如果使用矿物填料（如碳酸钙），添加后组分的粘度优选不超过50000mPa*s，以及更优选不超过20000mPa*s。

特别是，按照惯例，检查井盖具有板一样的外观和任何适当的形式，例如，矩形、方形或圆形。它有两个大体平行的表面，通常上表面朝外，特别是如果它是用于井的检查井盖，以及下表面能够停靠在一个相应的底座上，一般来说围绕其边缘停靠，所述底座是框架的一部分，该框架根据待关闭的开口适当地放置。在这些面的表面上可存在突出或凸起或凹槽或沟槽。例如，在上表面上可提供凸起以减少表面光滑度，以及在下表面上，可存在加强物，或者凹槽以减少承受较少压力的区域的厚度。特别是，下表面可具有与边缘区域对应的凸起，该边缘区域旨在停靠于井或相似结构中制造的底座的对应框架上，从而适当地将负荷分配在框架上，并确保适当地封闭整个边界。

根据本发明的优选方面，任何合适种类的纤维，可以是碳纤维、芳族聚酰胺纤维，或更优选地，玻璃品种，检查井盖成品的聚合物质的浓度可为20-70%重量。纤维的长度优选介于10至120mm之间，更优选是20至80mm之间。可以根据检查井盖的厚度来考虑选择长度，特别是防止由于关闭模具导致试剂物质的转移从而产生的结块、不均匀或不合适的优先定位。也要对试剂的粘度和填充物的存在作出类似的考虑。

附图说明

通过非限制性实例的方式，结合随附的附图，对优选实施例进行描述，可以更好地阐述本发明，其中：

图1、2和3是示意图，其分别显示了平面图、图1沿着平面II-II切开的横截面图，以及根据本发明获得的检查井盖的自底而上的视图（bottom-up view）；

图4是本发明的生产方法的示意图；

图5是本发明不同方面的生产方法的示意图；

图1和2显示根据本发明的一特定方面的用于井的检查井盖。

具体实施方式

如上所述，检查井盖具有板一样的外观和适当的形状。在所示的情形下，所述盖是正方形的，这是最常见的类型。

检查井盖1具有上表面和下表面2，二者大致相互平行，它们之间间隔的距离是厚度，超过10mm。正如图中所示，本发明的方法能够制造即使在上述厚度下也具有在均匀性、机械特性以及结果的再现性方面具有优良结果的检查井盖，这些方面是那种类型的部件所必须的；已发现，这些结果也可通过制造厚度大于10mm，甚至厚度达80mm的检查井盖来获得，这构成了本发明的一特定方面。这些厚度值应考虑至少应涉及（concern）面的表面的1/3，优选为所述表面的至少40%。然而，根据本发明的一个可能的方面，实质上所有的所述区域的厚度都为至少10mm。如常规已知技术检查井盖中经常出现的，可能存在例如穿过检查井盖厚度的设计用于抽出器的应用的孔。在这些面上可能存在凸起或者凹槽；例如在上表面，可能会有文字或形成物在凸起3和4中，设计用于在与脚或鞋底之间制造摩擦，以防止打滑，所述文字或形成物与那些通常用于这些结构的文字或形成物大小类似。

可在物件的其它部分减小厚度，提供较轻的区域，例如，在下表面制造适当形状的凹陷5。检查井盖下表面的支撑区域由最小宽度为5mm的边界6构成，其可以是凸起的。它围绕下表面的边缘根据不同的需求可以是连续的或不连续的，以及可以具有适当的部分，例如，如图3所示的半圆形部分，以允许恰当的形变和适当的负荷分配，防止检查井盖在负重时不规则形变导致的未分配的压力，并改善密封性。可存在齿体7，设计用于与井的框架的凹陷啮合，并在早期抬起检查井盖时充当一铰接点，或者仅作为正确放置检查井盖的引导，也可设计成在本领域中经常使用的任何其它已知结构类型。

检查井盖适合用于常见类型的井结构，其框架由常用材料制成，如金属、加强或非加强塑料，包括制造检查井盖过程中使用的类型。如果需要，框架还可以制造成不同的颜色。特别是，如果框架是塑料的，可以通过在待送入模具的混合物中引入染料来进行适当的染色。颜色可执行识别不同特性的功能，如想要使用的井、制造商或其它。根据本发明的一个优选方面，检查井盖制造方法可包括混合物的制作、纤维的引入、以及用被称为LFI（即“long fibreinjection（长纤维注射）”）或者InterWet的技术注入到模具中。这项技术涉及测量出并将试剂（优选聚氨酯试剂）送到合适的混合头，将一种或多种连续长丝（filament）（被称作粗纱）形式的加强纤维送到一切割机，其连续生产切成预定长度的纤维薄片。

