CN106335141A - 制造模塑件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对模腔内材料进行干燥的设备，包括：向材料供应微波的微波装置(20)；以及设置在微波装置(20)外侧并使微波装置(20)沿设置于模腔内的轨道(11)移动的行走装置(10)。本发明还涉及一种制造模塑件的方法，包括：除湿步骤，其中利用前述设备对模腔内材料施加微波而使材料中的水分相变为水汽，并且将模腔内的水汽除去；以及引流步骤，其中将高分子材料树脂在负压下引入模腔来制造该模塑件。

Description

制造模塑件的方法

技术领域

本发明涉及一种对模腔内材料进行干燥的设备，以及采用该设备制造模塑件的方法。更具体地说，本发明涉及一种利用移动微波对模腔内材料进行干燥的设备，以及采用该设备制造由诸如聚氨酯树脂、不饱和树脂、环氧树脂等材料制成的模塑件的方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，其开发潜力已被世界各国所认可。中国作为风能开发大国，从2010年起每年新增装机容量约占到世界每年新增装机总量的50％。据预测，到2015年，中国风能累计装机容量将达到100GW。

风机叶片的生产工艺通常是采用真空灌注技术。利用该技术，可以在高温下通过熟化处理将玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料制成为所需的风机叶片。但是，环氧树脂熟化处理所需的时间很长，从而导致风机叶片的生产效率十分低下。

因此，为了解决前面提到的生产效率低的问题，有研究人员提出使用聚氨酯树脂制造风机叶片。采用此类材料制成的风机叶片与传统类型风机叶片相比，具有诸多优点，例如：更卓越的机械性能、更高的抗疲劳性能、更高的层间剪切力、更低的产品收缩率、更高的生产效率和更少的模具投入。

但是，虽然灌注速度加快，但在使用聚氨酯树脂并利用真空灌注技术制造风机叶片之前，还必须对真空灌注模腔内的所有材料(包括玻璃纤维毡、巴沙木等)进行除湿和温度控制。这是因为水会对聚氨酯材料反应造成不利影响，因此必须从灌注模腔中完全除去水汽，以免降低风机叶片的生产质量。

通常所采用的除湿方法是对模腔加热并抽真空。然而，由于大型风机叶片有时长达50至60米，在使用常规方式加热模腔并对其抽真空时，往往需要耗费大量时间才能完全除去水汽。而且，这种加热方法存在很多缺点，包括：穿透性低、热惯性大，模腔存在“余热”、“过热”现象。为了达到适合聚氨酯材料固化的加工温度，在模腔“过热”后，通常还需要对模腔进行冷却控温。否则，在后续真空灌注时，聚氨酯材料的固化速度将大幅增加，从而严重影响玻璃纤维毡的润湿速度以及风机叶片的产品质量。

因此，上述改进方案虽然能够解决现有技术中灌注耗时较长的问题，但由此又产生了除湿步骤耗费大量时间的问题，因此在实际应用下无法根本克服制造效率低下的缺陷。

为此，目前急需研制一种高效、快速地对模腔内材料进行干燥的设备，以及采用该设备制造模塑件的方法。该方法最好是专门针对由聚氨酯树脂等高分子材料树脂制成的大型模塑件，能在不影响模塑件生产质量的前提下大幅降低其除湿过程所耗费的时间。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够高效、快速地对模腔内材料进行干燥的设备。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述设备制造模塑件的方法，该方法专用于由聚氨酯树脂等高分子材料树脂制成的大型模塑件。

本发明的第一方面涉及一种对模腔内材料进行干燥的设备，包括：向材料供应微波的微波装置；以及设置在微波装置外侧并使微波装置沿设置于模腔内的轨道移动的行走装置。

较佳地是，该设备还可以包括设置在行走装置上的升降装置，升降装置与微波装置连接，并带动微波装置在初始位置和工作位置之间升降。

更佳地是，行走装置可以由支架和在轨道上可滚动的多个滚轮构成，微波装置借助升降装置在支架下方升降。

在一个具体实施例中，微波装置可以包括与升降装置连接的框架，从框架开始由上至下地布置彼此连通的磁控管、波导、谐振腔和匀波器，磁控管发出的微波经过波导和谐振腔从匀波器输出并加热模腔内的材料。

