CN104552988B - 一种超轻质复合材料曳引带的制备方法及制备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超轻质复合材料曳引带的制备方法及制备系统,提供一种承载均匀，使用寿命长的曳引带的制备方法及制备系统。该方法包括：将无捻连续纤维单丝从纤维纱团中引出并均匀展开，引入到添加有胶液的浸胶槽中浸胶，之后，进行排布，再经拉挤成型、固化后得到复合材料增强片；将复合材料增强片分别引出，经过预热后引入挤出机的机头口模，机头口模中有与曳引带截面相对应的挤出模芯，使熔融的热塑性树脂在机头口模中均匀包覆复合材料增强片，并从挤出机机头口模引出，初步成型，经过冷却定型、冷却后得到曳引带。本发明所制备的曳引带质轻、高强、易弯曲、抗疲劳、寿命长、维护成本低，更适用于长距离旅提升机的使用。

Description

一种超轻质复合材料曳引带的制备方法及制备系统
技术领域
本发明涉及一种超轻质复合材料曳引带的制备方法及制备系统。
背景技术
长距离旅客/或货物提升机(如电梯)曳引带普遍采用钢丝绞索增强挠性热塑性复合材料制备而成，由于钢丝本身比重大、强度低，所制备的曳引带在使用时不仅重量大、强度低，而且尺寸较大，造成与其相配套的曳引轮尺寸较大，牵引设备功率增加，使提升机能源消耗大幅增加，不利于节能环保和长时间使用。
随着技术的不断进步，复合材料曳引带应运而生。公开号为CN102002872A、发明创造名称为《升降机用纤维编织挠性复合牵引带及制作方法》的专利文献公开了一种复合牵引带，该复合牵引带由钢丝或合成纤维经编织而成，在纤维编织带的四周和内部有紧密粘合的塑料包裹层。该专利文献还公开了一种复合牵引带的制备方法，该方法将编织的牵引带经过浸润后通过挤压轮挤压出多余的液体后成型，由于编织物直接作为承载相浸渍热塑性树脂材料，不仅增加了横向纤维增强材料，而且所制备的较厚的纤维织物浸渍性相对较差，在一定程度上影响了所制备复合材料曳引带的性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够均匀承载，使用寿命长的超轻质复合材料曳引带的制备方法及制备系统。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种超轻质复合材料的曳引带的制备方法，所述曳引带由热塑性树脂的基体和设置于所述基体内的复合材料增强片组成；所述复合材料增强片由热固性树脂与多根非金属的无捻连续纤维单丝复合而成，所述多根无捻连续纤维单丝之间无接触，所述复合材增强片沿所述曳引带的长度方向连续，沿所述曳引带厚度方向设置有至少两层所述复合材料增强片；所述曳引带通过下述方法制备：
(1)将所述无捻连续纤维单丝从纤维纱团中引出并均匀展开，引入到添加有热固性树脂胶液的浸胶槽中浸胶，之后，进行排布，再经拉挤成型、固化后得到热固性复合材料增强片；
(2)将沿曳引带厚度方向设置的至少两层所得热固性复合材料增强片分别引出，经过预热后引入挤出机的机头口模，所述机头口模中设置有与所述曳引带截面相对应的挤出模芯，使熔融的构成所述基体的热塑性树脂在机头口模中均匀包覆所述热固性复合材料增强片，并从挤出机机头口模引出，初步成型，经过冷却定型、冷却后得到超轻质复合材料的曳引带。
步骤(2)中的预热温度低于挤出机的挤出温度10-20℃。
所述热固性树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂中的至少一种。
所述无捻连续纤维为有机纤维、无机纤维中的至少一种。
所述热塑性树脂选自聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、热塑性聚氨酯类树脂、聚碳酸酯类树脂中的至少一种。
所述无捻连续纤维为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种。
所述复合材料增强片中的无捻连续纤维为复合材料增强片总体积的30-80％，所述复合材料增强片为所述曳引带总体积的20-99％。
