CN107856322A - 原位聚合注射成型系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位聚合注射成型系统，它包括通过管道依次连通的料斗、熔融输送单元、稳压单元、温度均化单元、混合单元和注射管，温度均化单元与混合单元之间的通路上设有流量计，流量计与混合单元之间的通路上连通有流量可控的催化剂旁路。在使用时将置于料斗内的树脂通过熔融输送单元加热熔融并输送至稳压单元处，熔体状态的树脂在稳压单元的作用下以稳定的压力往前输送至温度均化单元处，熔体本身在该处进行内部热交换使整个熔体的温度均匀稳定，温度均匀的熔体经过流量计后在混合单元内与催化剂混合后通过注射管输出，以实现整个过程的自动化，提高工作效率，并且由于催化剂和熔体的流量均可测，还可以实现熔体与催化剂的按比例混合。
Description
技术领域
本发明属于树脂基复合材料液体模塑成型领域，尤其涉及一种原位聚合注射成型系统。
背景技术
原位聚合注射成型技术是近几年欧洲学界和企业紧密合作研究的一项用于制造高性能连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的新技术。它是一种基于注射成型工艺，将一定量的反应性低分子热塑性树脂熔体，射入模具型腔内，浸润纤维预成型体，通过原位聚合反应制造高性能连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的先进制造技术。由于低分子热塑性树脂熔体通常具有较低的熔融粘度，可轻易地浸渍致密的纤维预成型体，使得原位聚合注射成型技术像常规低粘度热固性树脂加工工艺，如树脂传递模塑成型一样，可直接成型高性能连续纤维增强热塑性复合材料。此外，得益于注射成型生产率高，易实现自动化生产的特点，原位聚合注射成型技术能显著降低高性能连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的制造成本，实现规模化应用。
热塑性树脂熔体较高的粘度使其对纤维的浸润过程特别困难，甚至出现无法浸润的情况。根据达西定律，当前连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的成型方法主要有两类：一是采用新型低粘度树脂，如低分子热塑性树脂液体模塑成型技术；二是缩短高粘度树脂的浸润距离，如制备预浸料和混编纤维织物等间接成型方法。作为一种高效直接成型工艺，低分子热塑性树脂液体模塑成型技术是当前学界的主要研究对象。
将反应性低分子热塑性树脂熔体和少量比例的催化剂混合后，在一定的温度范围内，低分子热塑性树脂熔体在短时间内能发生聚合反应生转化高聚物，并与纤维之间形成良好的界面结合。
注射成型过程中，注射压力、流量参数对树脂浸润纤维的过程有很重要的影响，最终影响到树脂与纤维结合的质量、产品的孔隙率；注射的过程中的温度参数影响到树脂的熔融、聚合反应是否发生以及反应发生的快慢。
连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的高水平制造是树脂基复合材料先进制造技术的发展前沿和节能减排与可持续发展战略的关键支撑。原位聚合注射成型技术在环保、高效和高性能制造连续纤维增强树脂基热塑性复合材料方面的巨大潜力，正使其成为世界各国竞相大力研究的战略必争热点领域。但是，目前在原位聚合注射成型技术领域，还缺乏实现该技术的高度自动化的集熔融塑化、在线混合和过程调控于一体的制造装备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高自动化、高效、混合比例可控的原位聚合注射成型系统。
本发明提供的这种原位聚合注射成型系统，它包括通过管道依次连通的料斗、熔融输送单元、稳压单元、温度均化单元、混合单元和注射管，温度均化单元与混合单元之间的通路上设有流量计，流量计与混合单元之间的通路上连通有流量可控的催化剂旁路。
在一个具体实施方式中，使所述熔融输送单元包括电机、料筒、输送螺杆和加热器，输送螺杆同轴布置于料筒内、一端与电机的输出端相连，加热器布置于料筒外。
为了保证温度稳定可靠，使所述加热器的加热温度沿料筒的径向自外向内递减。
在一个具体实施方式中，为了便于压力的调控，使所述稳压单元包括熔体泵和控制其工作的驱动电机，熔体泵入口端设有压力变送器。
作为优选，使所述温度均化单元包括外壳和设置于外壳内的静态混合器。
作为优选，使所述混合单元为静态混合器。
在一个具体实施方式中，在所述混合单元的入口端设有四通阀，四通阀的一阀口与所述流量计连通、一阀口与所述催化剂旁路连通、一阀口外设有压力变送器。
作为优选，使所述催化剂旁路包括催化器容器、齿轮泵和单向阀，单向阀的入口端设有流量计、出口端与所述四通阀的一阀口连通。
为了提高压力控制效果，在所述注射管上设有压力变送器。
为了能够有效精准的控制系统内的温度，在所述稳压单元、温度均化单元、混合单元和注射管外均设有分段式加热器、温度变送器和可控硅调节器。
本发明在使用时将置于料斗内的树脂通过熔融输送单元加热熔融并输送至稳压单元处，熔体状态的树脂在稳压单元的作用下以稳定的压力往前输送至温度均化单元处，熔体本身在该处进行内部热交换使整个熔体的温度均匀稳定，温度均匀的熔体经过流量计后在混合单元内与催化剂混合后通过注射管输出，以实现整个过程的自动化，提高工作效率，并且由于催化剂和熔体的流量均可测，还可以实现熔体与催化剂的按比例混合。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例的布置示意图。
图2为本实施例中混合单元处的放大示意图。
图示序号：
1—料斗，
2—熔融输送单元、21—第一电机、22—料筒、23—输送螺杆、24—加热器，
3—稳压单元、31—熔体泵、32—第二电机、33—第一压力变送器，
4—温度均化单元、41—外壳、42—静态混合器，
5—混合单元，6—注射管，7—熔体流量计，8—四通阀，
