CN110641049A - 泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，包括：上模具，具有第一加热段，所述第一加热段的底面包括相连接的第一斜面和第一平面；下模具，具有第二加热段，所述第二加热段的顶面包括相连接的第二斜面和第二平面；所述第一斜面和第二斜面相对设置，所述第一斜面和第二斜面之间或者两者所在平面之间形成纵截面呈V型的V型模腔，所述第一平面和第二平面基本平行形成第一等截面模腔，V型模腔的窄口与第一等截面模腔连通。树脂在成型过程中通过加热段充分熔融，通过挤压作用实现树脂熔体均匀浸渍纤维，减少预浸料中气泡空隙率。通过V型模腔，使树脂和纤维缓慢进入接触模具，避免树脂堆积模具入口，减缓纤维进入模具而产生损伤和断裂。
Description
技术领域
本发明属于热塑性复合材料预浸料成型技术领域，涉及一种泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具。
背景技术
热塑性预浸料是以连续纤维作为增强材料，以热塑性树脂作为基体，通过将热塑性树脂熔融浸渍的工艺制造的复合材料，具有目前广泛使用的热固性预浸料所不具备的以下优点：(1)韧性好，疲劳强度高，冲击损伤容限高；(2)耐化学腐蚀、长期工作温度高；(3)可室温长期储存；(4)热成型性好，成型周期短；(5)环境友好材料，可重复成型，可再回收利用。
目前，热塑性预浸料制造工艺较多，主要有：溶液法、纤维混杂法、原位聚合法、熔融挤出法、薄膜压延法、粉末法等。开发不同预浸料制造工艺，其目的是为了树脂更好浸渍纤维。泥浆法热塑性预浸料生产线中没有树脂熔融挤压浸渍辊，主要通过拉挤模具进行树脂熔融浸渍纤维。现有技术中，拉挤模具的模腔为等截面，该种模具树脂浸渍效果差(图5)，且树脂容易堆积在模具入口，影响纤维进入模具从而产生损伤和断裂。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中等截面模腔模具导致的浸渍效果差、容易损伤纤维的问题，本发明提供了一种泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具。
技术方案：本发明所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，包括：
上模具，具有第一加热段，所述第一加热段的底面包括相连接的第一斜面和第一平面；
下模具，具有第二加热段，所述第二加热段的顶面包括相连接的第二斜面和第二平面；
所述第一斜面和第二斜面相对设置，所述第一斜面和第二斜面之间或者两者所在平面之间形成纵截面呈V型的V型模腔，所述第一平面和第二平面基本平行形成第一等截面模腔，V型模腔的窄口与第一等截面模腔连通。
本发明的拉挤模具中，浸渍树脂的纤维从V型模腔的宽口进入，通过V型模腔，经V型模腔的窄口进入第一等截面模腔。V型模腔一方面可以减少纤维与模腔壁接触面积，缓解纤维与模具摩擦，避免纤维损伤和堵塞模具，另一方面，聚合物浸渍的纤维沿模腔行进时，一直受到来自模具的压力，压力传输逐步压实，有利于纤维浸渍和消除预浸料中的空隙。优选的，所述V型模腔的锥度为0.01-20度，优选为0.01-10度，可以达到更好的浸渍和避免纤维损伤效果。
模具整体长度为250-700mm，以保证树脂能够完全熔融。优选的，所述第一斜面和第二斜面的水平投影长度相同，均为160-460mm，根据模具V型模腔的锥度大小决定，模具入口间隙与斜面长度的比值等于锥度正切值，模具长度的大小决定了树脂浸渍挤压作用力的大小和挤压作用时间，可以达到更好的挤压浸渍效果；所述第一平面和第二平面的长度相同，均为90-240mm，对预浸料表面具有更好的整形效果，使预浸料表面外观良好、厚度均一。
所述第一等截面模腔能够控制预浸料成品厚度，保证预浸料具有良好外观。所述第一平面和第二平面之间设有支撑件。通过支撑件支撑，第一平面和第二平面基本平行形成第一等截面模腔，通过调节支撑件的支撑高度，可以调节控制预浸料成品厚度。
所述第一加热段和第二加热段内均设有加热管。通过加热管加热，将热量；传导至加热段，实现对纤维的加热。加热管可以通过电加热进行加热，加热温度为200-500℃，加热管在模具内部分布均匀，以保证温度的均匀性。
所述上模具包括与第一加热段连接的第一冷却段，所述下模具包括与第二加热段连接的第二冷却段；所述第一冷却段的底面具有第三平面，第三平面与第一平面连接且处于同一水平面，所述第二冷却段的顶面具有第四平面，第四平面与第二平面连接且处于同一水平面。