作为示例，磁控管可以是2540MHz的家用小型磁控管或者915MHz的工业用大型磁控管。

在采用915MHz的工业用大型磁控管的情况下，波导可以是将微波导入谐振腔和匀波器的分岔波导组合，分岔波导组合的一端与谐振腔相连，另一端通过环形器与磁控管相连。

较佳地是，框架可以在其周边位置设有防止微波泄漏的漏能抑止器。

此外，微波装置可以布置有2至20组磁控管。

本发明的第二方面涉及一种制造模塑件的方法，包括：除湿步骤，其中利用如上所述的设备对模腔内材料施加微波而使材料中的水分相变为水汽，并且将模腔内的水汽除去；以及引流步骤，其中将高分子材料树脂在负压下引入模腔来制造该模塑件。

较佳地是，除湿步骤包括：(a)使处于初始位置的升降装置下降，并带动连接于其上的微波装置一起下降到作业位置；(b)驱动微波装置向模腔内材料施加微波；(c)在模腔内材料所含水分低于规定数值时，通过升降装置将微波装置从作业位置上升到初始位置并停止作业。

最佳地是，复合材料可以为聚氨酯树脂、不饱和树脂或环氧树脂，而模塑件则可以是风机叶片或飞机机翼等大型模塑件。

本发明能够解决现有技术对模腔内的玻璃纤维毡和巴沙木等材料除湿时产生的效率低下等问题，通过采用微波装置高效、快速地对模腔内的玻璃纤维毡和巴沙木进行除湿，从而大幅度地增加生产量、降低生产成本。

通过采用移动微波设备对模腔内的材料进行除湿，可以获得以下技术效果：

由于微波加热的热惯性小，微波对水分子加热可使加热升温过程瞬间完成。这样，模腔内将不存在“余热”现象，对于自动控制和连续化加热及生产将会非常有利。

通过同时使用微波和真空除湿技术，不但能够快速有效地干燥模腔内的玻璃纤维毡和巴沙木，而且能够避免整个体系过热，使其保持在适宜聚氨酯树脂等体系反应的温度范围之内。

附图说明

为了进一步说明本发明的对模腔内材料进行干燥的设备的整体结构以及利用该设备制造模塑件的方法，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，其中，图1至4示出了本发明的第一实施例，图5至7示出了本发明的第二实施例。具体来说：

图1是根据本发明的对模腔内材料进行干燥的设备沿与模具轨道平行的第一方向看到的整体结构示意图，其中，微波装置由2540MHz的家用小型磁控管构成且升降装置处于初始位置；

图2是根据本发明的对模腔内材料进行干燥的设备沿与模具轨道垂直的第二方向看到的整体结构示意图，其中，微波装置由2540MHz的家用小型磁控管构成且升降装置处于初始位置；

图3是根据本发明的对模腔内材料进行干燥的设备沿与模具轨道垂直的第二方向看到的整体结构示意图，其中，微波装置由2540MHz的家用小型磁控管构成且升降装置处于工作位置；

图4示出了图1至3中对模腔内材料进行干燥的设备的俯视图；

图5是另一替代的对模腔内材料进行干燥的设备沿与模具轨道垂直的第二方向看到的整体结构示意图，其中，微波装置由915MHz的工业用大型磁控管构成且升降装置处于初始位置；

图6是根据本发明的对模腔内材料进行干燥的设备沿与模具轨道垂直的第二方向看到的整体结构示意图，其中，微波装置由915MHz的工业用大型磁控管构成且升降装置处于工作位置；

图7示出了图5至6中对模腔内材料进行干燥的设备的俯视图；以及

图8是真空灌注工艺的实施示意图。

附图标记

10 行走装置

11 轨道

13 滚轮

20 微波装置

21 谐振腔

22 匀波器

23 磁控管

24 波导

25 微波抑能器

26 框架

281 分岔波导组合

282 环形器

29 磁控管

30 升降装置

50 弧形模腔

60 材料

101 模具

102 预制体

103 脱模布

104 导流网

105 真空袋

106 密封胶条

107 树脂管

108 真空管

109 真空泵

110 树脂收集器

111 树脂桶

具体实施方式

以下将结合附图说明对模腔内材料进行干燥的设备的较佳实施例，以及利用该设备制造大型模塑件的方法的具体实施步骤。

(第一实施例)

