CN112123820A

CN112123820A - 大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法

Info

Publication number: CN112123820A
Application number: CN202010956070.XA
Authority: CN
Inventors: 王钧; 杨小利; 陈晞; 万小东; 邹俊杰; 蔡浩鹏; 段华军; 王翔; 邹毅; 田旭军
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2020-12-25

Abstract

本发明公开了一种大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，包括以下步骤：1)根据需生产的复合材料棒材的直径，配制多套拉挤成型模具，第一套成型模具直径为50mm，后续成型模具直径依次增加20‑50mm；2)通过第一套拉挤成型模具拉挤成型得到内芯棒；3)将内芯棒作为芯材，拉挤成型得到直径增加的复合材料棒材；4)将复合材料棒材根据需要重复步骤3)过程最终得到具有目标直径的复合材料实心棒材。本拉挤成型方法解决了现有大直径复合材料实心棒材生产效率低的问题，同时提高了产品性能。

Description

大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料生产技术领域，尤其涉及一种大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法。

背景技术

伴随着复合材料型材的高速发展，拉挤成型工艺已经成为复合材料业中应用最广泛的工艺之一，其具有生产效率高，产品质量稳定，生产方法易于标准化，适合批量连续化生产等优点。

然而，目前产业界生产大直径(直径50mm及以上)的复合材料拉挤成型时，生产效率低下，这是因为要拉挤出大直径的复合材料棒材，拉挤速度≤0.3m/min，并且由于直径大，固化速度慢，造成棒材内部具有较大的固化应力，因此产品质量不易控制，导致大多数普通拉挤设备无法生产出质量稳定的大直径复合材料实心棒材。因此如何快速、稳定、连续地生产大尺寸复合材料实心棒材成为一项亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种快速、连续的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，并且制备得到的复合材料棒材质量稳定。

为实现上述目的，本发明提供一种大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其包括以下步骤：

1)根据需生产的复合材料棒材的直径，配制多套拉挤成型模具，第一套拉挤成型模具的成型模具7直径为50mm，后续拉挤成型模具的成型模具直径依次比前一套拉挤成型模具的直径增加20-50mm；

2)制备内芯棒：通过第一套拉挤成型模具将若干均匀浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维并列拉挤成型固化得到内芯棒；

3)将步骤2)得到的内芯棒打磨除去杂边和表面脱模剂，作为芯材，多条浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维沿芯材轴向包裹芯材并随其进入下一套拉挤成型模具拉挤成型固化，得到直径增加的复合材料棒材；

4)将步骤3)得到的复合材料棒材打磨除去杂边和表面脱模剂，根据需要重复步骤3)过程，即作为芯材轴向包裹浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维后进入下一套拉挤成型模具成型固化，最终得到具有目标直径的复合材料实心棒材。

按上述方案，步骤1)每套拉挤成型模具包括依次设置的纱架1、集纱板2、分层纱板3、浸胶槽4、预成型模6、成型模具7、牵引装置8、打磨装置10以及切割装置11。

按上述方案，步骤1)所述成型模具7内表面涂覆有脱模剂。

按上述方案，步骤2)所述树脂胶液包括树脂、固化剂、内脱模剂、促进剂以及其它添加剂。

按上述方案，所述树脂为单组分聚氨酯树脂、双组分聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种。

按上述方案，所述其它添加剂为分散剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。其它添加剂的含量为树脂体积含量的0-15％。

按上述方案，所述添加剂的含量为树脂体积含量的0-15％，添加剂为分散剂、内脱模剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、固化剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。

按上述方案，步骤2)所述增强纤维长纤维选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种。

按上述方案，步骤2)拉挤成型过程中拉挤速度为6～8mm/min。

按上述方案，步骤3)拉挤成型过程中拉挤速度为6～8mm/min。

按上述方案，步骤4)拉挤成型过程中拉挤速度为6～8mm/min。

按上述方案，所述大直径复合材料实心棒材为直径70mm以上的棒材。

本发明还包括根据上述大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法得到的大直径复合材料实心棒材。

本发明提出的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，通过多次拉挤成型，以上次成型的棒材作为下次成型稍大直径棒材的芯材，最终得到具有目标直径的大直径棒材，相对于现有技术直接一次性采用大量的纤维束一次成型得到大直径棒材的方法(拉挤直径80mm的速度为4～5mm/min，拉挤直径100mm的速度为4～5mm/min，拉挤直径120mm的速度为3～4mm/min)，本发明采用连续拉挤成型方法效率高，产品质量稳定具有可控性，能降低生产成本，适合批量连续化生产。