通过混合头内部的Venturi系统提取的切割纤维，遇到混合试剂，并被其浸渍。

通过混合头产生纤维和树脂的均匀混合物，并沿着一优化路径分布在模具表面。

纤维/树脂重量比根据所需机械特性来设置。

一空气喷射系统在混合物飞行中转移其路径，从而调整其分布，以制造大的、薄的或者窄的、厚的纤维和树脂层。

可实时改变纤维的切割长度和即时流速，以形成物件的具有不同机械特性的区域。

也可以中断纤维流，以喷洒单一的聚氨酯，或者根据需要中断聚氨酯流，只投入纤维，或者在不同阶段改变纤维和聚合物的比例。

如果有需要，将滚筒（reel）形式的纤维表面用适当的抛光剂（finishes）处理，使其与树脂相容。如果有需要，在空气喷射的帮助下，通过刚性管和灵活的弹簧，将连续的粗纱传送到切割机以跟随喷射头的移动。

合适的传感器监控粗纱的存在、纠正滚筒的退绕，以及任何切割机的堵塞。

如果遇到问题，系统将立即停止该应用周期。

这项技术是一种通常用于生产汽车部件的技术，如用于生产工业运土车的仪表板、保险杠、后窗架、车身的外部镶板以及抗冲击面板。用这种技术生产出来的物件厚度有限制，且不能承受高强度的弯曲负荷；为了增加物件对这些类型压力的抗性，可在其上加装肋状物，这些肋状物的扩展在像检查井盖这样紧凑的产品中是不可能的。但是，在这些情况下的抗弯曲力无法与立法中要求的检查井盖的抗弯曲力相比。通过这类技术已经发现，可以制造出必要的较高厚度的检查井盖，即使具有很高的纤维长度和浓度也不会出现纤维分布问题，如上面提到的那些，都远高于在已知应用中通常使用的那些。此外，人们已经发现，可将这些检查井盖根据需要设计成具有机械阻力，特别是对弯曲负荷具有机械阻力，所述机械阻力的值要比此项技术常规应用领域中的物件通常要求的值更高。

参考图4，其概述了本发明的方法，其中应用了该技术。适当的来源8和9，通过管道12和13，分别提供多元醇和异氰酸酯（即聚氨酯基质的两种组分）给混合头11，混合头11将两组分混匀；来自一个或多个滚筒14的加强纤维被送到切割机19，并在此被切割，通过混合头内部的设备10连续提取，在混合头处遇到聚氨酯混合物并被浸渍。纤维滚筒可被合适地抛光，尤其在使用了聚氨酯材料时；这种预处理使纤维与聚合物相容。已经过抛光的纤维通常可在市面上购买。其它组分，例如引发剂或催化剂或矿物填充剂，如碳酸钙，可以与一种试剂预先混合或者被合适地引入。混合头11可以与或不与提取设备对应，其还能够将混合物喷射到模具17里面，模具17被设计成用一合适的反凸模具将其关闭。根据本发明的一个可能的方面，混合/喷射头可以被固定。根据本发明的另一个方面，它是可移动的，例如安装在机械臂16上，以实现在关闭反凸模具前材料在模具内的预分配。

根据分配和均匀性方面获得的结果，上述技术尤其优选。但是，其它类型的技术也是可以的，例如，根据一项称为CMS PUR（复合喷涂成型）或Outerwet的技术，纤维也可以在混合头下游立即与试剂（最好是聚氨酯试剂）混合。

参考图5，这些技术包括测量出并将聚氨酯试剂（多元醇或异氰酸酯）送到合适的混合头11，以及将加强玻璃纤维从滚筒（总是一条或多条连续细丝的形式，又称为粗纱）送到一切割机19，该切割机生产连续的切割成预定长度的纤维薄片。

在这种情况下，使用一喷射方法以投送富含纤维的混合物。聚氨酯混合物被直接喷射入打开的模具里，通过一适当的引入设备10，预先切割的玻璃纤维在混合和喷射头输出处遇到混合的试剂流，并在到达模具表面前在半空中被试剂浸渍。

根据前面所述的技术方案，由此而形成的聚氨酯和玻璃纤维的混合物沿着一优化路径分布在打开的模具的表面。

同样利用这一技术，测量和喷射系统通过允许浇铸不同的层使其具有最大的生产灵活性。特别是，例如，它可以中断预切割玻璃纤维的供应，只浇铸聚氨酯层。可以采用不同配方的层的组合来适应成品的特殊需求。

根据本发明的一优选方面，并参考图4和图5，在任何情况下，将该混合物引入到一模具17中，塑造与检查井盖的上表面对应的形状，然后用一反凸模具关闭模具，该反凸模与检查井盖下表面的形状对应。这样能更好地分配，特别是对于如例子中的那些检查井盖形式，并且在关闭模具时也能排除模具中的空气，尤其是在上表面有凸起和下表面有凹陷时。

作为本发明的一个优选方面，也可以将不含纤维或者纤维浓度较低的第一层喷射到模具中，厚度优选为0.5至2mm，该模具具有与上表面对应的形状，然后用纤维提供其余的材料。通过这种方式制造出的检查井盖上表面不含纤维，符合所需的审美原因和材料表面的耐磨性。通过这种方式，不需要涂层或其它表面处理。

