CN103802325B - 一种热塑性纤维缠绕管材设备及其应用 - Google Patents

一种热塑性纤维缠绕管材设备及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热塑性纤维缠绕管材设备及其应用，该设备包括：机架、小车、芯模、放卷装置、红外加热器预热装置、芯模红外加热器、红外测温仪、张力仪、气动压辊、水平旋转轴、导辊。在管材缠绕前，预先使用芯模红外加热器对芯模进行预热，之后，在芯模上包上一层脱模用聚酯薄膜，由放卷装置放卷，将预浸带材料经过导辊牵引，依次经过红外加热器预热装置、张力仪，至芯模缠绕起始端并固定，然后开启红外加热器预热装置进行预热，启动缠绕程序，并进行张力的调节，随着缠绕程序的运行，水平旋转轴在伺服电机的控制下进行旋转，缠绕完成后，气动压辊对管材进行辊压。与现有技术相比，本发明产品具有更高的韧性、抗冲击等优点。

Description

一种热塑性纤维缠绕管材设备及其应用
技术领域
本发明属于复合材料成型工艺中的缠绕成型技术领域，尤其涉及一种热塑性纤维缠绕管材设备及其使用方法。
背景技术
纤维缠绕技术被广泛应用于玻璃钢管道的生产，但是目前生产和使用的玻璃钢管道都是纤维浸渍热固性树脂后缠绕成型的，俗称热固性玻璃钢管道。热固性玻璃钢管道由于热固性树脂本身的特性，导致了其性脆、抗冲击性能较差和不可回收，而且在整个管道生产过程中，由于热固性树脂中小分子物质的挥发导致环境很差。因此开发一种热塑性玻璃钢管道十分有意义，但是纤维浸渍热塑性树脂后的缠绕成型过程与纤维浸渍热固性树脂的缠绕程序过程完全不同，目前还未有热塑性玻璃钢管道的出现，主要是受限于热塑性纤维缠绕管材成型工艺和设备。随着热塑性树脂增强连续纤维预浸渍材料被开发成功，开发出一种热塑性纤维缠绕管材设备将会对热塑性玻璃钢管道的发展起到革命性的作用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可改变目前热固性纤维缠绕管材存在的性脆、抗冲击性能差、不可回收等问题的热塑性纤维缠绕管材设备及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热塑性纤维缠绕管材设备，其特征在于，该设备包括：
机架：是该热塑性纤维缠绕管材设备的承载部分，主要用于安装小车、芯模、放卷装置、红外加热器预热装置、芯模红外加热器、红外测温仪、张力仪、气动压辊、水平旋转轴和导辊；
小车：在缠绕过程中左右往复运动，并用于承载放卷装置、红外加热器预热装置、芯模红外加热器、红外测温仪、张力仪、气动压辊和导辊；
芯模：用于成型所需的管材；
放卷装置：用于缠绕过程中预浸带材料的放卷；
红外加热器预热装置：用于预浸带材料在缠绕到芯模之前进行预热过程，提升预浸渍材料的熔融效率，提高整个缠绕过程的速度；
芯模红外加热器：用于将缠绕到芯模上的预浸带材料完全熔融，使得整根管材的粘结性能更好；
红外测温仪：用于测量红外加热器预热装置中出口处预浸带材料表面的温度，便于整个缠绕过程中温度的控制和缠绕稳定性的提高；
张力仪：用于测量缠绕过程中预浸带材料受到的张力，并根据显示的数值进行相应张力的调节；
气动压辊：用于缠绕过程中或者缠绕完成后对缠绕管材表面施加压力，压力值大小通过调节气压的大小进行控制；
水平旋转轴：用于产生出所需缠绕角；
导辊：设置在红外加热器预热装置两侧，将放卷装置放卷的预浸带材料导入红外加热器预热装置，并将红外加热器预热装置加热后的预浸带材料导入芯模。
所述的小车面板呈扇形，小车上有支撑滚珠、承载板、水平旋转轴，支撑滚珠设置在小车面板弧形端，水平旋转轴转动，支撑滚珠随之在小车扇形面板移动，使承载板保持平衡。
所述的放卷装置设置在承载板弧形端，所述的芯模位于承载板另一端外侧。
所述的红外加热器预热装置设有2～6个，所述的张力仪设置在任意两个红外加热器预热装置之间。
所述的水平旋转轴包括旋转轴、推力轴承、键、齿轮和轴承座，所述的旋转轴设置在轴承座上，并连接推力轴承，所述的键设置在旋转轴上，键顶部通过齿轮连接并推动承载板转动。
一种热塑性纤维缠绕管材设备的应用，其特征在于，在管材缠绕前，预先使用芯模红外加热器对芯模进行预热，使得芯模具有一定温度；之后，在芯模上包上一层脱模用聚酯薄膜，由放卷装置放卷，将预浸带材料经过导辊牵引，依次经过红外加热器预热装置、张力仪，至芯模缠绕起始端并固定，然后开启红外加热器预热装置，对从中经过的预浸带材料进行预热，并用红外测温仪测量红外加热器预热装置出口处预浸带材料表面温度，根据红外测温仪显示的温度调节预热温度；红外加热器预热装置开启后，启动缠绕程序，并进行张力的调节，随着缠绕程序的运行，水平旋转轴在伺服电机的控制下进行旋转，出现所设定的缠绕角度，在缠绕过程中，芯模红外加热器始终保持对芯模的加热，使得缠绕到芯模上的预浸带基材能够完全熔融，预浸带片材之间实现良好的粘合，缠绕完成后，使用气动压辊对管材进行辊压，使得管材更加密实。
