CN105643959A - 一种纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法及装置，在纤维增强复合材料拉挤成型设备纤维运动方向上，位于成型模具或注胶模具前，设置一段保护气体正压区域，纤维中及此空间区域内易与基体树脂发生不良副反应的成分被持续向外流动的保护气体从纤维入口排出。具体实现装置为具有纤维入口的封闭装置，所述封闭装置与模具入口固定贯通连接，并通过管道与保护气体源连接。本发明装置不仅对增强纤维进行净化和保护，同时为基体树脂浸胶、凝胶、固化的成型过程提供一个隔绝外界空气的理想环境，最终保护纤维增强复合材料拉挤成型过程不受环境及增强纤维中的有害成分影响。

Description

一种纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种保护方法及装置，适用于纤维增强复合材料拉挤成型过程。

背景技术

拉挤成型工艺是复合材料主要成型工艺之一，其为将浸渍树脂胶液的连续纤维、带、布或毡等，在牵引力作用下通过模具挤压、固化，连续不断生产长度不限的纤维增强复合材料型材的一种成型工艺。适合于生产各种形式截面的型材，如管、棒、实体型材(工字型、槽型、方形)和空腹型材(门窗型材、叶片)等，其特点是：一、工艺简单、高效，适合于高性能纤维复合材料的大规模生产。二、能最好地发挥纤维的增强作用，且具有制品性能稳定、纤维含量高、成本较低等优点，已经得到广泛的应用。

但是，在使用某些特殊基体树脂的拉挤产品成型过程中，空气、增强纤维自身带来的H₂O、CO₂、O₂等成分会对成型过程带来很多负面作用，影响制品性能及工艺性能。例如，在以双组分聚氨酯树脂(异氰酸酯和多元醇为主要成分)为基体树脂的拉挤工艺过程中，空气和增强纤维中含有的水分，会与聚氨酯树脂中的异氰酸酯(-NCO)反应，生成固体脲、并产生CO₂气体。随着这个反应的进行，不仅会影响复合材料制品的性能，而且固体脲的聚集及CO₂气体的膨胀作用还会堵塞拉挤模具，造成生产过程中断。目前的情况是，难以生产大截面尺寸制品，而且小截面尺寸产品每隔1-3天即需要停车清理模具，这是以双组分聚氨酯树脂作为基体树脂用于拉挤成型工艺，难以实现连续化工业生产的原因。

为了解决上述问题，本行业一般采用对原材料除湿、对生产环境除湿、将传统胶槽浸胶方式设计为注入浸胶方式等，以降低树脂中异氰酸酯(-NCO)生成固体脲的反应几率。但是，这些方法投资大、成本高，而且不能根本解决堵塞模具、断纱的问题。

发明内容

本发明的目的是：一、提供一种纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法，用于解决某些纤维增强特殊基体树脂复合材料在拉挤成型时，环境、增强纤维中的H₂O、CO₂、O₂等成分，易与树脂发生不利副反应而造成制品质量差，生产时常被中断不能连续化生产的问题。二、提供一种或多种实现上述保护方法的装置。

实现本发明目的的技术方案是：

本发明的核心是在拉挤的模具入口前端，增加一个气压封闭装置，利用该装置的气体正压，将环境及增强纤维中易与树脂发生不利副反应影响的成分，排除到成型体系之外。具体的方法为：在纤维增强复合材料拉挤成型设备纤维运动方向上，位于模具(成型模具或注胶模具)入口前，设置一段保护气体正压区域。当纤维从纤维入口进入此区域时，通入保护气体并维持该区域护气体的正压状态，纤维中及此空间区域内易与树脂胶液发生不良副反应的成分被保护气体从纤维入口排出，从而解决某些纤维增强特殊基体树脂复合材料在拉挤成型时，环境、增强纤维中的H₂O、CO₂、O₂等成分，易与树脂发生不利副反应的问题，以提高制品质量和实现连续化工业生产的目的。

保护气体正压区域的具体实现方法为具有纤维入口的气压封闭装置，该封闭装置连接保护气体源；当采用注胶方式时，封闭装置与注胶模具固定贯通连接；当采用浸胶方式时，该封闭装置与成型模具固定贯通连接，此时浸胶装置位于封闭装置内部。