混合物的粘度和固化时间这些参数，可以通过选择不同试剂类型来调整，这些试剂类型的选择应考虑各种因素，如避免造成纤维中的优先取向的需要，以及避免在模具中陷入气泡的需要。

模具和反凸模具均有合适的气流释放系统，如反凸模具中适当地定位的孔。通过以下优选但非限制性的实施例对本发明进行更好的说明。

实施例1

使用一Cannon FPL InterWet24头，将120g/s的多元醇和异氰酸酯混合物（异氰酸酯/多元醇的比率为1.1/1）以及80g/s的切割为75mm的玻璃纤维（Owens Coming900A X34800NADVANTEX）喷射到打开的模具中，喷射时间为16.7s，加热到65℃，其中该异氰酸酯组分具有达31.5%NCO的滴定度，多元醇组分的OH数量为420mg KOH/g。分配阶段的实施如接下来的被称为纤维分配的部分所述。模具在100吨的关闭压力下被关闭。塑模时间为7分钟，之后打开模具，抽取零件。移除注入口后，零件的最终重量共为3076g。在成品零件的几个点测量的玻璃纤维含量平均为40%。由此而获得的一边为335mm的零件，适合于标准400×400mm的框架，对其按EN124标准对于B125类零件的要求进行测试，以确定残余形变和最大负荷：最大负荷为125kN，残余挠度达到0.87mm，而这种尺寸的零件设想的技术要求界限为6.13mm；在最大负荷应用中，零件没有出现肉眼可见的裂纹或缺陷。

实施例2

使用一Cannon FPL InterWet24头，将120g/s的多元醇和异氰酸酯混合物（异氰酸酯/多元醇的比率为1.1/1），以及80g/s的切割为50mm的玻璃纤维（Owens Coming900A X34800NADVANTEX）喷射到打开的模具中，喷射时间为17.3s，加热到65℃，其中该异氰酸酯组分具有为31.5%NCO的滴定度，多元醇组分的OH数量为420mg KOH/g。分配阶段的实施如接下来的被称为纤维分配的部分所述。模具在100吨的关闭压力下被关闭。塑模时间为7分钟，之后打开模具，抽取零件。移除注入口后，零件的最终重量共为3185g。在成品件的几个点测量的玻璃纤维含量平均为40%。由此而获得的一边为335mm的零件，适合于标准400×400mm的框架，对其按EN124标准对于B125类部件的要求进行测试，以确定残余形变和最大负载：最大负荷为125kN，残余挠度达到0.84mm，而这种尺寸的零件设想的技术要求界限为6.13mm；在最大负载应用中，零件没有出现肉眼可见的裂纹或缺陷。在上述测试中所示的负荷值是上述立法设想的值。应该指出的是，上述零件经受住了即使被加载的负荷为180kN的压力，而没有出现可发觉的裂纹或缺陷。

纤维分配

在第一阶段，分配一层不含纤维的聚氨酯，大约2秒钟。在上面喷射聚氨酯，使其覆盖一较大的区域。

混合头沿一方形路径以250mm/s的速度水平移动，该方型路径与模具同中心；该路径具有足够的尺寸和足够的高度以完全覆盖模具底部。

一旦该路径完成后，该头向上移至一较高的水平，并激活玻璃纤维供应。

该头围绕投送路径完成另两圈叠加（lap），速度为80-85mm/s，持续时间为15-16秒。

最后，该头停止供应纤维和聚氨酯。

快速完成两圈叠加的聚氨酯和玻璃纤维的分配比以一半速度单圈叠加分配更加均匀。

Claims (10)

1.一种用于制造厚度为至少10mm的检查井盖的方法，包括能够生成聚合热固性材料的试剂混合物的生成、合适的加强材料的纤维的混合、将获得的混合物引入打开的模具、使用合适的反凸模具关闭模具、使所述混合物硬化、打开模具并移出获得的检查井盖。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检查井盖由聚氨酯制成，所述纤维是玻璃纤维。

3.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中所述纤维在成品产品中的含量为20%-70%。

4.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述纤维的长度优选10-120mm，任选地为20

20-80mm。

5.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中制作一检查井盖，使其被称为上表面的面能够承受至少100kN的负荷，将检查井盖反面放置，其反面被称为下表面，围绕所述下表面的边缘（测量的最小值为5mm）将边界停靠到位。

6.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述纤维被切割，并通过Venturi管或者类似设备连续地被吸入到一混合头，在此遇到试剂混合物，并在引入模具前，被它们浸渍。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中所述纤维在一喷射头后被引入所述混合物，在空中被该混合物浸渍。

8.根据上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中所述混合物被喷射到一具有与检查井盖上表面对应的形状的模具中，反凸模具有与下表面对应的形状，且在所述模具中喷射第一混合层到检查井盖的上表面，该混合层不含纤维或者与其它层相比具有较低的纤维浓度。

9.由热固性塑料材料制成的检查井盖，厚度为至少10mm，包括多种加强材料的纤维，均匀分散在所述热固性材料中。

10.根据权利要求9所述的检查井盖，可通过根据权利要求1-8中任意一项所述的方法获得。

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