CN108890951B - 一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备及工艺 - Google Patents

一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备及工艺，设备包括驱动装置、加热系统、伺服定厚系统、冷却系统和电气控制系统，实现加热、定厚、冷却的功能，达成连续化的生产目标；工艺为基于上述设备，进行210～230℃的加热温度设置、0.5～3m/min的运转速度设置、0.5～4mm的厚度损耗值设置和水风混合喷淋冷却；使泡沫芯材表面的一定厚度热熔损耗并再结晶，从而实现上下表面的同时封孔。该方法在不改变泡沫芯材的机械性能的前提下，实现泡沫芯材在复合材料真空灌注工艺中，树脂在泡沫芯材上下表面的吸收量下降，由未封孔的两个表面树脂吸胶量1300～1900g/m2，下降到封孔后的两个表面树脂吸胶量400～900g/m2。

Description

一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备及工艺
技术领域
本发明涉及泡沫芯材加工技术领域，具体为一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备及工艺。
背景技术
泡沫芯材聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，有良好的耐热性及静动态力学性能，为闭孔发泡材料，但由于发泡技术的限制，其泡孔尺寸一般较大，而传统厚度切割一般采用横切带锯，在泡沫切割后的表面会产生开孔且孔径较大，树脂的吸收主要发生在芯材的切割暴露面上，树脂会填平暴露的粗糙表面，由此导致树脂吸收量增加，对最终产品带来重量及成本的挑战。
传统工艺上，面临无法封孔的问题，本发明是通过改进泡沫芯材表面的加工的设备及选取适当的工艺参数，来实现表面的封孔效果，满足产品轻量化及低成本的趋势，使用双带压机设备实现连续化封孔生产，同时达到更高的加工精度，提升产能。
随着复合材料应用的发展，泡沫夹芯结构是目前及未来结构减重最具潜力的方向，而传统聚氯乙烯(PVC)泡沫由于耐温性及环保回收问题，在高温固化体系中无法展现优点，取而代之，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)由于更高的工艺温度和可回收性成为当下最为热门的三明治结构芯材。而实际产品厚度千差万别，一般均需要对PET厚度进行切割。
泡沫芯材的厚度切割，普遍采用以下几种方式：
1)横切带锯：采用循环运转的带锯片来切割泡沫厚度，切割速度0～1.5m/min，锯片宽度10mm：锯片厚度1.25mm：，切割精度为+/-0.25mm，如若切割密度较高的泡沫芯材，切割的阻力及切割热量汇聚，会导致带锯片的软化，从而带来波浪抖动，无法达到更高精度的要求。而且加工后的表面，微观显微下可明显观察到开孔结构，试验验证表明，此开孔会聚集吸收树脂，带来平板吸胶量的增加。
2)热丝切割：热丝切割是利用电热丝发热来达到切割目的，电热丝切割机目前主要应用与泡沫，海绵，滤网，化纤布，编织袋等的切割。主要采用镍镉电热丝，直径选取在0.40mm～0.80mm之间。机器采用型钢焊接，一般采用直线导轨+滚珠丝杆传动，不但保证传动精度更有效保证机器的使用寿命；使用电机控制，保证切割精度和切割任意图形的要求，可多达20根切割丝可同时切割相同形状制品；切割速度介于50-149mm/min。
此加工方式会有两个弊端：
A.切割速度过慢，对比与横切据1000～1500mm/min切割速度，热丝切割无法满足大批量生产供货的要求；
B.如何控制加工成品的厚度会是巨大的挑战，热丝在大电流状态下，较高的温度会将泡沫芯材熔融，厚度损耗值随热丝的直径，进料速度及环境温度都会有较大差异，无法实现精准控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备，包括驱动装置、加热系统、伺服定厚系统、冷却系统和电气控制系统，所述驱动装置包括张紧端轮毂、驱动端轮毂和机架，在上方的张紧端轮毂和驱动端轮毂之间套装运转有上传送压带，在下方的张紧端轮毂和驱动端轮毂之间套装运转下传送压带；沿着驱动装置的运转方向自前至后依次安装有加热系统、伺服定厚系统和冷却系统，所述加热系统、伺服定厚系统以及冷却系统的功能部件均置于上传送压带或下传送压带的背面。
作为本发明进一步的方案：所述加热系统包括预热区组件和加热区组件，预热区组件包括内部充注循环热油的预热张进轮毂，预热张进轮毂的圆周紧贴上传送压带或下传送压带的背面；所述加热区组件包括内部通入导热油的加热对辊，加热对辊采用夹套结构，加热对辊的圆周紧贴上传送压带或下传送压带的背面。