请参见图1，该图是本发明的对模腔内材料进行干燥的设备的整体结构示意图。可以看到，该装置包括行走装置10、微波装置20和升降装置30。行走装置10由倒U形支架和设置在支架底部的滚轮13构成。微波装置20设置在行走装置10的支架所包围的空间内(即，行走装置10设置在微波装置20的外侧)，并且向同样位于支架所包围的空间内的模腔内材料供应微波，从而对这些材料进行加热并蒸发材料中所含的水分和/或模腔内部的水汽。升降装置30也设置在行走装置10的支架上，以使微波装置20通过该升降装置30连接到支架，并且在升降装置30的驱动下在初始位置和工作位置之间进行升降作业。如图1所示，可以看到微波装置20的升降作业均在支架下方进行。

图1至3均示出了将本发明的设备放置在轨道11上的示意图，其中，图1的观察方向平行于轨道11的延伸方向，而图2和3的观察方向垂直于轨道11的延伸方向(即，示出了模腔的横截面)。可以看到，轨道11铺设在大体成弧形的模腔两侧，以使行走装置10在其上作往复直线运动。模腔内的玻璃纤维毡、巴沙木等材料60则分布在弧形模腔50的底部。

请继续参见图1，微波装置20包括框架26，框架26的顶面与升降装置30相连，框架26的底面安装有多排微波发生器。例如，图1中示出了框架26上安装有四排微波发生器，而图2和3示出了每排微波发生器由三个微波发生器组成。但本技术领域的普通技术人员应当理解的是，也可以根据实际情况设置不同数量的微波发生器，例如，设置一排、三排、五排微波发生器，或者每排微波发生器由二个或四个微波发生器组成等，这些实施例均应当包含在本发明的保护范围之内。

每个微波发生器由磁控管23、波导24、辐射型谐振腔21和匀波器22构成，它们从框架26开始依次由上至下地布置排列且彼此连通。具体地说，磁控管23安装在框架26下方，以随着框架26及升降装置30在初始位置和作业位置之间上升或下降。波导24的一端与磁控管23连通，以供磁控管23发出的微波传导通过。谐振腔21的微波输入口与波导24的另一端连通，而微波输出口与匀波器22连通，以使微波在通过谐振腔21之后均匀地从匀波器22输出，对其下方的模腔内材料进行加热。

波导用于实现微波传送、相连、耦合及改向等传输任务。空心波导将电磁场限制在波导的空间中，以避免辐射损耗。波导按形状和功能分为直波导、曲波导、弯波导和扭波导，其中后三种波导用来改变传输方向。微波加热常采用具有矩形截面的波导，其形式为具有矩形截面的细长空心金属管。波导的内空尺寸是保证传输高阶型波的关键，即由其确定所传播的高阶型波的截止波长。波导内表面必须光滑无焊疤尖点，因为任何不对称或不规则之处都将吸收由波导输入的主模能量并再次予以辐射，并激励出其它型波。这样，就会造成电磁场分布不匀，并且对加热效果产生显著影响。

如先前所述，微波装置20可以在初始位置和作业位置之间移动。如图1和2所示，当微波装置20处于初始位置(即，升高位置)时，匀波器22远离轨道11和模腔内材料并位于它们的上方。如图3所示，当微波装置20处于作业位置(即，降低位置)时，匀波器22位于轨道11之间且与模腔内材料的距离最短。这样，从匀波器22发出的微波可以起到最大的加热效果。

此外，由于模腔内的玻璃纤维毡、巴沙木等材料均匀分布在弧形模腔的底部，因此可以将微波装置20设计成使中间排的微波发生器所下降的高度大于两侧排的微波发生器所下降的高度。这样，位于模腔最底部的材料也能获得最大程度的加热。

在框架26的四周均设置有漏能抑止器25，以防止微波发生器发出的微波泄漏。漏能抑止器25可设计成相对于框架26的平面可折叠，以便在需要时向下折叠起到遮挡的作用。当然，对于本技术领域的普通技术人员已知的是，还可以另外设置密封装置来进一步防止微波泄漏。该变型也应当落入本发明的保护范围之内。

漏能抑制器25可由以下几种类型构成：(1)截止波导式，这种类型的漏能抑制器利用了微波能量在截止波导中传播时被强烈衰减的原理；(2)波导槽抑制式，这种类型的漏能抑制器在微波加热部件的出入端口的宽边处增加了一组短路波导；(3)皱折式，这种类型的漏能抑制器将一系列等长度的波导槽周期性地排列在主波导上；(4)电阻性抑制式，这种类型的漏能抑制器利用具有良好微波吸收性能的材料粘接到其末端以吸收微波能量。