附图说明

图1为本发明大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法采用的设备结构示意图；

图2为本发明大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法的流程示意图。

图中，1.纱架，2.集纱板，3.分层纱板，4.浸胶槽，5.挤胶辊，6.预成型模，7.成型模具，8牵引装置，9.吸尘器，10.打磨装置，11切割装置。

具体实施方式

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法采用的设备结构示意图，图1中由上至下设置有多套拉挤成型模具，图2为本发明大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法的流程示意图。

一种大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，包括以下步骤：

步骤S10，根据需生产的大直径复合材料实心棒材的直径，配套设置多套用于生产不同直径棒材的拉挤成型模具，直径最小的第一套拉挤模具的成型模具直径为50mm，后续拉挤模具成型模具直径比前一套拉挤模具直径增加20-50mm，每套拉挤成型模具包括依次设置的纱架1、集纱板2、分层纱板3、浸胶槽4、预成型模6、成型模具7、牵引装置8、打磨装置10以及切割装置11；

步骤S20，通过第一套拉挤成型模具拉挤出小直径棒材，具体为：将所需的若干增强纤维长纤维从纱架1引出，经集纱板2、分层纱板3进入浸胶槽4浸胶，然后将均匀浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维经挤胶辊5挤胶，再进入预成型模6逐级挤胶，若干均匀浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维并列进入直径为50mm的成型模具7进行拉挤，拉挤速度为6～8mm/min,拉挤出的棒材经牵引装置8牵引进入打磨装置10，除去杂边和表面的内脱模剂，得到芯材以进入下一套拉挤成型模具；

步骤S30，以上一套拉挤成型模具拉挤出得出的棒材作为芯材，通过第二套拉挤成型模具拉挤出直径略增加的棒材，具体为：多条浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维沿芯材轴向包裹芯材并随其进入第二套拉挤成型模具的预成型模及成型模具拉挤成型，拉挤速度为6～8mm/min,成型的棒材进入打磨装置除去杂边和表面的内脱模剂，得到直径增加的芯材以进入下一套拉挤成型模具；

步骤S40，根据需要重复上述S03步骤，每次以上次拉挤所得棒材作为芯材，多条浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维沿芯材轴向包裹芯材拉挤成型，拉挤速度为6～8mm/min,最终达到大直径复合材料实心棒材。

大直径复合材料实心棒材为直径70mm及以上的棒材。多套用于生产不同直径棒材的拉挤成型模具其模具长度保持一致。

进一步地，打磨装置10上方设置有吸尘器9。牵引装置8采用履带式牵引机以保证棒材拉挤连续平稳。打磨装置10为上下可调节移动式砂轮打磨装置10。成型模具7内表面涂覆有脱模剂。

浸胶槽4中的树脂体系包括树脂、固化剂、内脱模剂、促进剂以及其它添加剂。所述其它添加剂的含量为树脂体积含量的0-15％，其它添加剂为分散剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂、紫外线吸收剂中的一种或几种。树脂为单组分聚氨酯树脂、双组分聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、丙烯酸树脂中的一种或几种。增强纤维长纤维选自玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维。

以下具体说明本大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法。

实施例1

1、准备6套拉挤成型模具，并固定在拉挤成型模具固定架上，拉挤成型模具的成型模具直径尺寸分别为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm，成型模具内表面均涂覆有脱模剂；

2、根据棒材要求计算出直径为50mm的棒材所需要的玻璃纤维根数：

以环氧树脂E51为基体，9600TEX玻璃纤维为增强纤维长纤维，使用模具截面Φ50mm，棒材产品含75％(质量分数)的增强纤维长纤维，棒材密度2.0g/cm³，每米棒材的质量为3925g，根据计算，直径50mm棒材所需要的玻璃纤维根数：每米复合材料中纤维质量为：3925g×0.75＝2943.75g，1m单根玻璃纤维质量9.6g，每米复合材料所需玻璃纤维的根数大约为306根；