一种上述制备方法所使用的制备系统，由复合材料增强片成型装置和曳引带成型装置组成，所述复合材料增强片成型装置包括依次排列的纱架、展纱架、浸胶槽、纤维排布装置、拉挤成型模具、第一牵引机、引导辊和片材收卷装置，所述纱架上安装有多个纤维卷轴，所述展纱架上交错安装有多个展纱辊，所述浸胶槽内安装有浸胶辊，安装于所述纤维卷轴上的无捻连续纤维卷筒经过所述展纱辊均匀展开，之后经所述浸胶辊在所述浸胶槽内浸胶，并经所述纤维排布装置之后进入所述拉挤成型模具按照所述复合材料增强片截面形状成型，在所述第一牵引机和引导辊的作用下，由所述片材收卷装置收卷，得到所述复合材料增强片；所述曳引带成型装置包括依次排列的片材排布架、加热炉、挤出机、机头口模、冷却水嘴、定型辊、冷却水槽、第二牵引机和曳引带收卷装置，所述片状排布架上安装有多个片材卷轴，所述冷却水槽内安装有多个导辊；所述机头口模中设置有与所述曳引带截面相对应的挤出模芯；安装于多个所述片材卷轴上的多层所述复合材料增强片分别在所述加热炉中预热，之后引入所述挤出机的机头口模，使熔融的热塑性树脂在机头口模中均匀包覆所述复合材料增强片，并从挤出机机头口模引出，初步成型，经过冷却水嘴的初步冷却并经定型辊定型，再经冷水水槽冷却后，在所述第二牵引机的牵引，由所述曳引带收卷装置收卷得到超轻质复合材料的曳引带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的曳引带的制备方法将非金属材料无捻纤维原丝采用拉挤成型工艺将无捻纤维原丝进行排布、定位，制成复合材料增强片，再利用挤出包覆技术与热塑性树脂复合，纤维增强材料浸渍性好、分布均匀，使各纤维能够均匀承载，减少曳引带的内部缺陷，大大提高曳引带的抗拉伸性能和使用寿命。
2、通过本发明的方法制备所得曳引带中内部增强的复合材料为片层，且具有多层结构，所得曳引带质量轻、弯曲性能好。
3、通过本发明的方法制备所得的曳引带无捻纤维原丝之间无接触，能够避免相互之间的摩擦，提高使用寿命。
4、本发明的方法中，在挤出之前先进行预热，能够提高复合材料增强片与热塑性树脂包覆层的界面结合性能，提高了曳引带的载荷传递和抗疲劳性能。
5、本发明的制备系统结构简单，使用方便。
附图说明
图1所示为本发明的超轻质复合材料曳引带的截面示意图；
图2所示为曳引带中复合材料增强片的局部放大图；
图3所示为复合材料增强片成型装置的示意图；
图4所示为曳引带成型装置的示意图；
图5所示为六层四列复合材料增强片的截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种超轻质复合材料的曳引带的制备方法所要制备的曳引带的示意图如图1和图2所示，所述曳引带由热塑性树脂的基体23和设置于所述基体23内的热固性复合材料增强片22组成。所述复合材料增强片22由热固性树脂25与多根非金属的无捻连续纤维单丝24复合而成，所述多根无捻连续纤维单丝24之间无接触，沿所述曳引带厚度方向所述复合材料增强片22为至少两层，优选4-7层，所述复合材增强片22沿所述曳引带的长度方向连续。复合材料增强片22可以是一列或多列设计，一般1-10列，优选2-5列。每层所述复合材料增强片22的厚度为0.1-1.2mm，宽度为1mm以上，优选5-50mm。所述曳引带通过下述方法制备：
(1)将所述无捻连续纤维单丝24从纤维纱团中引出并均匀展开，引入到添加有热固性树脂胶液的浸胶槽中浸胶，之后，进行排布，再经拉挤成型、固化后得到热固性复合材料增强片22；
(2)将沿曳引带厚度方向设置的至少两层所得热固性复合材料增强片22分别引出，经过预热后引入挤出机的机头口模，所述机头口模中设置有与所述曳引带截面相对应的挤出模型，使熔融的构成所述基体的热塑性树脂在机头口模中均匀包覆所述热固性复合材料增强片，并从挤出机机头口模引出，初步成型，经过冷却定型、冷却后得到超轻质复合材料的曳引带。
其中，步骤(2)中的预热温度低于挤出机的挤出温度10-20℃。
所述热固性树脂为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂中的至少一种。
所述无捻连续纤维为有机纤维、无机纤维中的至少一种。优选芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种。