所述第三平面和第四平面基本平行形成第二等截面模腔。对于温度敏感的结晶型聚合物，缓慢冷却使得树脂接近于静态等温过程，容易生成大的球晶，使制品发脆，力学性能降低，通过在第二等截面模腔内快速冷却降温，减少聚合物结晶时间，能够使结晶度降低，提高冲击韧性。
所述第一冷却段和第二冷却段的内部均设有冷却介质流道。通过冷却介质流道内流动的冷却介质，对第二等截面模腔降温，冷却介质流道在第一冷却段和第二冷却段的内部均匀分布。冷却介质可以是冷却水，冷却水温度控制在-20-0℃。
所述第一加热段和第一冷却段之间设有第一隔热板，所述第二加热段和第二冷却段之间设有第二隔热板；所述第一隔热板的底面与第一平面处于同一水平面，所述第二隔热板的顶面与第二平面处于同一水平面。使用隔热板将加热段与冷却段分隔开，以避免温差过大导致模具发生热变形影响精度，冷却段需要紧靠加热段，便于预浸料及时降温。所述隔热板的厚度≥10mm,并≤30mm。
所述上模具和下模具之间可拆卸连接，便于后期维护清理及间隙调整。
有益效果：
(1)高熔点高粘度树脂在成型过程中通过加热段实现够充分熔融，通过挤压作用实现树脂熔体均匀浸渍纤维，减少预浸料中气泡空隙率。
(2)通过V型模腔，使树脂和纤维缓慢进入接触模具，避免树脂堆积模具入口，同时够减缓纤维进入模具而产生损伤和断裂。
(3)通过冷却段快速冷却降温，减缓结晶型树脂生产过程中结晶度，提高韧性。
(4)通过改变支撑件的支撑高度，实现同一副模具生产多种规格预浸料。
附图说明
图1为泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具的结构示意图；
图2为支撑件部位的结构示意图；
图3为模具的俯视图；
图4为下模具的结构示意图；
图5为现有技术中模具生产的预浸料的效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1～4，本实施例泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，包括上模具1、下模具2。
上模具1包括第一加热段3以及与第一加热段3连接的第一冷却段4，下模具2包括第二加热段5以及与第二加热段5连接的第二冷却段6。
第一加热段3的底面包括相连接的第一斜面301和第一平面302，第二加热段5的顶面包括相连接的第二斜面501和第二平面502。第一斜面301和第二斜面501相对设置，第一斜面301和第二斜面501之间或者两者所在平面之间形成纵截面呈V型的V型模腔7，第一平面302和第二平面502之间基本平行形成第一等截面模腔8，V型模腔7的窄口与第一等截面模腔8连通。V型模腔的锥度d为0.01-20度，优选为0.01-10度，具体在本实施例中可以为1.3°。
第一平面302和第二平面502之间设有支撑件9，支撑件可以是垫片，垫片通过内六角螺丝进行固定，将垫片固定在下模具，通过支撑件支撑，第一平面302和第二平面502基本平行形成第一等截面模腔，通过调节支撑件的支撑高度，可以调节上下模具的间隙，即控制预浸料成品厚度。支撑件还可以限制预浸料产品宽幅。支撑件为两个，处于上下模具的两侧。
第一加热段3和第二加热段5内均设有均匀分布的加热管14，采用电加热的方式对加热段进行加热，加热温度为200-500℃，每个加热段内加热管的个数没有特殊限定，根据模具加热尺寸及温度进行设置，一般至少为5个。
第一冷却段4的底面具有第三平面401，第三平面401与第一平面302连接且处于同一水平面，第二冷却段6的顶面具有第四平面601，第四平面601与第二平面502连接且处于同一水平面。第三平面401和第四平面601基本平行形成第二等截面模腔10。对于温度敏感的结晶型聚合物，缓慢冷却使得树脂接近于静态等温过程，容易生成大的球晶，使制品发脆，力学性能降低，通过在第二等截面模腔10内快速冷却降温，减少聚合物结晶时间，能够使结晶度降低，提高冲击韧性。第一冷却段4和第二冷却段6的内部均设有冷却介质流道11，冷却介质可以是冷却水，冷却水温度控制在-20-0℃。
第一加热段3和第一冷却段4之间设有第一隔热板12，第二加热段5和第二冷却段6之间设有第二隔热板13，可以通过焊接或螺丝固定的方式将相邻的加热段、隔热板和冷却段相固定。第一隔热板12的底面分别与第一平面302、第三平面401连接且三者处于同一水平面，第二隔热板13的顶面分别与第二平面502、第四平面601连接且三者处于同一水平面。隔热板可以避免温差过大导致模具发生热变形影响精度。