本发明所述保护气体包括但不限于常温、冷却或加热处理的氮气、二氧化碳、干燥空气、惰性气体。例如，以双组分聚氨酯树脂为基体的拉挤工艺，应选取加热处理的、不含水分的干燥空气或者氮气。加热处理的干燥气体，可以有效的除去纤维上的水分；干燥的气体不含水分，可以防止环境中的水分与异氰酸酯(NCO)反应；以保证拉挤工艺连续正常进行。

一种实现上述保护方法的纤维增强复合材料拉挤成型装置，包括纱架、预成型模、注胶模具、注胶机、成型模具、牵引装置、切割装置，在注胶模具之前还具有封闭装置及与之通过管道连接的一个或多个保护气源，所述封闭装置为空腔结构，其与注胶模具通过法兰或螺纹固定贯通连接，并通过密封圈、密封带、密封垫片等形式密封，接缝处不漏气。所述封闭装置上、位于纱架一侧具有多个纤维入口，纤维从此入口进入。

另一种实现上述保护方法的纤维增强复合材料拉挤成型装置，包括纱架、预成型模、浸胶装置、成型模具、牵引装置、切割装置，其在成型模具之前还具有封闭装置及与之通过管道连接的一个或多个保护气源，所述封闭装置为空腔结构，其与成型模具通过法兰或螺纹固定贯通连接，并通过密封圈、密封带、密封垫片等形式密封，接缝处不漏气；预成型模和浸胶装置包含在封闭装置内部。所述封闭装置上位于纱架一侧具有多个纤维入口，纤维从此入口进入。所述浸胶装置可以为浸胶槽或其他浸胶装置。

实际生产过程中保护气体从封闭装置左侧的纤维入口中溢出，形成向封闭体系外部流动的持续气流。在保护气体的持续流动下，可形成一个隔绝环境空气的封闭空间，保护拉挤成型过程不受环境影响。另外，保护气体形成的持续气流还可以将增强纤维上附带的水分等有害成分，排除到体系之外。

本发明具有的积极效果：

(1)本发明采用正压保护气体装置形成一个持续的保护气体流，从纤维入口到模具入口形成一段封闭空间，不仅对增强纤维进行净化和保护，同时为基体树脂浸胶、凝胶、固化的成型过程提供一个隔绝外界空气的理想环境，最终保护拉挤复合材料成型过程不受环境及增强纤维中的有害成分影响。

(2)本发明的拉挤成型保护装置结构简单实用，有效实现了对纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法。采用本发明装置后，在增加很少的额外投资的前提下，可实现连续工业化生产，连续生产1个月不堵模、不断纱、不停机。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明实施例1、实施例3装置的结构示意图；图2为本发明实施例2装置的结构示意图。

其中，1纱架，2预成型模，3注胶模具，4成型模具，5牵引装置，6切割装置，7注胶机，8封闭装置，9保护气气源，10浸胶装置。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，一种采用注入式浸胶方式的纤维增强复合材料拉挤成型装置，纤维从纱架1穿出，由牵引装置5牵引，经过预成型模2、连接注胶机7的注胶模具3，浸胶后通过成型模具4。成型模具4上有加热装置，树脂经过时受热固化成型，最后经切割装置6定长切割，形成产品。

在注胶模具3之前安装有封闭装置8，其为带有纤维入口的圆台形不锈钢筒体，与注胶模具3通过法兰固定贯通连接，并采用硅橡胶密封圈密封。封闭装置8通过管道与保护气气源9连接。本实施例使用的树脂为双组分聚氨酯树脂，采用的保护气体为加热氮气。设备运行时保护气体持续从气源处以一定压力输出，保持封闭装置8内部在保护气体的持续流动下，形成一个隔绝环境空气的无水封闭空间，保护拉挤成型过程聚氨酯树脂的浸润、凝胶、固化不受环境影响。加热处理过的氮气还能除去纤维上包含的水分，防止水与聚氨酯树脂中的异氰酸酯反应。

(实施例2)

见图2，一种采用浸胶槽浸胶的纤维增强复合材料拉挤成型装置，纤维从纱架1穿出，由牵引装置5牵引，经过浸胶装置10、预成型模2，浸胶后通过成型模具4。浸胶装置10为下浸式胶槽。成型模具4上有加热装置，树脂经过时受热固化成型，最后经切割装置6定长切割，形成产品。