作为本发明进一步的方案：所述伺服定厚系统包括挤压对辊以及用于检测出料端泡沫芯材厚度的自动检测装置，所述机架内部安装有对称分布的伺服液压油缸，所述伺服液压油缸的输出端连接有第一辊座，第一辊座与挤压对辊的两端转动连接，挤压对辊的圆周紧贴上传送压带或下传送压带的背面。
作为本发明进一步的方案：所述冷却系统包括若干对的冷却对辊、冷却风机、喷雾水装置以及对辊间距调节机构，在冷却对辊的中间区域安装有若干冷却风机，每个冷却风机的风口均安装有喷雾水装置，所述机架内部安装有对称分布的对辊间距调节机构，对辊间距调节机构的输出端连接有第二辊座，第二辊座与挤压对辊的两端转动连接，所述冷却对辊的圆周紧贴上传送压带或下传送压带的背面。
作为本发明进一步的方案：所述电气控制系统包括液压控制系统、电控传动系统、温区控制系统和厚度检测调节系统。
一种用上述设备进行孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，通过加热、定厚和冷却的步骤，使泡沫芯材的上表面和下表面出现热熔损耗并再结晶，实现泡沫芯材的上表面和下表面的封孔，具体工艺步骤和工艺参数设置如下：
S1、板材加工：泡沫芯材标准原料块体经由横切带锯切割设备进行厚度方向切割，形成两个平行、规则的相对表面，加工后，泡沫芯材板材厚度介于0～120mm；
S2、送料：常温下的泡沫芯材板材经送料装置的送料，平铺在前端工作台面，经由送料装置沿泡沫芯材板材的长度或者宽度方向送料到双带压机的张紧端轮毂处；
S3、预热：送料后的泡沫芯材板材在上传送压带和下传送压带的运转下进入预热区域，通过上、下分布的预热张进轮毂对泡沫芯材板材进行预热处理，预热温度设定为180～200℃；上传送压带和下传送压带的运转速度设置为0.5～3米/分钟；
S4、加热：预热处理后的泡沫芯材板材在上传送压带和下传送压带的运转下，进入加热区域，通过上、下分布的数对加热对辊对泡沫芯材板材进行加热处理，使得泡沫芯材板材表面达到热变形温度而产生部分热熔；加热温度设定为210～230℃，同时保证泡沫芯材板材的上表面和下表面的温差不超过2℃；
S5、定厚：加热处理后的泡沫芯材板材在上传送压带和下传送压带的运转下进入定厚区域，通过厚度检测调节系统设定具体的厚度值，伺服液压油缸启动工作，调节挤压对辊的间距，自动检测装置检测出料端泡沫芯材板材的厚度，并反馈给厚度检测调节系统，来精准实现泡沫芯材板材的定厚控制；厚度值设置为板材封孔后的目标厚度加上厚度损耗值，泡沫芯材板材的厚度损耗值设定为0.5～4mm；
S6、冷却：定厚处理后的泡沫芯材板材在上传送压带和下传送压带的运转下进入冷却区域，采用冷却风机的吹风和喷雾水装置的喷雾水对上传送压带和下传送压带带面进行冷却；
S7、修边：泡沫芯材板材经过冷却区域后，完成封孔，对封孔后的泡沫芯材板材进行修边裁切。
作为本发明进一步的方案：所述泡沫芯材为闭孔发泡的挤出热塑性泡沫，选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，泡沫芯材的密度为60-300Kg/m3，泡沫芯材板材厚度为0-120mm，带有焊缝或不带有焊缝。
作为本发明进一步的方案：所述泡沫芯材上表面和下表面均会铺设纤维增强材料，灌注时，树脂浸润纤维和泡沫芯材表面，泡沫芯材表面会吸附树脂直至固化，吸胶量即为树脂固化后在泡沫芯材上表面和下表面的面内吸附量。
作为本发明进一步的方案：所述泡沫芯材上表面和下表面达到接近泡沫芯材材质的热变形温度，控制受热的时间，再经过定厚冷却，使泡沫芯材上表面和下表面的一定厚度热熔损耗并再结晶，从而实现上表面和下表面的封孔。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中加工后的泡沫芯材板材表面未经打磨及其他表面处理。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S2中经由送料装置沿板材的长度或者宽度方向送料到双带压机张紧端轮毂，送料装置选为履带式送料或其他自动或半自动或简易人工送料装置。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S3中将送料后的泡沫芯材板材送入双带压机的张紧端轮毂，在钢带或特氟龙带的运转下进入预热区域，对泡沫芯材板材进行预热处理。
作为本发明进一步的方案：所述预热不设置压力及厚度，张紧端轮毂对钢带或特氟龙带上表面和下表面进行施热，钢带或特氟龙带运转速度设置为0.5-3米/分钟。