所述的预浸带材料为连续纤维增强热塑性树脂预浸渍材料，所述的连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或者几种，所述的热塑性树脂包括聚烯烃、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或者几种。
所述的红外加热器预热装置对预浸带材料进行预热的温度范围为50℃至预浸带材料熔点。
所述的芯模红外加热器的加热温度为使缠绕到芯模上的预浸带基质完全熔融的温度。
所述的气动压辊的压力为0.1～0.5MPa，所述的缠绕角度为45～89°。
与现有技术相比，本发明有益的技术效果：
(1)在缠绕过程中无小分子等有毒物质挥发，工作环境更好，对操作人员无伤害；
(2)缠绕制品之间具有非常好的粘结性能；
(3)产品具有更好的韧性、抗冲击性和耐水压性能；
(4)产品具有更轻的重量；
(5)产品的成型周期短，无需固化，只需冷却即可；
(6)操作工艺简单易行；
(7)产品具有可回收性。
附图说明
图1为本发明热塑性纤维缠绕管材设备结构示意图；
图2为小车面板的俯视图；
图3为水平旋转轴的局部放大图。
图1中，放卷装置-1、第一红外加热器预热装置-2、第二红外加热器预热装置-2’、红外测温仪-3、芯模红外加热器-4、芯模-5、气动压辊-6、机架-7、小车-8、水平旋转轴-9、张力仪-10、第一导辊-11、第二导辊-11’、连续纤维增强热塑性树脂预浸渍材料-12、承载板-13、支撑滚珠-14；
图3中，旋转轴-15、键-16、推力轴承-17、轴承座-18、齿轮-19。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种热塑性纤维缠绕管材设备，包括：放卷装置1、第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’、红外测温仪3、芯模红外加热器4、芯模5、气动压辊6、机架7、小车8、水平旋转轴9、张力仪10、第一导辊11、第二导辊11’、承载板13、支撑滚珠14，其中水平旋转轴9由旋转轴15、键16、推力轴承17、轴承座18、齿轮19组成。
机架7是该热塑性纤维缠绕管材设备的承载部分，主要用于安装小车8、芯模5、放卷装置1、第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’、芯模红外加热器4、红外测温仪3、张力仪10、气动压辊6、水平旋转轴9和第一导辊11、第二导辊11’，其中小车8上有支撑滚珠14、承载板13，小车8面板呈扇形，支撑滚珠14设置在小车8弧形端，水平旋转轴9包括旋转轴15、推力轴承17、键16、齿轮19和轴承座18，水平旋转轴转动9，支撑滚珠14随之在小车8扇形面板上移动，使承载板13平衡。
所述的放卷装置1设置在承载板13一端，所述的芯模5位于承载板13另一端外侧。第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’位于放卷装置1与芯模5之间，张力仪10设置在两个红外加热器预热装置之间。
两个导辊设置在红外加热器预热装置两侧，第二导辊11’将放卷装置1放卷的连续纤维增强热塑性树脂预浸渍材料12导入第一红外加热器预热装置2、经过张力仪10和第二红外加热器预热装置2’，再经第一导辊11导入芯模5。
该热塑性纤维缠绕管材设备的使用方法为：使用连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到130℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模5缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，并开启第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’，通过红外测温仪3测量第一红外加热器预热装置2出口处预浸带的表面温度，温度控制在130℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的89°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.3MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。
实施例2
一种热塑性纤维缠绕管材设备，其使用方法为：使用连续碳纤维增强尼龙预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到150℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，并开启第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’，通过红外测温仪3测量红外加热器2出口处预浸带的表面温度，温度控制在170℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的75°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.5MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。