热塑性树脂为聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、热塑性聚氨酯类树脂、聚碳酸酯类树脂或其他通用热塑性树脂中的一种或几种。
所述复合材料增强片中的无捻连续纤维为复合材料增强片总体积的30-80％，优选60-75％，所述复合材料增强片为所述曳引带总体积的20-99％，优选20-60％。
本发明的制备方法所使用的制备系统的示意图如图3和图4所示，由复合材料增强片成型装置和曳引带成型装置组成。所述复合材料增强片成型装置包括依次排列的纱架1、展纱架3、浸胶槽5、纤维排布装置7、拉挤成型模具8、第一牵引机9、引导辊10和片材收卷装置11，所述纱架1上安装有多个纤维卷轴2，所述展纱架3上交错安装有多个展纱辊4，所述浸胶槽5内安装有浸胶辊6，安装于所述纤维卷轴2上的无捻连续纤维卷筒经过所述展纱辊4均匀展开，之后经所述浸胶辊6在所述浸胶槽5内浸胶，并经所述纤维排布装置7之后进入所述拉挤成型模具8，按照所述复合材料增强片22的截面形状成型，在所述第一牵引机9和引导辊10的作用下，由所述片材收卷装置11收卷，得到所述复合材料增强片22。所述曳引带成型装置包括依次排列的片材排布架12、加热炉14、挤出机15、机头口模16、冷却水嘴18、定型辊17、冷却水槽19、第二牵引机20和曳引带收卷装置21，所述片状排布架12上安装有多个片材卷轴13，所述冷却水槽19内安装有多个导辊。所述机头口模16中设置有与所述曳引带截面相对应的挤出模芯。安装于多个所述片材卷轴13上的多层所述复合材料增强片22分别在所述加热炉14中预热，预热温度低于挤出温度10-20℃。之后引入所述挤出机的机头口模16，使熔融的热塑性树脂在机头口模16中均匀包覆所述复合材料增强片22，并从挤出机机头口模16引出，初步成型，经过冷却水嘴18的初步冷却并经定型辊17定型，再经冷水水槽19冷却后，在所述第二牵引机20的牵引，由所述曳引带收卷装置21收卷得到超轻质复合材料的曳引带。
实施例1
以图1所示的4层4列(4×4结构)复合材料增强片组成的曳引带为例，复合材料增强片中的无捻连续纤维选用碳纤维，复合材料增强片中的热固性树脂为环氧树脂，构成基体的热塑性树脂为聚氨酯树脂。
选取24个经上浆剂处理的T300连续碳纤维纱团，并将其分别安放在纱架1上的纤维卷轴2上。设置拉挤成型模具8的温度为150-180℃，并开始对拉挤成型模具8进行预热。将所选择的环氧树脂及其固化剂混合均匀，并将其添加入浸胶槽3中。
开动复合材料增强片成型装置，调整连续纤维纱团和展纱辊4，使碳纤维均匀展开，并使其张紧力恒定。并将展开均匀稳定的连续碳纤维经浸胶槽3浸胶，经纤维排布装置7使其分成4股，使4股浸渍环氧树脂的连续碳纤维进入拉挤成型模具8，在拉挤成型模具8中固化成型，并经第一牵引机9牵引，引导辊10引导，经复合材料片材收卷装置11得到4片连续碳纤维增强的热固性环氧树脂复合材料连续片材。再重复3次，共制得16个连续碳纤维增强的热固性环氧树脂复合材料连续片材。
挤出机的成型温度为190-220℃，并开始对挤出机进行预热。设置加热炉的预热温度为：190-200℃，并开始对复合材料片材进行预热。将所制备的16个连续碳纤维增强复合材料片材卷筒安放在复合材料曳引带制备装置的复合材料片排布架12上。
预热完成后将热塑性聚氨酯添加入挤出机的料斗中，开动挤出机，将挤出机上次生产的余料挤出，直至挤出机机头口模16中挤出新添加的聚氨酯时，使挤出机15与机头口模16联通。
开动第二牵引机20，使连续碳纤维增强复合材料片材经加热炉预热后进入挤出机15，挤出机15挤出的熔融热塑性聚氨酯在4×4的机头口模16中包覆连续碳纤维增强的热固性环氧树脂复合材料连续片材并挤出成型，再依次经过定型辊17、冷却水嘴18、冷却水槽19等冷却定型，并在第二牵引机的作用下引入收卷装置收卷，制得图3所示的曳引带。
所制备的复合材料曳引带比现有相同尺寸的钢丝增强曳引带抗拉性能提高2倍以上，而且重量只有钢丝增强曳引带的1/5。
实施例2
图5所示的为6×4结构碳纤维增强环氧树脂和热塑性聚氨酯树脂混杂复合材料超轻质曳引带