作为本发明进一步的方案：所述钢带或特氟龙带运转速度设置为1-2米/分钟。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S4中的加热辊可由IR红外装置替代。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S4中加热区域温度设定为220-225℃。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S5中泡沫芯材的厚度损耗值为1-3mm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S6中选用常温水冷，0～5摄氏度低温水冷。
作为本发明进一步的方案：所述泡沫芯材板材用于生产纤维增强树脂基复合材料板材，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维和硼纤维及其制品，所述树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂和环氧树脂。
作为本发明进一步的方案：所述封孔后的泡沫芯材表面树脂吸胶量由未封孔的两个表面1300-1900g/m2，下降到封孔后的两个表面树脂吸胶量400-900g/m2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在加工时，将原料从左端送入，上下钢带或特氟龙带的运转下，共同作用将原料向前输送，原料经过预热装置处，张紧端轮毂工作，将原料升温后向前输送进入加热装置处，向加热对辊中通入导热油，将温度控制在210-230℃，由于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫的熔点介于250-255℃，而加热温度的选择决定泡沫芯材表面熔融的效果；过低的加热温度无法达到表面熔融；过高的加热温度会导致熔融过度且泡沫尺寸变化较大，会产生长度及宽度方向的伸展，这也是产品稳定生产的大忌，因此，较为合适的温度选择将会影响最终产品的质量，原料继续输送进入定厚装置中，液压缸工作，带动钢带之间的距离减小，对原料进行定厚，热熔再结晶会产生厚度的折损，而泡沫芯材封孔技术恰恰利用厚度的折损来实现，因此厚度的设定极为关键，不同的厚度损耗值也会导致不同的封孔效果。厚度损耗值是泡沫芯材板材进入双带压机前及出料后的厚度变化差值。较低的厚度损耗值，会降低表面熔融结晶的效果，结晶层厚度变薄，吸胶量较高。但较高的厚度损耗值设定虽会显著带来吸胶量的降低，但是厚度的折损，会对材料带来夹芯复合材料面层和芯材之间剥离强度的下降，和材料成本的增加，所以也不是最佳的选择，因此，我们推荐0.5-4mm会达到更理想的效果，定厚完成后，继续输送进入冷却装置中，喷雾头从上下两个方向喷水，对钢带或特氟龙带进行降温，带面再对泡沫芯材上下表面冷却。本发明为一种用于泡沫芯材表面封孔的设备及工艺，通过设置预热装置、加热装置、定厚装置和冷却装置等，达到了降低树脂吸收量的效果，解决了传统工艺上的无法封孔的问题。
附表说明
表1为吸胶量测试结果；
表2为不同厚度损耗值对应剥离强度的测试结果。
附图说明
图1为泡沫芯材板材未封孔正面显微结构图；
图2为泡沫芯材板材封孔后正面显微结构图；
图3为泡沫芯材板材未封孔侧面显微结构图；
图4为泡沫芯材板材封孔后侧面显微结构图；
图5为本发明设备的结构示意图；
图6为本发明设备中伺服定厚系统结构示意图；
图7为本发明设备中冷却系统结构示意图；
图8为封孔后泡沫芯材板材的吸胶量测试示意图；
图9为封孔后泡沫芯材板材的滚筒剥离测试示意图；
图10为泡沫芯材板材的显微结构布置图；
图11为泡沫芯材板材的滚筒剥离测试样品加工示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图5～7，本发明提供一种技术方案：一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的设备，包括驱动装置、加热系统、伺服定厚系统、冷却系统和电气控制系统，驱动装置包括张紧端轮毂1、驱动端轮毂2和机架3，在上方的张紧端轮毂1和驱动端轮毂2之间套装运转有上传送压带4，在下方的张紧端轮毂1和驱动端轮毂2之间套装运转下传送压带5；上传送压带4可采用钢带或特氟龙带，下传送压带5可采用钢带或特氟龙带；上传送压带4和下传送压带5均保持连续运转，沿着驱动装置的运转方向自前至后依次安装有加热系统6、伺服定厚系统7和冷却系统8，所述加热系统6、伺服定厚系统7以及冷却系统8的功能部件均置于上传送压带4或下传送压带5的背面，由上传送压带4或下传送压带5进行热量及力的传递。
