CN105690638A - 长纤包覆模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长纤包覆模具，包括安装在滑柱顶端的上压板，套在滑柱上的下滑板，下滑板底部安装在液压装置活塞杆顶端，上模板组成安装在上压板上，下模板组成安装在下滑板上，上模板组成的上模板体和下模板组成的下模板体上安装有电加热器，上波纹条安装在上模板体底面，口模安装在下模板体的前端面，下波纹条A、下波纹条B、下波纹条C安装在下模板体顶面，在液压装置的驱动下实现下模板体与上模板体的合模与开模，在下模板体与上模板体之间形成熔体容腔，各波纹条在熔体容腔内形成波纹流道。本发明可以实现聚合物熔体对连续长纤维的完全包覆，使纤维不因加入在双螺杆挤出机中而被剪切和破碎，纤维增强复合材料性能得到极大提高。

Description

长纤包覆模具
技术领域
本发明涉及纤维复合材料生产设备，尤其是一种长纤包覆模具。
背景技术
增强改性是在聚合物基体中加入增强材料以改进聚合物性能的一种方法，常用的增强纤维主要是有机纤维和无机纤维两大类，有机纤维主要有碳纤维等，无机纤维主要有玻璃纤维等。由于连续相的聚合物基体组分与分散相的纤维在复合材料中可以“取长补短”并“协同作用”，使得材料综合了各组分的性能，从而大大扩展了聚合物材料的用途。在聚合物复合材料中，增强纤维主要用来提高聚合物的强度、模量和硬度。
目前，普遍采用同向平行双螺杆挤出机对聚合物基体(如：尼龙、ABS、TPU、聚丙烯等)进行熔融、混炼改性后，加入连续长纤维或短切纤维，纤维在双螺杆挤出机中被剪切和破碎，聚合物熔体对纤维实现包覆，得到纤维增强复合材料，使聚合物的性能有了很大改善。其特点是：比强度和比模量高，使增强塑料成为一类轻质高强的新型工程材料；抗疲劳性提高，由于聚合物复合材料中的纤维与基体的界面能阻止裂纹扩展，使得材料抗疲劳性能优于金属；耐热性高，可在100℃以上甚至更高温度环境长期使用；减震性好，由于复合材料中的纤维与基体的界面具有很好的吸振能力，振动阻尼很高，不会因共振引起早期破坏；线膨胀系数小，由于纤维类材料的加入，聚合物复合材料的线膨胀系数比聚合物本体低的多，因而制品成型收缩率低，可加工精密制品。
对于传统工艺生产的纤维增强复合材料，由于纤维在双螺杆挤出机中被剪切和破碎，导致纤维增强复合材料的性能受到一定影响。
综上所述，复合材料所具有的优异性能，使其具备了旺盛的生命力。随着科技的发展，需要不断完善先进复合材料的生产工艺。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种长纤包覆模具，可以实现聚合物熔体对连续长纤维的完全包覆，使纤维不因加入在双螺杆挤出机中而被剪切和破碎，从而得到的纤维增强复合材料，其聚合物的性能得到极大的提高。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种长纤包覆模具，包括上压板、滑柱、下滑板、液压装置、底座组成、口模、隔热板、电加热器、上模板组成和下模板组成；
滑柱的下端由六角螺母固定安装在底座组成的上部，上压板由六角螺母固定安装在滑柱的顶端，液压装置的液压油缸安装在底座组成的内部，液压装置的活塞杆由底座组成的上部开口伸出，下滑板套在滑柱上，下滑板底部由螺栓安装在液压装置的活塞杆顶端；
上模板组成由圆柱销和螺钉安装在上压板上，下模板组成由圆柱销和螺钉安装在下滑板上，在上模板组成的上模板体和下模板组成的下模板体上均安装有电加热器，上波纹条由内六角圆柱头螺钉固定安装在上模板体的底面，在上模板体侧面开有熔体进口，在上模板体的内部开有熔体流道，在上模板体的底面开有熔体出口，熔体进口通过熔体流道与熔体出口相连，口模由内六角圆柱头螺钉固定安装在下模板体的前端面，在口模的上沿开有若干出料口，在下模板体的后端上沿开有若干槽口，下波纹条A、下波纹条B、下波纹条C由内六角圆柱头螺钉分别固定安装在下模板体的顶面；