9—催化剂旁路、91—催化剂容器、92—齿轮泵、93—第三电机、94—单向阀、95—催化剂流量计，
A—第二压力变送器，B—第三压力变送器，C—分段式加热器，D—温度变送器，E—可控硅调节器。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的这种原位聚合注射成型系统，它包括料斗1、熔融输送单元2、稳压单元3、温度均化单元4、混合单元5、注射管6、熔体流量计7、四通阀8和催化剂旁路9。
熔融输送单元2包括第一电机21、料筒22、输送螺杆23和加热器24，输送螺杆同轴布置于料筒内、一端与电机的输出端相连，加热器布置于料筒外，加热器采用电加热器，其加热温度沿料筒的径向自外向内递减以保证料筒内的树脂颗粒能够很好的从固态转变为熔融状态，并通过输送螺杆输送至稳压单元3中。
稳压单元3包括熔体泵31和控制其工作的第二电机32，熔体泵入口端设有第一压力变送器33用以监控该处的压力，第一压力变送器33将监测到的压力转化为电信号反馈至第一电机21处，以便于调控第一电机的转速，从而完成对熔体泵入口处压力的调节，使该处的压力保持在一定范围内，使熔融的树脂在压力可控的条件下泵至温度均化单元4中。
温度均化单元4包括外壳41和设置于外壳内的静态混合器42，静态混合器使熔融状态下的树脂重复混合，树脂内部能够进行充分的热交换；混合单元5也选用静态混合器；温度均匀的树脂通过熔体流量计7、四通阀8后进入混合单元与催化剂混合；催化剂由催化剂旁路9提供。
催化剂旁路9包括催化器容器91、齿轮泵92、第三电机93、单向阀94，单向阀的入口端设有催化剂流量计95、出口端与四通阀8的一阀口连通；第三电机控制齿轮泵工作，将容器内的催化剂泵入混合单元5中，并且泵入混合单元中的催化剂的流量通过催化剂流量计能够实时的监控，并且能够通过调节第三电机的转速来控制催化剂的流量，以实现催化剂与树脂在混合单元内按比例混合。流量计5对流过的高温熔融树脂的流量进行计量，对高温熔融树脂的流量控制有两种方式，可以利用熔体泵3的出入口压差进行控制，也可以通过控制熔体泵的电机转速来控制。
在整个流程中熔融树脂的流量和催化剂的流量可以在开机时设定为一定比例值。不同的比例值对应不同的原位聚合反应速度，对成型工艺有很大影响。可以通过控制第一电机和第三电机的转速来实现高温熔融树脂和催化剂比例为一定比例值。
四通阀8的一个阀口外安装有第二压力变送器A，可以对此处的压力进行监控，注射管6处安装有第三压力变送器B，可以对此处的压力进行监控，并可以通过控制第一电机的转速来控制以上两处的压力。
本实施例还可在在各部件和管道外均设置分段式加热器C、温度变送器D及可控硅调节器E以实现整个过程中树脂的温度精准可控。各部件处布置方式相同，混合单元处分段式加热器C、温度变送器D和可控硅调节器E布置方式如图2所示。
在原位聚合注射成型过程中，温度、流量和压力参数对成型过程具有至关重要的影响，合适的确定工艺参数可以提高生产效率，提高成型件的综合性能。
在使用过程中树脂从料斗进入熔融输送单元中，在该单元内树脂加热至熔融状态并输送至稳压单元中，熔体状态的树脂在稳压单元的作用下以稳定的压力往前输送至温度均化单元处，熔体本身在该处进行内部热交换使整个熔体的温度均匀稳定，温度均匀的熔体经过流量计后在混合单元内与催化剂混合后通过注射管输出，以实现整个过程的自动化，提高工作效率，并且由于催化剂和熔体的流量均可测，还可以实现熔体与催化剂的按比例混合。
本实施例可设定恒定压力和恒定流量两种工作模式，实现低分子热塑性树脂体系连续高效输送、按比例精确在线混合和注射，具有温度、压力精度可控，操作简单，稳定可靠的优点。
Claims (10)
1.一种原位聚合注射成型系统，其特征在于：它包括通过管道依次连通的料斗、熔融输送单元、稳压单元、温度均化单元、混合单元和注射管，温度均化单元与混合单元之间的通路上设有流量计，流量计与混合单元之间的通路上连通有流量可控的催化剂旁路。
2.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述熔融输送单元包括电机、料筒、输送螺杆和加热器，输送螺杆同轴布置于料筒内、一端与电机的输出端相连，加热器布置于料筒外。
3.根据权利要求2所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述加热器的加热温度沿料筒的径向自外向内递减。
4.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述稳压单元包括熔体泵和控制其工作的驱动电机，熔体泵入口端设有压力变送器。
5.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述温度均化单元包括外壳和设置于外壳内的静态混合器。
6.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述混合单元为静态混合器。
7.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述混合单元的入口端设有四通阀，四通阀的一阀口与所述流量计连通、一阀口与所述催化剂旁路连通、一阀口外设有压力变送器。
8.根据权利要求7所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述催化剂旁路包括催化器容器、齿轮泵和单向阀，单向阀的入口端设有流量计、出口端与所述四通阀的一阀口连通。
9.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述注射管上设有压力变送器。
10.根据权利要求1所述的原位聚合注射成型系统，其特征在于：所述稳压单元、温度均化单元、混合单元和注射管外均设有分段式加热器、温度变送器和可控硅调节器。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180330 |