可优选地，所述加热系统6包括预热区组件和加热区组件，预热区组件包括内部充注循环热油的预热张进轮毂，预热张进轮毂的圆周紧贴上传送压带4或下传送压带5的背面，预热通过热油循环加热，即预热张进轮毂里充注热油循环来对钢带或特氟龙带预热，进而实现对泡沫芯材板材16表面的预热；所述加热区组件包括内部通入导热油的加热对辊9，加热对辊9采用夹套结构，加热对辊9的圆周紧贴上传送压带4或下传送压带5的背面。加热对辊9采用夹套结构，通导热油为加热对辊9进行加热并传热至钢带或特氟龙带表面，再经由带面传至泡沫芯材板材16的上表面10和下表面11，实现传热，达到对泡沫芯材板材表面的加热，所有加热对辊9均安装驱动，与钢带或特氟龙带保持同步运转，防止摩擦带面。
可优选地，所述伺服定厚系统7包括挤压对辊13以及用于检测出料端泡沫芯材厚度的自动检测装置，所述机架3内部安装有对称分布的伺服液压油缸12，所述伺服液压油缸12的输出端连接有第一辊座，第一辊座与挤压对辊13的两端转动连接，挤压对辊13的圆周紧贴上传送压带4或下传送压带5的背面。通过液压控制系统施力于挤压对辊13，调节挤压对辊13的间距，从而来控制上传送压带4和下传送压带5之间的距离，泡沫芯材产品的厚度由上传送压带4和下传送压带5之间的距离来定型；此液压控制系统可实时监控产品厚度并自动进行压力调整。
优选的，所述冷却系统7包括若干对的冷却对辊14、冷却风机、喷雾水装置15以及对辊间距调节机构，在冷却对辊14的中间区域安装有若干冷却风机，每个冷却风机的风口均安装有喷雾水装置15，所述机架3内部安装有对称分布的对辊间距调节机构，对辊间距调节机构的输出端连接有第二辊座，第二辊座与挤压对辊13的两端转动连接，所述冷却对辊14的圆周紧贴上传送压带4或下传送压带5的背面。
工作时，冷却风机启动，风混合喷雾水直淋钢带或特氟龙带背面，对带面实现快速冷却，再经由钢带或特氟龙带面的降温来冷却泡沫芯材板材16的上表面10和下表面11，达到产品冷却要求；同时所有冷却对辊14均安装有驱动，与钢带或特氟龙带保持同步运转；对辊间距调节机构可采用作为升降的伺服液压缸或滚珠丝杆组件，对辊间距调节机构可精准控制冷却对辊14的间距，保证钢带或特氟龙带与泡沫芯材板材16表面充分接触，达到更佳的冷却效果；
优选的，所述电气控制系统包括液压控制系统、电控传动系统、温区控制系统和厚度检测调节系统，这些系统可采用现有技术中的系统布置；所有驱动及控制元件均安装于主电控柜中，通过现场操作面板进行钢带或特氟龙带的速度控制、加热区域的温度设定、压力调节、泡沫芯材板材定厚设置和出料端板材厚度的在线自动监测和调节等；下述工艺参数设定均适用于操作面板的参数输入设置。
一种用上述设备进行孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，通过加热、定厚和冷却的步骤，使泡沫芯材的上表面10和下表面11达到接近泡沫芯材材质的热变形温度，控制受热的时间，再经过定厚冷却，使泡沫芯材的上表面10和下表面11的一定厚度热熔损耗并再结晶，从而实现泡沫芯材上表面10和下表面11的封孔。该方法在不改变泡沫芯材的机械性能的前提下，实现泡沫芯材在复合材料真空灌注工艺中，树脂在泡沫芯材上表面10和下表面11的吸收量下降：具体工艺步骤和工艺参数设置如下：
S1、板材加工：泡沫芯材标准原料块体经由横切带锯等切割设备进行厚度方向切割，形成两个平行、规则的相对表面，加工后泡沫芯材板材16厚度介于0～120mm，表面未经打磨及其他表面处理；
S2、送料：常温下的泡沫芯材板材16经送料装置的送料，平铺在前端工作台面，经由送料装置沿板材的长度或者宽度方向送料到双带压机的张紧端轮毂1处，送料装置一般为履带式送料或其他自动或半自动或简易人工送料装置；
S3、预热：送料后的泡沫芯材板材16在钢带或特氟龙带的运转下进入预热区域，对泡沫芯材板材进行预热处理，预热温度设定为180～200℃，预热不设置压力及厚度，预热张进轮毂分别对上传送压带4和下传送压带5进行施热，然后，传热到泡沫芯材板材16的上表面10和下表面11；上传送压带4和下传送压带5的运转速度设置为0.5～3米/分钟，可进一步优选为1～2米/分钟；
S4、加热：预热处理后的泡沫芯材板材16在上传送压带4和下传送压带5的运转下，进入加热区域，通过上、下分布数对加热对辊9对钢带或特氟龙带表面加热进行加热处理，也可采用IR红外装置对钢带或特氟龙带表面加热，由钢带或特氟龙传热到泡沫芯材板材16表面，使得泡沫芯材板材16表面达到热变形温度而产生部分热熔；加热区域温度设定为210～230℃，可进一步的优选为220～225℃，同时保证泡沫芯材的上表面10和下表面11的温差不超过2℃，保证更好的表面封孔效果；