选用工具钢作为上模具、下模具的模具材料，工具钢需要承受500℃，且热变形系数要小，硬度要达到HRC 70。
模具整体长度为250-700mm，以保证树脂能够完全熔融。所述第一斜面301和第二斜面501的水平投影长度相同，均为160-460mm(即V型模腔7的长度)；所述第一平面302和第二平面205的长度相同，均为90-240mm(即第一等截面模腔8的长度)；所述第三平面401和第四平面601的长度相同，均为50-150mm(即第二等截面模腔的长度)。整个模具模腔内部需要进行镜面抛光并镀铬，模腔表面精度需要达到0.001-0.05mm，具体如0.02mm。
上模具和下模具之间可拆卸连接。使用时，下模具固定在支架台上，将支撑件放在上下模具之间如第一平面和第二平面之间并与下模具固定，通过调整支撑件厚度控制两模具间隙。上模具和下模具闭合后需要使用螺丝进行固定，避免模具上下错位。加热管外接电路从而实现加热段的加热，冷却介质流道通过管路与冰水机连接实现冷却介质循环流动。浸渍树脂的纤维从模具入口Ⅱ(V型模腔的宽口)进入模腔，树脂经过V型模腔，加热段加热使树脂熔融，模具间隙逐步减小，压力传输逐步压实，树脂逐步被挤进纤维束中，再经过第二等截面模腔冷却快速降温，纤维从模具出口I出来，冷却收卷。
现有技术中等截面模腔的模具，模腔内壁的上下表面为平行结构，模具对树脂挤压浸渍作用不显著，导致预浸料树脂浸渍不均匀，如图5，图中显示有部分纤维未被树脂浸渍出现干纱，而本发明通过设计新模具，使得模具内部呈现V型结构，能够逐步提供挤压作用力，使树脂充分浸渍纤维，生产中未发现等截面模腔模具的浸渍不均匀充分的问题，气泡孔隙率大大降低，对纤维的损伤小，避免了纤维的断裂。
Claims (9)
1.一种泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，包括：
上模具，具有第一加热段(3)，所述第一加热段的底面包括相连接的第一斜面(301)和第一平面(302)；
下模具，具有第二加热段(5)，所述第二加热段的顶面包括相连接的第二斜面(501)和第二平面(502)；
所述第一斜面和第二斜面相对设置，所述第一斜面和第二斜面之间或者两者所在平面之间形成纵截面呈V型的V型模腔(7)，所述第一平面和第二平面基本平行形成第一等截面模腔(8)，V型模腔的窄口与第一等截面模腔连通。
2.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述V型模腔的锥度为0.01-20度。
3.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述第一斜面和第二斜面的水平投影长度相同，均为160-460mm；所述第一平面和第二平面的长度相同，均为90-240mm。
4.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述第一平面和第二平面之间设有支撑件(9)。
5.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述第一加热段和第二加热段内均设有加热管(14)。
6.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述上模具包括与第一加热段连接的第一冷却段(4)，所述下模具包括与第二加热段连接的第二冷却段(6)；所述第一冷却段的底面具有第三平面(401)，第三平面与第一平面连接且处于同一水平面，所述第二冷却段的顶面具有第四平面(601)，第四平面与第二平面连接且处于同一水平面。
7.根据权利要求6所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述第一冷却段和第二冷却段的内部均设有冷却介质流道(11)。
8.根据权利要求6所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述第一加热段和第一冷却段之间设有第一隔热板(12)，所述第二加热段和第二冷却段之间设有第二隔热板(13)；所述第一隔热板的底面与第一平面处于同一水平面，所述第二隔热板的顶面与第二平面处于同一水平面。
9.根据权利要求1所述的泥浆法制备热塑性预浸料的拉挤模具，其特征在于，所述上模具和下模具之间可拆卸连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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