实施例3
一种热塑性纤维缠绕管材设备，其使用方法为：使用连续芳纶纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到140℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，并开启第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’，通过红外测温仪3测量红外加热器2出口处预浸带的表面温度，温度控制在160℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的65°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.3MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。
实施例4
一种热塑性纤维缠绕管材设备，其使用方法为：使用连续玄武岩纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到140℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，并开启第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’，通过红外测温仪3测量红外加热器2出口处预浸带的表面温度，温度控制在170℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的55°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.3MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。
实施例5
一种热塑性纤维缠绕管材设备，其使用方法为：使用连续玻璃纤维增强聚乙烯预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到110℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，并开启第一红外加热器预热装置2、第二红外加热器预热装置2’，通过红外测温仪3测量红外加热器2出口处预浸带的表面温度，温度控制在110℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的45°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.1MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。
实施例6
一种热塑性纤维缠绕管材设备，其使用方法为：使用连续玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二醇酯预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到150℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，红外加热器预热装置采用4个，从放卷处起记作第1个，张力仪设置在第3个和第4个加热器预热装置之间，通过红外测温仪3测量第4个红外加热器出口处预浸带的表面温度，温度控制在180℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的75°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.4MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。
实施例7
一种热塑性纤维缠绕管材设备，其使用方法为：使用连续玻璃纤维增强聚碳酸酯预浸带缠绕管材，在缠绕开始前，先通过芯模红外加热器4对芯模5进行预热，使得芯模表面温度达到150℃，然后暂时先将加热器关闭，在芯模表面包上一层PET薄膜，芯模加热器在缠绕过程一直保持加热状态。然后由放卷装置1放带，经过第一导辊11、第二导辊11’将预浸带牵引至芯模缠绕起始端并固定。然后重新开启芯模加热器，温度保证缠绕到芯模上预浸带能完全熔融，红外加热器预热装置采用6个，从放卷处起记作第1个，张力仪设置在第5个和第6个加热器预热装置之间，通过红外测温仪3测量红外加热器6出口处预浸带的表面温度，温度控制在180℃，启动缠绕程序，在缠绕过程通过张力仪10中张力的显示来调节缠绕张力。水平旋转轴9在伺服电机的控制下自动产生程序设定的75°缠绕角度，支撑滚珠14随之在扇形小车面板上移动，保持承载板13的平衡。缠绕完成后，通过气动压辊6对管材表面进行辊压，压力为0.4MPa，使得管材更加密实和表面更加平整。