下滑板上的下模板组成在液压装置的驱动下可沿滑柱上、下移动，实现下模板体与上模板体的合模与开模，当下模板体与上模板体合模时，在下模板体与上模板体之间形成熔体容腔，下波纹条A、下波纹条B、下波纹条C和上波纹条在熔体容腔内形成波纹流道。
优选的，还包括口模挡板，口模挡板由内六角圆柱头螺钉固定安装在上模板体的前端面，当下模板体与上模板体合模时，口模挡板可遮盖住口模的上沿。
优选的，所述口模挡板的内六角圆柱头螺钉的安装孔为椭圆型。
优选的，所述口模的出料口为喇叭状。
优选的，所述上模板体的电加热器和上压板之间以及下模板体的电加热器和下滑板之间均安装有隔热板。
优选的，所述上模板组成和下模板组成均设有若干热电偶。
优选的，所述下波纹条A、下波纹条B、下波纹条C和上波纹条的表面为圆弧形。
优选的，所述底座组成的上部开口设有盖板。
有益效果：(1)连续长纤维经过烘箱增温和烘干后，进入长纤包覆模具的熔体容腔，由于长纤包覆模具的熔体容腔的波纹流道设计，使聚合物熔体能浸入到连续长纤维的每一根纤维丝，实现聚合物熔体对纤维的完全包覆，被聚合物熔体包覆的长纤维没有被剪切和破碎，使纤维增强复合材料的性能得到极大的提高，纤维增强复合材料的应用领域得到扩展，在许多领域取代了金属材料的使用，并具有优于金属材料的性能。
(2)采用液压装置对上、下模板体进行开模和合模，以方便操作和上、下模板体合模后的密闭性；
(3)熔体容腔可根据工艺要求安装若干组波纹条，可利于更换备件和节约模具的维修成本；
(4)保证能连续性、规模化、高效生产高品质的纤维增强复合材料。
附图说明
图1为本发明长纤包覆模具的主视图；
图2为本发明长纤包覆模具的左视图；
图3为本发明长纤包覆模具的俯视图；
图4为图3中的A-A向视图；
图5为下模板组成的主视图；
图6为下模板组成的左视图；
图7为下模板组成的右视图；
图8为下模板组成的俯视图；
图9为上模板组成的主视图；
图10为上模板组成的左视图；
图11为上模板组成的仰视图；
图12为口模挡板的主视图；
图13为图12中的A-A向视图；
图14为口模的主视图；
图15为图14中的A-A向视图。
图中：1-上压板，2-滑柱，3-下滑板，4-液压装置，5-盖板，6-底座组成，7-口模挡板，8-口模，8-1-出料口，9-隔热板，10-电加热器，11-上模板组成，12-下模板组成，13-六角螺母，14-圆柱销，15-螺钉，16-下模板体，16-1-槽口，17-内六角圆柱头螺钉，18-下波纹条A，19-下波纹条B，20-下波纹条C，21-上模板体，21-1-熔体进口，21-2-熔体流道，22-上波纹条，23-熔体容腔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1-15所示，本发明的一种长纤包覆模具，包括上压板1、滑柱2、下滑板3、液压装置4、底座组成6、口模挡板7、口模8、隔热板9、电加热器10、上模板组成11和下模板组成12。
滑柱2的下端由六角螺母13固定安装在底座组成6的上部，上压板1由六角螺母13固定安装在滑柱2的顶端，液压装置4的液压油缸安装在底座组成6的内部，液压装置4的活塞杆由底座组成6的上部开口伸出，下滑板3套在滑柱2上，下滑板3底部由螺栓安装在液压装置4的活塞杆顶端。所述底座组成6的上部开口设有盖板5，以防止异物落入底座组成6的内部。
上模板组成11由圆柱销14和螺钉15直接定位和安装在上压板1上，下模板组成12由圆柱销14和螺钉15直接定位和安装在下滑板3上。在上模板组成11的上模板体21和下模板组成12的下模板体16上均安装有电加热器10，在上模板体21的电加热器10和上压板1之间以及下模板体16的电加热器10和下滑板3之间均安装有隔热板9。上模板组成11和下模板组成12上根据工艺要求设有若干热电偶，分区对电加热器10进行温度检测和温度控制，以保证聚合物熔体在长纤包覆模具内的熔融状态满足长纤包覆工艺要求。