S5、定厚：加热处理后的泡沫芯材板材16在钢带或特氟龙带运转下进入定厚区域，通过厚度检测调节系统设定具体的厚度值，伺服液压油缸12启动工作，调节挤压对辊13的间距，自动检测装置检测出料端泡沫芯材板材16的厚度，并反馈给厚度检测调节系统，来精准实现泡沫芯材板材16的定厚控制；厚度值设置为板材封孔后的目标厚度加上厚度损耗值，泡沫芯材板材16的厚度损耗值一般为0.5～4mm，可进一步的优选为1～3mm；厚度损耗值是泡沫芯材板材16进入双带压机前及出料后的厚度变化差值。
S6、冷却：定厚处理后的泡沫芯材板材16在钢带或特氟龙带运转下进入冷却区域，采用冷却风机的吹风和喷雾水装置15的喷雾水对上传送压带4和下传送压带6带面进行冷却，喷雾水一般选用常温水，也可以采用0～5℃的低温水；
S7、修边：泡沫芯材板材16经由冷却区后，完成封孔，由于加热会产生板材一定程度的长度及宽度的膨胀，所以需要对封孔后的泡沫芯材板材16进行修边裁切；
其中，所述泡沫芯材板材16为闭孔发泡的挤出热塑性泡沫，尤其适用于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，泡沫芯材的密度为60～300Kg/m3，泡沫芯材板材16厚度为0～120mm，带有焊缝或不带有焊缝；
所述的泡沫芯材板材16适用于真空灌注成型工艺，泡沫芯材板材16的上表面10和下表面11均匀铺设纤维增强材料，灌注时，树脂浸润纤维增强材料和泡沫芯材板材16的表面，泡沫芯材板材16表面会吸附树脂直至固化，吸胶量即为树脂固化后在泡沫芯材板材16的上表面10和下表面11的面内吸附量。
泡沫芯材板材16均用于生产纤维增强树脂基复合材料板材，所述的纤维增强材料为玻璃纤维、碳纤维和硼纤维及其制品，所述的树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂和环氧树脂；
封孔后的泡沫芯材表面树脂吸胶量由未封孔的两个表面1300～1900g/m2，下降到封孔后的两个表面树脂吸胶量400～900g/m2。
本发明的工作原理是：在加工时，将原料从送料端送入，在上传送压带4和下传送压带6的运转下，共同作用将原料向前输送，原料经过预热装置，预热张进轮毂进行预热，将原料升温后向前输送进入加热装置，向加热对辊9中通入导热油，将温度控制在210～230℃，由于泡沫芯材的熔点介于250～255℃，而加热温度的选择决定泡沫表面熔融的效果；过低的加热温度无法达到表面熔融；过高的加热温度会导致熔融过度且泡沫芯材尺寸变化较大，会产生长度及宽度方向的伸展，这也是产品稳定生产的大忌，因此，较为合适的温度选择将会影响最终产品的质量；
原料继续输送进入伺服定厚系统中，伺服液压油缸12工作，调节挤压对辊13的距离，进而调节上传送压带4和下传送压带6的间距，对原料进行定厚，热熔再结晶会产生厚度的折损，而泡沫芯材封孔技术恰恰利用厚度的折损来实现，因此，厚度的设定极为关键，不同的厚度损耗值也会导致不同的封孔效果。较低的厚度损耗值，会降低表面熔融结晶的效果，结晶层厚度变薄，吸胶量较高。但较高的厚度损耗值设定虽会显著带来吸胶量的降低，但是厚度的折损，会对材料带来成本的增加，也不是最佳的选择，因此，推荐厚度损耗值为0.5～4mm，会达到更理想的效果，定厚完成后，继续输送进入冷却系统中，有喷雾水装置15的喷雾头呈上、下两个方向喷水，对钢带或特氟龙带进行降温，再由带面间接对泡沫芯材板材16上下表面冷却，完成封孔。
本发明工艺采用双钢带压机或特氟龙带压机进行表面封孔处理，在实际验证中，双钢带压机或特氟龙带压机均能获得较为理想的泡沫芯材表面封孔效果。
双钢带压机/特氟龙带压机说明：与传统的间歇式压机不同，连续式带式压机可在全部有效长度上，以固定的压力和温度来操作，生产出的产品除尺寸跨度大外，还能消耗更少的热能及电能。连续式生产方式能极大提高生产效率，尽可能地消除无效工作时间。连续式带式压机系统能广泛应用在高强度复合新材料、工程塑料、人造大理石、纤维板、橡胶地板、工业层压板、瓷砖等建材、航空航天、高铁动车、汽车内饰等行业。
双钢带压机的结构原理：(1)包含自动送料装置、热熔复合工位、热压定厚功能、冷却定型等过程；(2)产品的厚度取决于上钢带和下钢带之间的距离定型；侧面防溢装置主要用于确定厚度；(3)产品依次经过可控的聚合、固化和冷却等工序之后，完成所需的规格。
本发明的工艺是通过双带压机高温加热可实现泡沫芯材表面泡孔二次熔融，而适当的压力及厚度损耗，会将泡沫芯材表面产生二次的结晶，形成结晶层。由于结晶层的存在，会显著降低表面吸胶量，达到封孔的效果。
双带压机对泡沫芯材封孔的效果，选择滚筒剥离测试及吸胶量测试作为评价的指标，更低的吸胶量及较好剥离强度一般均能满足复合三明治结构设计者技术要求。