连续纤维增强热固性复合材料片材的制备过程与实施例1的制备过程类似，主要差别在于将实施例中的连续纤维纱团数由24调整为16，得到4片相对较薄的连续复合材料片材，并重复5次，得到24个连续碳纤维增强的热固性环氧树脂复合材料连续片材。
连续碳纤维增强的混杂复合材料曳引带制备过程与实施例1中的制备过程类似，主要差别在于将实施例1中4×4的口模替换成6×4的挤出口模，即可制备图5所示的连续碳纤维增强环氧树脂和热塑性聚氨酯树脂混杂复合材料超轻质曳引带。
所制备的复合材料曳引带比现有相同尺寸的钢丝增强曳引带抗拉性能提高1.8倍以上，而且重量只有钢丝增强曳引带的1/5，弯曲性能与钢丝增强曳引带相当。
实施例3
制备图1所示的4×4碳纤维增强乙烯基树脂和热塑性聚氨酯树脂混杂复合材料超轻质曳引带，其实施过程与实施例1类似，只需将实施例1中的环氧树脂更换为乙烯基树脂，并重新设定拉挤成型模具的温度为140-190℃，其余工艺过程及参数设备与实施例1相同。即可制备实施例3的复合材料曳引带。
所制备的复合材料曳引带比现有相同尺寸的钢丝增强曳引带抗拉性能提高1.6倍以上，而且重量只有钢丝增强曳引带的1/5。
实施例4：
制备图1所示的4×4碳纤维增强环氧树脂和聚酰胺树脂混杂复合材料超轻质曳引带，其实施过程与实施例1类似，只需将实施例1中的聚氨酯树脂更换为聚酰胺树脂，并重新设定挤出机的成型温度为200-230℃，设置复合材料片材预热装置的温度设定为：200-210℃，其余工艺过程及参数设备与实施例1相同。即可制备实施例4的复合材料曳引带。
所制备的复合材料曳引带比现有相同尺寸的钢丝增强曳引带抗拉性能提高1.5倍以上，而且重量只有钢丝增强曳引带的1/5。
实施例5
制备图1所示的4×4玻璃纤维纤维增强环氧树脂和热塑性聚氨酯树脂混杂复合材料超轻质曳引带，其实施过程只需将实施例1中的碳纤维更换成玻璃纤维，并在玻璃纤维展纱后，对玻璃纤维进行静电消除处理，其余制备工艺过程及参数设置与实施例1完全相同。
所制备的复合材料曳引带比现有相同尺寸的钢丝增强曳引带抗拉性能提高1倍以上，而且重量只有钢丝增强曳引带的1/4。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种超轻质复合材料曳引带的制备方法所使用的制备系统，其特征在于，由复合材料增强片成型装置和曳引带成型装置组成，所述复合材料增强片成型装置包括依次排列的纱架、展纱架、浸胶槽、纤维排布装置、拉挤成型模具、第一牵引机、引导辊和片材收卷装置，所述纱架上安装有多个纤维卷轴，所述展纱架上交错安装有多个展纱辊，所述浸胶槽内安装有浸胶辊，所述浸胶槽内装有热固性树脂；安装于所述纤维卷轴上的无捻连续纤维卷筒经过所述展纱辊均匀展开，之后经所述浸胶辊在所述浸胶槽内浸胶，并经所述纤维排布装置之后进入所述拉挤成型模具按照所述复合材料增强片截面形状成型，在所述第一牵引机和引导辊的作用下，由所述片材收卷装置收卷，得到所述复合材料增强片；所述曳引带成型装置包括依次排列的片材排布架、加热炉、挤出机、机头口模、冷却水嘴、定型辊、冷却水槽、第二牵引机和曳引带收卷装置，所述片材排布架上安装有多个片材卷轴，所述冷却水槽内安装有多个导辊；所述机头口模中设置有与所述曳引带截面相对应的挤出模芯；安装于多个所述片材卷轴上的多层所述复合材料增强片分别在所述加热炉中预热，所述加热炉的预热温度低于所述挤出机的挤出温度10-20℃，之后引入所述挤出机的机头口模，使熔融的热塑性树脂在机头口模中均匀包覆所述复合材料增强片，并从挤出机机头口模引出，初步成型，经过冷却水嘴的初步冷却并经定型辊定型，再经所述冷却水槽冷却后，在所述第二牵引机的牵引下，由所述曳引带收卷装置收卷得到超轻质复合材料的曳引带；所述曳引带由热塑性树脂的基体和设置于所述基体内的复合材料增强片组成；所述复合材料增强片由热固性树脂与多根非金属的无捻连续纤维单丝复合而成，所述多根无捻连续纤维单丝之间无接触，所述复合材增强片沿所述曳引带的长度方向连续，沿所述曳引带厚度方向设置有至少两层所述复合材料增强片。
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