上波纹条22由内六角圆柱头螺钉17固定安装在上模板体21的底面。在上模板体21侧面开有熔体进口21-1，在上模板体21的内部开有熔体流道21-2，在上模板体21的底面开有熔体出口，熔体进口21-1通过熔体流道21-2与熔体出口相连。
口模8由内六角圆柱头螺钉17固定安装在下模板体16的前端面，在口模8的上沿根据需包覆的长纤条数开有若干出料口8-1，以方便长纤的摆放，所述口模8的出料口8-1为喇叭状，以防止由于长纤与出料口8-1的棱边磨擦而造成断条现象。在下模板体16的后端上沿长纤进入处,根据需包覆的长纤条数开有若干槽口16-1，以方便长纤的摆放。下波纹条A18、下波纹条B19、下波纹条C20由内六角圆柱头螺钉17分别固定安装在下模板体16的顶面。所述下波纹条A18、下波纹条B19、下波纹条C20和上波纹条22的表面为圆弧形，各波纹条均经过氮化处理，耐磨并不会因长纤与各波纹条的表面磨擦而造成断条现象。波纹条的表面磨损后，仅更换表面磨损的波纹条即可，节省了昂贵的模具修复费用以及模具修复时间。
下滑板3上的下模板组成12在液压装置4的驱动下可沿滑柱2上、下移动，实现下模板体16与上模板体21的合模与开模，当下模板体16与上模板体21合模时，在下模板体16与上模板体21之间形成熔体容腔23，下波纹条A18、下波纹条B19、下波纹条C20和上波纹条22在熔体容腔23内形成波纹流道。
口模挡板7由内六角圆柱头螺钉17固定安装在上模板体21的前端面，螺钉的安装孔为椭圆型,使口模挡板7可根据工艺所要求的长纤包覆条的粗细进行上、下微动调节，口模挡板7在合模后可遮盖住口模8的上沿，以防熔体容腔23内的聚合物熔体溢出。
本发明长纤包覆模具的工作原理和工作过程如下：
a、液压装置4驱动下模板组成12下移，对上模板体21和下模板体16进行开模；
b、将经过烘箱增温和烘干后的若干连续长纤维摆放在下模板体16上，使长纤维两侧分别嵌入下模板体16的槽口16-1和口模8的出料口8-1内；
c、液压装置4驱动下滑板3上的下模板组成12上移，对上模板体21和下模板体16进行合模，开启电加热器10，通过热电偶分区对电加热器10进行温度检测和温度控制，以保证聚合物熔体在长纤包覆模具内的熔融状态满足长纤包覆工艺要求；
d、挤出机对聚合物基体(如：尼龙、ABS、TPU、聚丙烯等)进行熔融、混炼改性后，聚合物熔体通过上模板体21的熔体进口21-1进入上模板体21内的熔体流道21-2，聚合物熔体在挤出压力作用下经熔体出口喷入下模板体16与上模板体21合模后形成的熔体容腔23；
e、由前置牵引机进行牵引连续长纤维(图1中箭头方向为牵引方向)，使之穿过通过下模板体16与上模板体21合模后形成的熔体容腔23，上波纹条22将连续长纤维下压浸没在熔体容腔23的聚合物熔体中，下波纹条A18、下波纹条B19、下波纹条C20顶起熔体容腔23内的连续长纤维，由于各波纹条在长纤包覆模具的熔体容腔23内形成波纹流道，造成长纤维束能在熔体容腔23内分散打开，使聚合物熔体能浸入到连续长纤维的每一根纤维丝，实现聚合物熔体对纤维的完全包覆；
f、实现长纤维完全包覆的纤维增强复合材料由前置牵引机从长纤包覆模具的口模8引出，经过口模8成形和冷却水槽冷却定形后，进行风干和烘箱烘干脱水，切粒成8～15mm长的颗粒。由于长纤维没有被剪切破碎，使纤维增强复合材料的性能得到极大的提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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 (8)