吸胶量测试：泡沫芯材表面吸胶量将会决定灌注或者复合后产品的重量，而传统PVC泡沫拥有更细小的表面泡孔，吸胶较低，是目前风电领域中认可的叶片芯材。这里将平行对比封孔后的泡沫芯材的吸胶量。大体流程为先按要求裁好500mm×500mm(或其他更合适的尺寸)的泡沫平板21，测量尺寸和重量，计算密度；然后从下到上按照“导流网19+脱模布20+泡沫平板21+脱模布20+导流网19”的顺序进行铺贴，最后成型真空袋18，经过漏压试验，在确认真空袋不漏气的情况下，开始灌注树脂，灌注完毕后，在常温下进行固化。灌注后的芯材进行裁切，测量灌注后的面密度，泡沫树脂吸收量＝灌注后的芯材面密度–灌注前的芯材面密度。
具体所用材料如下：100份的Ashland Arotool 1013INF乙烯基树脂、2份的AkzoNobel过氧化甲乙酮(MEKP)固化剂、500×500mm 105kg/m3密度戴铂Divinycell PET封孔板21、60g/m2嘉兴佑威脱模布20、180g/m2嘉兴佑威导流网19、75μm埃尔泰克
Figure GDA0002786538880000131
7400尼龙真空袋18、12m内经桐乡蓝石LDPE管17、3mm x 12mm埃尔泰克AT-200Y真空密封胶带22。
具体步骤如下：测量灌注前的泡沫芯材板材的尺寸和重量，并记录裁剪真空袋18、导流网19、脱模布20和LDPE管17，在玻璃工作台面上自上而下依次铺设：180g/m2嘉兴佑威导流网19、60g/m2嘉兴佑威脱模布20、500×500mm 105kg/m3密度戴铂Divinycell PET封孔板21、60g/m2嘉兴佑威脱模布20、180g/m2嘉兴佑威导流网19、连接抽气管和注胶管17，抽气管连接到外部树脂收集器在真空袋区域四周贴上密封胶带22，胶带将跨过抽气和注胶管17使用密封胶带22将真空袋18密封起来抽真空，并检查真空袋18气密性按照重量比100：2，混合搅拌乙烯基树脂和过氧化甲乙酮固化剂，将注胶管放入混合后的树脂桶中，灌注树脂，直至上下面脱模布20及导流网19全部浸润完成后，夹断注胶管17待树脂固化完成后脱模，依次剥离导流网19和脱模布20将表面固化树脂的泡沫芯材板材21进行裁切和称重，并记录数据计算吸胶量，即泡沫树脂吸收量＝灌注后的芯材面密度–灌注前的芯材面密度具体吸胶量测试结果如表1所示。
表1：吸胶量测试结果。
Figure GDA0002786538880000141
滚筒剥离强度测试：按照ASTMD1781标准进行取样测试，目的在于考察玻璃钢面板与泡沫本体的粘接性能。测试将会灌注成夹层结构，面板采用1层三轴布，芯材厚度为20mm，制成400×500mm大板。要求如下：(1)采用泡沫平板+三轴玻纤+树脂；(2)0°玻纤朝向芯材，并与剥离方向一致；(3)拼接缝方向平行于剥离方向。通过设定不同的厚度损耗值，来进行测试，厚度损耗值取自为双带压机定厚值与未加工产品厚度值之差，厚度损耗值决定封孔表面的效果，是封孔工艺中最为重要的参数之一。不同厚度损耗值对应剥离强度的测试结果见表1。
具体材料如下：872g/m2三轴向宏发纵横E-Glass玻纤布27、20mm 105kg/m3密度戴铂Divinycell PET泡沫芯材28、100份035C翰森Epikote环氧树脂27、32份037C翰森Epikure环氧树脂固化剂、60g/m2嘉兴佑威脱模布26、180g/m2嘉兴佑威导流网25、75μm埃尔泰克
Figure GDA0002786538880000152
7400尼龙真空袋24、3mm x 12mm埃尔泰克AT-200Y真空密封胶带29。
具体铺设结构为：872g/m2三轴向宏发纵横E-Glass玻纤布27，1层；20mm 105kg/m3密度戴铂Divinycell PET泡沫芯材28，1块；872g/m2三轴向宏发纵横E-Glass玻纤布27，1层。
具体步骤如下：裁剪玻纤布27、真空袋24、导流网25和脱模布26在加热模具上，自上而下依次铺设：180g/m2嘉兴佑威导流网25、60g/m2嘉兴佑威脱模布26、872g/m2三轴向宏发纵横E-Glass玻纤布27、20mm 105kg/m3密度戴铂Divinycell PET泡沫芯材28、872g/m2三轴向宏发纵横E-Glass玻纤布27、60g/m2嘉兴佑威脱模布26、180g/m2嘉兴佑威导流网25；在真空袋24区域四周贴上密封胶带29，使用密封胶带29将真空袋24密封起来抽真空，并检查真空袋24气密性按照重量比100：32，混合搅拌翰森环氧树脂主剂和环氧树脂固化剂，将注胶管放入混合后的树脂桶中，灌注树脂，直至上下面玻纤布27全部浸润完成后模具30启动加热，在70摄氏度条件下进行树脂固化待树脂固化完成后脱模，依次剥离导流网25和脱模布26将玻纤面层三明治板进行裁切，按照ASTM D1781标准，尺寸为350mm×75mm，同时两端各切割35mm缺口，用于夹具夹持，如图11所示。按照ASTM D1781标准进行滚筒玻璃测试。具体测试结果如表2所示。