在成型模具4之前安装有封闭装置8，其为带有纤维入口的矩形截面不锈钢筒体，与成型模具4通过法兰固定贯通连接，并采用聚四氟乙烯垫片密封。封闭装置8通过管道与保护气气源9连接。浸胶装置10、预成型模2都包含在封闭装置8内部。本实施例使用的树脂为双组分聚氨酯树脂，采用的保护气体为干燥热空气，其露点低于-70℃。设备运行时保护气体持续从气源处以一定压力输出，保持封闭装置8内部在保护气体的持续流动下，形成一个隔绝环境空气的无水封闭空间，保护拉挤成型过程聚氨酯树脂的浸润、凝胶、固化不受环境影响。干燥热空气还能除去纤维上包含的水分，防止水与聚氨酯树脂中的异氰酸酯反应。

(实施例3)

见图1，一种采用注入式浸胶方式的纤维增强复合材料拉挤成型装置，纤维从纱架1穿出，由牵引装置5牵引，经过预成型模2、连接注胶机7的注胶模具3，浸胶后通过成型模具4。成型模具4上有加热装置，高透明无色不饱和树脂经过时受热固化成型，最后经切割装置6定长切割，形成产品。

在注胶模具3之前安装有封闭装置8，其为带有纤维入口的圆台形不锈钢筒体，与注胶模具3通过法兰固定贯通连接，并采用硅橡胶密封圈密封。封闭装置8通过管道与保护气气源9连接。本实施例使用的树脂为双组分聚氨酯树脂，采用的保护气体为高透明无色不饱和树脂氮气。设备运行时保护气体持续从气源处以一定压力输出，保持封闭装置8内部在保护气体的持续流动下，形成一个隔绝环境空气的无水封闭空间，保护拉挤成型过程高透明无色不饱和树脂的浸润、凝胶、固化不受环境影响。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法，其特征在于：在纤维增强复合材料拉挤成型设备纤维运动方向上，位于模具入口前，设置一段保护气体正压区域，当纤维从纤维入口进入此区域时，通入保护气体并维持该区域保护气体的正压状态，纤维中及此空间区域内易与树脂胶液发生不良副反应的成分被持续向外流动的保护气体从纤维入口排出。

2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法，其特征在于：所述气体正压区域具体实现方法为具有纤维入口的气压封闭装置，该封闭装置连接保护气体源，提供对外的保护气体正压区域,当采用注胶方式时，该封闭装置与注胶模具固定贯通连接；当采用浸胶方式时，该封闭装置与成型模具固定贯通连接，此时浸胶装置位于封闭装置内部。

3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法，其特征在于：所述模具入口为成型模具或注胶模具入口。

4.根据权利要求1或2或3所述的纤维增强复合材料拉挤成型过程的保护方法，其特征在于：所述保护气体包括但不限于常温、冷却或加热处理的氮气、二氧化碳、干燥空气、惰性气体。

5.一种实现如权利要求1～4任一所述保护方法的纤维增强复合材料拉挤成型装置，包括纱架(1)、预成型模(2)、注胶模具(3)、成型模具(4)、牵引装置(5)、切割装置(6)、注胶机(7)；其特征在于：在注胶模具(3)之前还具有封闭装置(8)及与之通过管道连接的一个或多个保护气源(9)；所述封闭装置(8)为空腔结构，其与注胶模具(3)固定贯通连接，连接处密封处理，不漏气；所述封闭装置(8)上、位于纱架(1)一侧具有多个纤维入口。

6.根据权利要求5所述的纤维增强复合材料拉挤成型装置，其特征在于：所述封闭装置(8)与注胶模具(3)通过法兰或螺纹固定连接，并通过密封圈、密封带、密封垫片、粘接、焊接形式密封。

7.一种实现如权利要求1～4任一所述的保护方法的纤维增强复合材料拉挤成型装置，包括纱架(1)、预成型模(2)、浸胶装置(10)、成型模具(4)、牵引装置(5)、切割装置(6)；其特征在于：在成型模具(4)之前还具有封闭装置(8)及与之通过管道连接的一个或多个保护气源(9)；所述封闭装置(8)为空腔结构，其将预成型模(2)和浸胶装置(10)包含在内；所述封闭装置(8)上位于纱架(1)一侧具有多个纤维入口。

8.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料拉挤成型装置，其特征在于：所述封闭装置(8)与成型模具(4)通过焊接或法兰或螺纹固定连接，并通过密封圈、密封带、密封垫片密封。

9.根据权利要求5或6或7或8所述的纤维增强复合材料拉挤成型装置，其特征在于：所述封闭装置(8)为截面为圆形、矩形、多边形的筒状构件或与机架一体的框架式结构。