3、将所需玻璃纤维安装在纱架1上，并依次通过集纱板2，分层纱板3、浸胶槽4、预成型模6、成型模具7，并引入牵引装置8；

4、成型模具7三区温度设定为120℃、165℃、170℃并升温至温度均衡；

5、将环氧树脂E51、甲基四氢苯酐、DMP-30(2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚)按照质量百分比100:80:2混合并搅拌均匀得到树脂胶液，将配好的树脂胶液加入浸胶槽4，将玻璃纤维通过牵引装置8引入浸胶槽4，充分浸胶后通过挤胶辊5、预成型模6逐级挤胶，充分降低入模前湿纱的含胶量，并保证纤维分布均匀，均匀浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维并列汇聚成纤维束后用直径为50mm的拉挤成型模具7进行拉挤，拉挤速度为6mm/min，第一次拉挤出的设计直径为50mm的棒材经牵引装置8拉出，充分冷却后进入打磨装置10，打磨装置上方设置有吸尘器9，由于热膨胀效应，拉挤出的产品尺寸可能略大于标准尺寸，利用打磨装置10除去表面的内脱模剂和多余的尺寸，得到直径为50mm的实心棒材；

6、将打磨好的直径为50mm的实心棒材作为芯材进入到下一个拉挤成型工序中，玻璃纤维浸胶后沿芯材轴向包裹芯材并和芯材一起进入直径为100mm的拉挤成型模具进行拉挤成型固化，拉挤速度为6mm/min，再打磨得到直径为100mm的棒材；

7、打磨好的直径为100mm的棒材作为芯材进入到下一个成型工序中，重复步骤6的方法，拉挤速度为6mm/min，依次拉挤出直径为150mm、200mm、250mm、300mm的棒材，最终得到所需的300mm的棒材。

实施例2

本实施例与上述实施例不同的是：

1、将环氧树脂E51、甲基纳迪克酸酐、DMP-30按质量百分比100:85:2混合并搅拌均匀得到树脂胶液；

2、拉挤速度为8mm/min。

本发明实施例1和2采用连续拉挤成型方法效率高，制备的大直径复合材料实心棒材机械性能突出，并且产品质量稳定可控。

本发明提出的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，通过多次拉挤成型，以上次成型的棒材作为下次成型稍大直径棒材的芯材，经过多次生产最终得到想要的大直径棒材，相对于现有技术直接一次性采用大量的纤维束一次成型得到大直径棒材的方法，本连续拉挤成型方法其产品质量稳定具有可控性，能降低生产成本，适合批量连续化生产。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据需生产的复合材料棒材的直径，配制多套拉挤成型模具，第一套拉挤成型模具的成型模具(7)直径为50mm，后续拉挤成型模具的成型模具直径依次比前一套拉挤成型模具的直径增加20-50mm；

2)制备内芯棒：通过第一套拉挤成型模具将若干均匀浸渍有树脂胶液的增强纤维长纤维并列拉挤成型得到内芯棒；

2.根据权利要求1所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，步骤1)每套拉挤成型模具包括依次设置的纱架(1)、集纱板(2)、分层纱板(3)、浸胶槽(4)、预成型模(6)、成型模具(7)、牵引装置(8)、打磨装置(10)以及切割装置(11)。

3.根据权利要求1所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，步骤2)所述树脂胶液包括树脂、固化剂、内脱模剂、促进剂以及其它添加剂。

4.根据权利要求1所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，步骤2)所述增强纤维长纤维选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种。

5.根据权利要求1所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，步骤2)拉挤成型过程中拉挤速度为6～8mm/min。

6.根据权利要求1所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，步骤3)拉挤成型过程中拉挤速度为6～8mm/min。

7.根据权利要求1所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法，其特征在于，步骤4)拉挤成型过程中拉挤速度为6～8mm/min。

8.根据权利要求1-7中任一所述的大直径复合材料实心棒材的连续拉挤成型方法得到的大直径复合材料实心棒材。