在本较佳实施例中，行走装置10的倒U形支架的前后两端各自设有一对在设置于模腔内的轨道11上可滚动的滚轮13，以允许升降装置30和连接在其支架下方的微波装置20沿轨道11往复运动。当然，也可以设置多于一对的滚轮，并且对行走装置10的结构作出相应改进，以使其运动更为平稳。这对于本技术领域的普通技术人员来说是易于想到的，因此本文省略这些改进的具体描述。

升降装置30可任意地选择市场上常规可售的液压或机械升降装置，优选地可采用液压升降装置。目前市场上常见的常规液压或机械升降装置包括：(1)液压升降装置，其由人工或电力驱动液压泵，通过液压系统传动并采用缸体或活塞作为顶举件；(2)齿条升降装置，其由人工通过杠杆和齿轮带动齿条，从而顶举框架；(3)螺旋升降装置，其由人工通过螺旋副传动，并采用螺杆或螺母套筒作为顶举件。

普通型螺旋升降装置依靠螺纹自锁作用支撑重物，虽然构造简单，但传动效率低、返程慢。自降式螺旋升降装置的螺纹没有自锁作用，但可装设有制动器。一旦放松制动器，重物即可自行快速下降，从而缩短返程时间。然而，后一种升降装置构造较为复杂。升降装置的下部在装上水平螺杆后，还能使重物做小距离横移，从而增加了作业的灵活性。

请参见图4，该图是本发明设备的第一实施例的俯视图。可以看到，微波装置20选用了2540MHz的家用小型磁控管，该磁控管的功率为2KW至5KW。这种磁控管体型较小，可与波导24、辐射型谐振腔21、匀波器22构成小型微波发生器，并从匀波器22输出微波。

在本实施例中，微波装置20由一系列串并联的小型微波发生器组成。如图4所示，微波装置20包括四排间隔相等的微波加热发生器，每排微波发生器由三个微波发生器组成。较佳地是，这些微波发生器沿轨道中心线对称分布。此外，功率和/或尺寸较大的微波发生器可以分布在距离模腔最低部较近的位置，而功率和/或尺寸较小的微波发生器可以分布在距离模腔最低部线较远的位置。根据加热速度的需求，不仅可对微波发生器的数量进行变化(例如，2至20组)，还可以对微波发生器的功率、尺寸和分布距离进行适当调整。

(第二实施例)

图5至7示出了本发明的对模腔内材料进行加热干燥的设备的第二实施例。此处仅描述其与第一实施例不同的部分，而省略相同部分的描述。

请参见图7，该实施例中的微波装置20选用了915MHz的工业用大型磁控管29，该磁控管的功率为75KW至100KW。由于915MHz磁控管的体积巨大，因此在本实施例中将该磁控管29设置在微波装置20的后端。一般而言，为避免微波的浪费，可根据加热速度需求将2至4台磁控管29串并联在一起，并通过分岔波导组合281将微波导入辐射型谐振腔21及匀波器22。

如图7所示，分岔波导组合281的一端与谐振腔21相连，另一端通过环形器282与磁控管29相连。在本技术领域中，环行器是非可逆的传输件，通常用来连接微波源和谐振腔。当谐振腔中的微波功率不能被物料全部吸收时，部分微波功率反射通过环行器进入终端负载(例如，水负载)，以避免多余的微波功率返回微波源而损坏磁控管。

由于第二实施例中使用的磁控管29的功率巨大，因此不必再为每个微波发生器配备单独的磁控管。因此，如图5和6所示，可以看到图中的微波发生器仅由波导24、辐射型谐振腔21和匀波器22构成，它们从框架26开始依次由上至下地布置排列且彼此连通。

与第一实施例相比，第二实施例具有功率大、加热速度和效率高的优点。

下面将介绍利用上述设备制造模塑件的方法的具体实施步骤，这些步骤主要包括除湿步骤和引流步骤。在除湿步骤中，使用本发明的设备对模腔内材料施加微波而使材料中的水分相变为水汽，并且利用诸如真空抽气装置等将模腔内的水汽除去。具体来说，首先使处于初始位置的升降装置30下降，并带动连接于其上的微波装置20一起下降到作业位置。随后，驱动微波装置20向模腔内的材料施加微波，使材料内的水分汽化。在干燥过程结束时(即，被干燥材料所含水分低于规定数值时)，通过升降装置30将微波装置20从作业位置上升到初始位置并停止作业。在引流步骤中，利用诸如真空灌注工艺等将高分子材料树脂在负压下引入模腔来制造模塑件。

