CN108327318B - 高性能弯曲拉挤型材的生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高性能弯曲拉挤型材的生产装置，包括纱架、导纱器、去湿装置、导辊、综合反应模具、牵引装置和切割装置，纱架包括纱架一和纱架二，纱架一和纱架二上都设置有纱线，纱线依次通过导纱器、去湿装置和导辊后进入综合反应模具内的通道，纱架、导纱器、去湿装置、导辊、综合反应模具、牵引装置和切割装置依次设置。本发明还提供一种高性能弯曲拉挤型材的生产方法，纱架一和纱架二上的纱线依次经过导纱器、去湿装置、导辊、综合反应模具、牵引装置和切割装置，成为弯曲拉挤型材。本发明运用了去湿装置，对浸胶以及成型之前的纤维进行了去湿，从而有效地减少了后续工艺中材料的含水率，提高了产品的品质。

Description

高性能弯曲拉挤型材的生产装置及方法

技术领域

本发明涉及一种弯曲拉挤型材的加工方法，具体为一种高性能弯曲拉挤型材的生产装置及方法。

背景技术

拉挤型材是由纤维粗纱(如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等)或其织物在外力牵引下，经过树脂(如聚氨酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂)浸胶、挤压成型、加热固化、卷绕或定长切割，连续生产复合材料线型制品的一种方法。它可以用于连续化生产断面形状固定不变的复合材料制品，其生产工艺具有如下特点：一、工艺简单、可以连续化生产，拉挤型材的速度最高可以达到4m/min以上，生产效率高；二、拉挤过程中，纤维都是连续呈充分伸直状态，纤维的力学性能达到充分发挥，因此赋予了型材优异的拉伸和弯曲性能。

目前，拉挤工艺按照树脂浸渍方式不同，可以分为开放式拉挤和注塑拉挤两种，但是这两种拉挤工艺主要用来生产直线的拉挤型材，而目前汽车、结构用建材、体育休闲等领域却越来越多的需要弯曲的拉挤型材，如汽车弓形板簧、弓箭、桥梁横梁、空客机仓骨架、航天飞行器内骨架等器材。

据了解，目前拉挤厂家主要生产直线型拉挤型材，缺少经济实用的弯曲拉挤型材的制造工艺，在很大程度上限制了复合材料型材在工业领域的应用。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的高性能弯曲拉挤型材的生产装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高性能弯曲拉挤型材的生产装置，包括纱架、导纱器、去湿装置、导辊、综合反应模具、牵引装置和切割装置；

所述纱架包括纱架一和纱架二；所述纱架一和纱架二上都设置有纱线；

所述纱线依次通过导纱器、去湿装置和导辊后进入综合反应模具内的通道；

所述纱架、导纱器、去湿装置、导辊、综合反应模具、牵引装置和切割装置依次设置。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产装置的改进：综合反应模具包括依次连通的预成型区、加热区和冷却区。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产装置的进一步改进：所述预成型区、加热区和冷却区内的通道为弧形通道。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产装置的进一步改进：所述预成型区连接有注塑装置。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产装置的进一步改进：所述注塑装置包括两个内含不同树脂的注塑罐，两个注塑罐通过管道连接后与预成型区内的通道连通。

本发明还提供一种高性能弯曲拉挤型材的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将纱架一和纱架二上的纱线通过导纱器引出，合成一束纱线，穿过去湿装置去湿，然后由导辊引入预成型区；

2)、经过去湿的纱线经过预成型区，在预成型区中加热去除纱线中的水分，注塑装置的两个注塑罐中树脂通过管道汇合成双组份树脂注入预成型区，加入到纱线上，混合后的树脂浸润纱线；

3)、接着预热后的纱线和双组份树脂经过加热区，在加热区中双组份树脂与纱线在高温下相互反应固化成型，形成带有温度的弯曲拉挤型材；

4)、然后带有温度的弯曲拉挤型材，在经过冷却区进行冷却，形成最终的弯曲型材；

5)、最后弯曲型材经过切割装置，由切割装置切割成所需长度或卷绕收卷成型。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产方法的改进：纱架一和纱架二上纱线的张力都为0.4kN～4.5kN；纱架一上纱线的张力比纱架二上纱线的张力大0.5kN。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产方法的进一步改进：预成型区的温度为50℃～100℃，加热区的温度为110℃～200℃，冷却区的温度为60℃～80℃。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产方法的进一步改进：去湿装置的去湿温度为35℃～85℃。

作为对本发明高性能弯曲拉挤型材的生产方法的进一步改进：预成型区包括依次设置的第一部分和第二部分，预成型区第一部分的温度为50℃～100℃，预成型区第二部分的温度为110℃～200℃。

本发明高性能弯曲拉挤型材的生产装置及方法的技术优势为：

(1)本发明运用了去湿装置，对浸胶以及成型之前的纤维进行了去湿，从而有效地减少了后续工艺中材料的含水率，提高了产品的品质；

(2)本发明的上胶过程采用的是封闭式注胶，不同于传统的开放式浸胶，同时结合真空辅助工艺，更加有效地降低了产成品的气孔率，同时，由于胶液是持续不断注入的，所以可以有效地解决传统工艺中大量存在的“新旧胶”问题；