Claims (8)

1.一种热塑性纤维缠绕管材设备，其特征在于，该设备包括：
机架：是该热塑性纤维缠绕管材设备的承载部分，主要用于安装小车、芯模、放卷装置、红外加热器预热装置、芯模红外加热器、红外测温仪、张力仪、气动压辊、水平旋转轴和导辊；
小车：在缠绕过程中左右往复运动，并用于承载放卷装置、红外加热器预热装置、芯模红外加热器、红外测温仪、张力仪、气动压辊和导辊；
芯模：用于成型所需的管材；
放卷装置：用于缠绕过程中预浸带材料的放卷；
红外加热器预热装置：用于预浸带材料在缠绕到芯模之前进行预热过程，提升预浸渍材料的熔融效率，提高整个缠绕过程的速度；
芯模红外加热器：用于将缠绕到芯模上的预浸带材料完全熔融，使得整根管材的粘结性能更好；
红外测温仪：用于测量红外加热器预热装置中出口处预浸带材料表面的温度，便于整个缠绕过程中温度的控制和缠绕稳定性的提高；
张力仪：用于测量缠绕过程中预浸带材料受到的张力，并根据显示的数值进行相应张力的调节；
气动压辊：用于缠绕过程中或者缠绕完成后对缠绕管材表面施加压力，压力值大小通过调节气压的大小进行控制；
水平旋转轴：用于产生出所需缠绕角；
导辊：设置在红外加热器预热装置两侧，将放卷装置放卷的预浸带材料导入红外加热器预热装置，并将红外加热器预热装置加热后的预浸带材料导入芯模；
所述的小车面板呈扇形，小车上有支撑滚珠、承载板、水平旋转轴，支撑滚珠设置在小车面板弧形端，水平旋转轴转动，支撑滚珠随之在小车扇形面板移动，使承载板保持平衡；
所述的水平旋转轴包括旋转轴、推力轴承、键、齿轮和轴承座，所述的旋转轴设置在轴承座上，并连接推力轴承，所述的键设置在旋转轴上，键顶部通过齿轮连接并推动承载板转动。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备，其特征在于，所述的放卷装置设置在承载板一端，所述的芯模位于承载板另一端外侧。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备，其特征在于，所述的红外加热器预热装置设有2～6个，所述的张力仪设置在任意两个红外加热器预热装置之间。
4.一种如权利要求1所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备的应用，其特征在于，在管材缠绕前，预先使用芯模红外加热器对芯模进行预热，使得芯模具有一定温度；之后，在芯模上包上一层脱模用聚酯薄膜，由放卷装置放卷，将预浸带材料经过导辊牵引，依次经过红外加热器预热装置、张力仪，至芯模缠绕起始端并固定，然后开启红外加热器预热装置，对从中经过的预浸带材料进行预热，并用红外测温仪测量红外加热器预热装置出口处预浸带材料表面温度，根据红外测温仪显示的温度调节预热温度；红外加热器预热装置开启后，启动缠绕程序，并进行张力的调节，随着缠绕程序的运行，水平旋转轴在伺服电机的控制下进行旋转，出现所设定的缠绕角度，在缠绕过程中，芯模红外加热器始终保持对芯模的加热，使得缠绕到芯模上的预浸带基材能够完全熔融，预浸带片材之间实现良好的粘合，缠绕完成后，使用气动压辊对管材进行辊压，使得管材更加密实。
5.根据权利要求4所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备的应用，其特征在于，所述的预浸带材料为连续纤维增强热塑性树脂预浸渍材料，所述的连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或者几种，所述的热塑性树脂包括聚烯烃、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或者几种。
6.根据权利要求4所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备的应用，其特征在于，所述的红外加热器预热装置对预浸带材料进行预热的温度范围为50℃至预浸带材料熔点。
7.根据权利要求4所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备的应用，其特征在于，所述的芯模红外加热器的加热温度为使缠绕到芯模上的预浸带基质完全熔融的温度。
8.根据权利要求4所述的一种热塑性纤维缠绕管材设备的应用，其特征在于，所述的气动压辊的压力为0.1～0.5MPa，所述的缠绕角度为45～89°。
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