表2：不同厚度损耗值对应剥离强度的测试结果。
Figure GDA0002786538880000151
Figure GDA0002786538880000161
从以上滚筒剥离测试及吸胶量测试数据来看，双面吸胶量：400-900g/m2，较好的参数设定一般如下：双带压机温度设定在：210-230℃；进料速度设定：0.5-3m/min；厚度损耗值设定：0.5-4mm；在以上参数设定的区间内，一般均可获得较为理想的滚筒剥离强度及吸胶量值。
显微照片：为了观察更加明显的封孔效果，采用拍摄显微照片的方式，在显微状态下对比封孔与未封孔的状态，细致观察泡沫芯材表层结构的变化，显示封孔的机理。具体请参阅图1-图4。
从显微结构照片看，在封孔样品的正面，封孔前的开孔泡孔，由于采用双带压机的加热、定厚和冷却的工艺，在封孔后，明显观察到，开孔泡沫热熔为闭孔结构；同时通过封孔样品的侧面来看，未封孔前的表层开孔泡孔，通过采用双带压机的加热、定厚和冷却的工艺，已经变成表层闭孔。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (14)

1.一种用于孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔设备，包括驱动装置、加热系统、伺服定厚系统、冷却系统和电气控制系统，其特征在于：所述驱动装置包括张紧端轮毂(1)、驱动端轮毂(2)和机架(3)，在上方的张紧端轮毂(1)和驱动端轮毂(2)之间套装运转有上传送压带(4)，在下方的张紧端轮毂(1)和驱动端轮毂(2)之间套装运转下传送压带(5)；沿着驱动装置的运转方向自前至后依次安装有加热系统(6)、伺服定厚系统(7)和冷却系统(8)，所述加热系统(6)、伺服定厚系统(7)以及冷却系统(8)的功能部件均置于上传送压带(4)或下传送压带(5)的背面，所述加热系统(6)包括预热区组件和加热区组件，预热区组件包括内部充注循环热油的预热张紧轮毂，预热张紧轮毂的圆周紧贴上传送压带(4)或下传送压带(5)的背面；所述加热区组件包括内部通入导热油的加热对辊(9)，加热对辊(9)采用夹套结构，加热对辊(9)的圆周紧贴上传送压带(4)或下传送压带(5)的背面，所述伺服定厚系统(7)包括挤压对辊(13)以及用于检测出料端泡沫芯材厚度的自动检测装置，所述机架(3)内部安装有对称分布的伺服液压油缸(12)，所述伺服液压油缸(12)的输出端连接有第一辊座，第一辊座与挤压对辊(13)的两端转动连接，挤压对辊(13)的圆周紧贴上传送压带(4)或下传送压带(5)的背面，所述冷却系统(8)包括若干对的冷却对辊(14)、冷却风机、喷雾水装置(15)以及对辊间距调节机构，在冷却对辊(14)的中间区域安装有若干冷却风机，每个冷却风机的风口均安装有喷雾水装置(15)，所述机架(3)内部安装有对称分布的对辊间距调节机构，对辊间距调节机构的输出端连接有第二辊座，第二辊座与挤压对辊(13)的两端转动连接，所述冷却对辊(14)的圆周紧贴上传送压带(4)或下传送压带(5)的背面，所述电气控制系统包括液压控制系统、电控传动系统、温区控制系统和厚度检测调节系统。
2.一种用权利要求1中所述设备进行孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：通过加热、定厚和冷却的步骤，使泡沫芯材的上表面(10)和下表面(11)出现热熔损耗并再结晶，实现泡沫芯材的上表面(10)和下表面(11)的封孔，所述泡沫芯材上表面(10)和下表面(11)均会铺设纤维增强材料，灌注时，树脂浸润纤维和泡沫芯材表面，泡沫芯材表面会吸附树脂直至固化，吸胶量即为树脂固化后在泡沫芯材上表面(10)和下表面(11)的面内吸附量，所述泡沫芯材上表面(10)和下表面(11)达到接近泡沫芯材材质的热变形温度，控制受热的时间，再经过定厚冷却，使泡沫芯材上表面(10)和下表面(11)的一定厚度热熔损耗并再结晶，从而实现上表面(10)和下表面(11)的封孔，具体工艺步骤和工艺参数设置如下：
S1、板材加工：泡沫芯材标准原料块体经由横切带锯切割设备进行厚度方向切割，形成两个平行、规则的相对表面，加工后，泡沫芯材板材(16)厚度介于0～120mm；
S2、送料：常温下的泡沫芯材板材(16)经送料装置的送料，平铺在前端工作台面，经由送料装置沿泡沫芯材板材(16)的长度或者宽度方向送料到双带压机的张紧端轮毂(1)处；
S3、预热：送料后的泡沫芯材板材(16)在上传送压带(4)和下传送压带(5 )的运转下进入预热区域，通过上、下分布的预热张紧轮毂对泡沫芯材板材(16)进行预热处理，预热温度设定为180～200℃；上传送压带(4)和下传送压带(5 )的运转速度设置为0.5～3米/分钟；