(3)本发明将传统的预成型、成型、浸胶等工艺统一结合在了一个模具(综合反应模具)中，巧妙地提高了制备效率，较好地减少了原料浪费以及环境污染；

(4)综合反应模具的外部壳体根据内部弯曲通道曲率来设定，从而节约了制备模具所需要的材料，降低了成本，减少了模具占地面积，节省了空间。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明高性能弯曲拉挤型材的生产装置的结构示意图；

图2为加热区8与注塑装置10配合使用的结构示意图；

图3为弯曲型材13的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、高性能弯曲拉挤型材的生产装置，如图1-3所示，被用于加工弯曲型材13，包括纱架、导纱器4、去湿装置5、导辊6、综合反应模具15、牵引装置11和切割装置12。

纱架、导纱器4、去湿装置5、导辊6、综合反应模具15、牵引装置11、切割装置12沿着需要形成的弯曲型材13长度方向依次设置。

纱架包括纱架一1和纱架二2，纱架一1位于需要形成的弯曲型材13向内弯曲一侧，纱架二2位于弯曲型材13向外弯曲一侧，纱架一1和纱架二2上都放置了纱线筒子，纱线3由纱架上的筒子提供。

纱线3采用的纤维材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维。

去湿装置5能去除纱线3中含有的水分，降低纱线3的含水率。

导辊6能对两股纱线3起到固定作用。

综合反应模具15中包括预成型区7、加热区8和冷却区9，预成型区7、加热区8和冷却区9沿着需要形成的弯曲型材13长度方向依次设置。综合反应模具15的内部通道为弧形，即为预成型区7、加热区8和冷却区9之间设置有相互连通的弧形通道。预成型区7包括预成型区7第一部分和预成型区7第二部分，预成型区7第一部分和预成型区7第二部分沿着需要形成的弯曲型材13长度方向依次设置(预成型区7第一部分位于首端，预成型区7第二部分位于其尾端，两者相连)，预成型区7第一部分的温度控制在50℃～100℃；预成型区7第二部分的温度控制在110℃～200℃。注塑装置10与预成型区7首端(预成型区7第一部分的首端)连接，注塑装置10包括含有两个注塑罐14(两个注塑罐14通过管道连接与预成型区7内的通道连通)，两个注塑罐14中含有注塑所需的双组份树脂(两个注塑罐14各自含有一种组分)。注塑装置10能将双组份树脂加入到综合反应模具15的预成型区7中，与通过其的纱线3浸润混合。综合反应模具15的内部通道为弧形，综合反应模具15的内部通道的曲率根据需要的弯曲型材13的曲率来设定。

纱线3穿过去湿装置5后进入综合反应模具15(预成型区7、加热区8和冷却区9)。

牵引装置11能带动纱线3以及纱线3形成的弯曲型材13移动，具体为牵引装置11带动弯曲型材13移动，弯曲型材13能带动还未与树脂固化的纱线3移动。

切割装置12可以对弯曲型材13进行相应切割。

在需要成型的纱线3，上下两端各设置一个导纱器4、导辊6；在弯曲型材13，设置牵引装置11和切割装置12。

本发明高性能弯曲拉挤型材的生产方法：

1)、根据弯曲型材13横截面积和所用纱线3线密度计算所需的锭数，将一半纱线3挂在纱架一1，另一半纱线3挂在纱架二2。

2)、将纱架一1和纱架二2上的纱线3通过导纱器4引出，合成一束纱线3，穿过去湿装置5去湿，然后由导辊6引入综合反应模具15，去湿温度控制在35℃～85℃(具体温度应依纱线3的纤维材料种类不同而定，原则上不能破坏纱线3自身结构和性能，取去湿效率最高的温度)；纱架一1和纱架二2控制每束纱线3的纤维的张力均匀，纱架一1和纱架二2上纱线3的张力控制在0.4kN～4.5kN之间，纱架一1和纱架二2都以相同速度匀速放纱，形成的弯曲型材13需要往纱架一1一侧方向弯曲，故调节纱架一1上纱线3张力比纱架二2大0.5kN左右(可视待加工的材料不同而决定)。

3)、经过去湿的纱线3经过综合反应模具15的预成型区7，注塑装置10将两个注塑罐14中含有的双组份树脂通过加热区7首端(预成型区7第一部分的开始部分)加入到纱线3上，使得双组份树脂充分浸润纱线3，预成型区7第一部分温度为50℃～100℃，去除纱线3中的水分；预成型区7第二部分温度为110℃～200℃，去除纱线3的水分，并使纱线3的温度接近加热区8的温度，经过去湿的纱线3和混合后的树脂充分浸润；

4)、经过预热后的纱线3和双组份树脂运动到综合反应模具15的加热区8，加热区8的温度与预成型区7第二部分相同，双组份树脂与纱线3充分浸润后，在加热区8反应固化，形成带有温度的弯曲拉挤型材13；