本技术领域的普通技术人员易于理解的是，上述高分子材料树脂可以是聚氨酯树脂、不饱和树脂或环氧树脂。这些树脂相对而言更适合制造诸如风叶叶片、飞机机翼等大型模塑件。当然，诸如游艇、渔船等水上交通工具以及轨道交通工具等领域中使用的大尺寸模塑件也应当是本发明方法的制造对象。

请参见图8，其中示出了真空灌注工艺的实施示意图。真空灌注工艺是一种广泛应用于纤维增强树脂复合材料制造的成型技术，其普遍工艺过程简单介绍如下：在模具101上按照设计要求铺设一定层数的纤维成型预制体102。该预制体102可以包含泡沫、巴沙木等夹芯材料或其它增强材料。预制体102上铺设有脱模布103、导流网104、树脂管107、真空管108等部件。然后采用真空袋膜105和密封胶条106将预制体102及其相关部件密封起来，以形成一个完全密闭的体系。将真空管108和树脂收集器110相互连接，并进一步与真空泵109连接以排出密闭体系内的空气，直至达到-0.05MPa至-0.1MPa的真空压力。

当微波将模腔内的预制体102以及预制体102中的泡沫、轻木等夹芯材料或其它增强材料所含有的水分汽化后，可以利用上述真空工艺将模腔内的水汽抽出。在水汽抽出后，将树脂管107插入到敞口的盛有树脂的树脂桶111，树脂在大气压力的作用下借助真空吸入前述密闭体系，并且在导流网104的辅助下快速浸润预制体102。多余的树脂将经由真空管108抽出并收集在树脂收集器110内。之后，根据所使用树脂的特性，在常温下或对模具进行加热以固化树脂。最后，将脱模布103、导流网104、树脂管107和真空管108等部件清除并将固化后的产物从模具内取出以得到最终的制品。

虽然以上结合了较佳实施例对本发明设备的结构和利用该设备制造模塑件的方法进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制，例如，可将小型磁控管23和大型磁控管29组合使用，利用其它除湿工具来代替真空抽气装置等。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行变型。这些变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (13)

1.一种对模腔内材料进行干燥的设备，其特征在于，包括：

向所述材料供应微波的微波装置(20)；以及

设置在所述微波装置(20)外侧并使所述微波装置(20)沿设置于所述模腔内的轨道(11)移动的行走装置(10)。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括设置在所述行走装置(10)上的升降装置(30)，所述升降装置(30)与所述微波装置(20)连接，并带动所述微波装置(20)在初始位置和工作位置之间升降。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述行走装置(10)由支架和在所述轨道(11)上可滚动的多个滚轮(13)构成，所述微波装置(20)借助所述升降装置(30)在所述支架下方升降。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微波装置(20)包括与所述升降装置(30)连接的框架(26)，从所述框架(26)开始由上至下地布置彼此连通的磁控管(23、29)、波导(24)、谐振腔(21)和匀波器(22)，所述磁控管(23、29)发出的微波经过所述波导(24)和所述谐振腔(21)从所述匀波器(22)输出并加热所述模腔内的材料。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述磁控管(23)是2540MHz的家用小型磁控管。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述磁控管(29)是915MHz的工业用大型磁控管。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述波导(24)是将微波导入所述谐振腔(21)和所述匀波器(22)的分岔波导组合(281)，所述分岔波导组合(281)的一端与所述谐振腔(21)相连，另一端通过环形器(282)与所述磁控管(29)相连。

8.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述框架(26)在其周边位置设有防止微波泄漏的漏能抑止器(25)。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微波装置(20)布置有2至20组磁控管(23、29)。

10.一种制造模塑件的方法，包括：

除湿步骤，其中利用如权利要求1至9中任一项所述的设备对模腔内材料施加微波而使所述材料中的水分相变为水汽，并且将所述模腔内的水汽除去；以及

引流步骤，其中将高分子材料树脂在负压下引入模腔来制造所述模塑件。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述除湿步骤还包括：

(a)使处于初始位置的升降装置(30)下降，并带动连接于其上的微波装置(20)一起下降到作业位置；

(b)驱动所述微波装置(20)向模腔内材料施加微波；

(c)在模腔内材料所含水分低于规定数值时，通过所述升降装置(30)将所述微波装置(20)从作业位置上升到初始位置并停止作业。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述高分子材料树脂为聚氨酯树脂、不饱和树脂或环氧树脂。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述模塑件为风机叶片或飞机机翼。