S4、加热：预热处理后的泡沫芯材板材(16)在上传送压带(4)和下传送压带(5 )的运转下，进入加热区域，通过上、下分布的数对加热对辊(9)对泡沫芯材板材(16)进行加热处理，使得泡沫芯材板材(16)表面达到热变形温度而产生部分热熔；加热温度设定为210～230℃，同时保证泡沫芯材板材的上表面(10)和下表面(11)的温差不超过2℃；
S5、定厚：加热处理后的泡沫芯材板材(16)在上传送压带(4)和下传送压带(5 )的运转下进入定厚区域，通过厚度检测调节系统设定具体的厚度值，伺服液压油缸(12)启动工作，调节挤压对辊(13)的间距，自动检测装置检测出料端泡沫芯材板材(16)的厚度，并反馈给厚度检测调节系统，来精准实现泡沫芯材板材(16)的定厚控制；厚度值设置为板材封孔后的目标厚度加上厚度损耗值，泡沫芯材板材(16)的厚度损耗值设定为0.5～4mm；
S6、冷却：定厚处理后的泡沫芯材板材(16)在上传送压带(4)和下传送压带(5 )的运转下进入冷却区域，采用冷却风机的吹风和喷雾水装置(15)的喷雾水对上传送压带(4)和下传送压带(5 )带面进行冷却；
S7、修边：泡沫芯材板材(16)经过冷却区域后，完成封孔，对封孔后的泡沫芯材板材(16)进行修边裁切。
3.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述泡沫芯材为闭孔发泡的挤出热塑性泡沫，选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，泡沫芯材的密度为60-300Kg/m3，泡沫芯材板材厚度为0-120mm，带有焊缝或不带有焊缝。
4.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S1中加工后的泡沫芯材板材(16)表面未经打磨及其他表面处理。
5.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S2中经由送料装置沿板材的长度或者宽度方向送料到双带压机张紧端轮毂(1)，送料装置选为履带式送料或其他自动或半自动或简易人工送料装置。
6.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S3中将送料后的泡沫芯材板材(16)送入双带压机的张紧端轮毂(1)，在钢带或特氟龙带的运转下进入预热区域，对泡沫芯材板材进行预热处理。
7.根据权利要求6所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述预热不设置压力及厚度，张紧端轮毂(1)对钢带或特氟龙带上表面和下表面进行施热，钢带或特氟龙带运转速度设置为0.5-3米/分钟。
8.根据权利要求7所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述钢带或特氟龙带运转速度设置为1-2米/分钟。
9.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S4中的加热辊可由IR红外装置替代。
10.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S4中加热区域温度设定为220-225℃。
11.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S5中泡沫芯材的厚度损耗值为1-3mm。
12.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述步骤S6中选用常温水冷，0～5摄氏度低温水冷。
13.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述泡沫芯材板材(16)用于生产纤维增强树脂基复合材料板材，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维和硼纤维及其制品，所述树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂和环氧树脂。
14.根据权利要求2所述的一种孔泡状高分子聚合物泡沫芯材表面封孔的工艺，其特征在于：所述封孔后的泡沫芯材表面树脂吸胶量由未封孔的两个表面1300-1900g/m2，下降到封孔后的两个表面树脂吸胶量400-900g/m2。
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