5)、带有温度的弯曲拉挤型材13，在牵引装置11的作用下运动到冷却区9，冷却区9的温度控制在60℃～80℃，带有温度的弯曲拉挤型材13经过冷却区域进行冷却；

整个综合反应模具15的温度控制也应结合双组份树脂的固化温度来确定。

6)、弯曲型材13在牵引装置11的作用下从综合反应模具15中出来，然后经过切割装置12，弯曲型材13可以根据长度要求由切割装置12切割成所需长度或卷绕收卷成型。

本发明增加了去湿装置5，除去纱线3的水分；本发明通过综合反应模具15内部通道弧度的精确设计以及纱架一1和纱架二2的张力控制，使得到的弯曲型材13曲率精确且弯曲型材13成品的气孔率更低。采用本发明得到的弯曲型材的气孔率＜5％，而使用现有技术得到的弯曲型材气孔率大于20％。采用本发明得到的弯曲型材13每一段的曲率都均匀一致，均匀性≥98％，而使用现有技术得到的弯曲型材均匀性低于85％。

对比例1.1：将实施例1中改为纱架一1和纱架二2的张力相等，其余等于实施例1，进行对比例1.1；

采用此工艺生产的弯曲型材13，弯曲型材13内外侧纤维的张力不一致，内侧纤维张力小于外侧，内侧纤维没有充分拉直排列，而纤维弯曲和拉伸力学性能主要与纤维垂直度有关，纤维垂直度越高，力学性能越好，因此，对比例1.1得到的弯曲型材13力学性能较差。

对比例1.2：将实施例1中改为纱架一1上纱线3张力比纱架二2小于0.2kN，其余等于实施例1，进行对比例1.2；

纱架1上的张力小于纱架二，导致弯曲型材13内侧的纤维张力过小，纤维没有充分拉伸排列，材料的力学性能极差，同时，因为内侧纤维张力小还有可能产生弯曲折皱，还将影响产品外观质量，更严重的是，纤维有可能堵在综合反应模具15进口导致模具堵塞，工艺生产无法连续。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.高性能弯曲拉挤型材的生产方法，其特征在于：

所用的生产装置包括纱架、导纱器(4)、去湿装置(5)、导辊(6)、综合反应模具(15)、牵引装置(11)和切割装置(12)；

所述纱架包括纱架一(1)和纱架二(2)；所述纱架一(1)和纱架二(2)上都设置有纱线(3)；纱架一(1)位于需要形成的弯曲型材(13)向内弯曲一侧，纱架二(2)位于弯曲型材(13)向外弯曲一侧；

所述纱线(3)依次通过导纱器(4)、去湿装置(5)和导辊(6)后进入综合反应模具(15)内的通道；

所述综合反应模具(15)包括依次连通的预成型区(7)、加热区(8)和冷却区(9)；

所述纱架、导纱器(4)、去湿装置(5)、导辊(6)、综合反应模具(15)、牵引装置(11)和切割装置(12)依次设置；

所述预成型区(7)、加热区(8)和冷却区(9)内的通道为弧形通道；

所述预成型区(7)连接有注塑装置(10)；所述注塑装置(10)包括两个内含不同树脂的注塑罐(14)，两个注塑罐(14)通过管道连接后与预成型区(7)内的通道连通；

生产方法包括以下步骤：

1)、将纱架一(1)和纱架二(2)上的纱线(3)通过导纱器(4)引出，合成一束纱线(3)，穿过去湿装置(5)去湿，然后由导辊(6)引入预成型区(7)；

纱架一(1)和纱架二(2)上纱线(3)的张力都为0.4kN～4.5kN；纱架一(1)上纱线(3)的张力比纱架二(2)上纱线(3)的张力大；

2)、经过去湿的纱线(3)经过预成型区(7)，在预成型区(7)中加热去除纱线(3)中的水分，注塑装置(10)的两个注塑罐(14)中树脂通过管道汇合成双组份树脂注入预成型区(7)，加入到纱线(3)上，混合后的树脂浸润纱线(3)；

3)、接着预热后的纱线(3)和双组份树脂经过加热区(8)，在加热区(8)中双组份树脂与纱线(3)在高温下相互反应固化成型，形成带有温度的弯曲拉挤型材(13)；

4)、然后带有温度的弯曲拉挤型材(13)，在经过冷却区(9)进行冷却，形成最终的弯曲型材(13)；

5)、最后弯曲型材(13)经过切割装置(12)，由切割装置(12)切割成所需长度或卷绕收卷成型。

2.根据权利要求1所述的高性能弯曲拉挤型材的生产方法，其特征在于：预成型区(7)的温度为50℃～100℃，加热区(8)的温度为110℃～200℃，冷却区(9)的温度为60℃～80℃。

3.根据权利要求2所述的高性能弯曲拉挤型材的生产方法，其特征在于：去湿装置(5)的去湿温度为35℃～85℃。

4.根据权利要求3所述的高性能弯曲拉挤型材的生产方法，其特征在于：预成型区(7)包括依次设置的第一部分和第二部分，预成型区(7)第一部分的温度为50℃～100℃，预成型区(7)第二部分的温度为110℃～200℃。

Images