1.一种长纤包覆模具，其特征在于：包括上压板(1)、滑柱(2)、下滑板(3)、液压装置(4)、底座组成(6)、口模(8)、隔热板(9)、电加热器(10)、上模板组成(11)和下模板组成(12)；
滑柱(2)的下端由六角螺母(13)固定安装在底座组成(6)的上部，上压板(1)由六角螺母(13)固定安装在滑柱(2)的顶端，液压装置(4)的液压油缸安装在底座组成(6)的内部，液压装置(4)的活塞杆由底座组成(6)的上部开口伸出，下滑板(3)套在滑柱(2)上，下滑板(3)底部由螺栓安装在液压装置(4)的活塞杆顶端；
上模板组成(11)由圆柱销(14)和螺钉(15)安装在上压板(1)上，下模板组成(12)由圆柱销(14)和螺钉(15)安装在下滑板(3)上，在上模板组成(11)的上模板体(21)和下模板组成(12)的下模板体(16)上均安装有电加热器(10)，上波纹条(22)由内六角圆柱头螺钉(17)固定安装在上模板体(21)的底面，在上模板体(21)侧面开有熔体进口(21-1)，在上模板体(21)的内部开有熔体流道(21-2)，在上模板体(21)的底面开有熔体出口，熔体进口(21-1)通过熔体流道(21-2)与熔体出口相连，口模(8)由内六角圆柱头螺钉(17)固定安装在下模板体(16)的前端面，在口模(8)的上沿开有若干出料口(8-1)，在下模板体(16)的后端上沿开有若干槽口(16-1)，下波纹条A(18)、下波纹条B(19)、下波纹条C(20)由内六角圆柱头螺钉(17)分别固定安装在下模板体(16)的顶面；
下滑板(3)上的下模板组成(12)在液压装置(4)的驱动下可沿滑柱(2)上、下移动，实现下模板体(16)与上模板体(21)的合模与开模，当下模板体(16)与上模板体(21)合模时，在下模板体(16)与上模板体(21)之间形成熔体容腔(23)，下波纹条A(18)、下波纹条B(19)、下波纹条C(20)和上波纹条(22)在熔体容腔(23)内形成波纹流道。
2.根据权利要求1所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：还包括口模挡板(7)，口模挡板(7)由内六角圆柱头螺钉(17)固定安装在上模板体(21)的前端面，当下模板体(16)与上模板体(21)合模时，口模挡板(7)可遮盖住口模(8)的上沿。
3.根据权利要求2所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：所述口模挡板(7)的内六角圆柱头螺钉(17)的安装孔为椭圆型。
4.根据权利要求1所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：所述口模(8)的出料口(8-1)为喇叭状。
5.根据权利要求1所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：所述上模板体(21)的电加热器(10)和上压板(1)之间以及下模板体(16)的电加热器(10)和下滑板(3)之间均安装有隔热板(9)。
6.根据权利要求1所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：所述上模板组成(11)和下模板组成(12)均设有若干热电偶。
7.根据权利要求1所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：所述下波纹条A(18)、下波纹条B(19)、下波纹条C(20)和上波纹条(22)的表面为圆弧形。
8.根据权利要求1所述的一种长纤包覆模具，其特征在于：所述底座组成(6)的上部开口设有盖板(5)。
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