CN1153104A - 树脂注塑成型制造复合材管的方法 - Google Patents
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Abstract
一种树脂注塑成型制造复合材管的方法包括下列步骤：1.将由编织材料制成的预成型物套装在一心轴上。2.于预成型物之外再套上一由热收缩膜或带所制成的热收缩套筒。3.将树脂经由缓冲室之入口灌入，然后密封；4.加热收缩热收缩套筒，由套筒底部由下而上加热该套筒使其因热收缩、压迫缓冲室中之树脂向中心、向上地流动而使树脂均匀地渗入到该预成型物中，同时有效地排除气泡；5.加热、硬化该树脂而成复合材，脱去套筒形成复合材管。
Description
本发明是有关用树脂注塑成型而制造复合材管的方法。
传统的树脂注塑成形法(Resin transfer molding)其制作过程为：A.将预成形物(Preform)套在心轴上 B.入模，C.再从模具一端注入树脂，D.加温成形，E.脱模，F.成品。
其缺点为：1.在注入树脂时树脂在模具内的流动方向与速度不易控制，易造成内包空气，这是因为树脂是用模制物件之表面形状的三维方式进行，其间树脂注入模具后的速度有快有慢，当快的部份行进到模具另一端再回流时，与后至的树脂交汇，而无法将预成形物内所含的空气顺序排去，以致形成空洞，影响成品质量与性能。2.为了使树脂充分且均匀地(uniform)注入预成形物中，往往需耗费太长时间。3.需要外模模具。4.成型固化(curing)时缺乏压力的作用。
本发明人鉴于上述缺陷，潜心研究改良，公开了本发明的新的用树脂注塑成型制造复合材管的方法。
本发明的目的旨在提供一种以树脂注塑成型制造复合材管的方法包括下列步骤：
1.将由编织材料等制成预成形物(preform)套装于一心轴(mandrel)上；
2.在该预成形物之外再套上一由热收缩膜或带制成的热收缩套筒，在该预成形物与该套筒所间隔的同心环间隙中形成一缓冲室；
3.将热固型(Thermosetting)树脂经由缓冲室的入口灌入该缓冲室中，然后将入口密封；
4.加热收缩该热收缩套筒，由套筒底部开始由下而上加热该套筒使其因热收缩、压迫缓冲室中的树脂而向中心且向上地流动使树脂均匀地渗入到该预成形物中，且向上吸引树脂与预成形物中的气泡以有效地排除该气泡；以及
5.加热、固化该树脂使成复合材，然后脱去套筒以形成复合材管。
本发明可由以下说明书且配合附图而加以详细说明。
图1是本发明制造的复合材管的系统断面图。
图2表示本发明制造过程中热缩与树脂流动步骤的示意图。
图3为本发明中图2的顶视图。
图4为用本发明方法所制得的复合材管的纵断面图。
图5为本发明的另一最佳实施例的断面示意图。
参阅图1-4，本发明用来制造复合材管的方法包括下列步骤：
1.由编织材料或其他纺织材料制成的预成形物(2，Preform)，套设在一心轴(1)如图1所示者。该心轴(1)可由金属或非金属材料制取，可成型为任何种密闭型结构。预成形物的形状、结构、纤维的走向可任意选用，本发明并不加以限制。但本发明的心轴(1)与预成形物(2)的横断面仍以圆形为宜。
2.将一热收缩套筒(3)套设在该预成形物(2)上，以形成一组合管，它包括该心轴(1)，该预成形物(2)及该套筒(3)，在该预成形物(2)与套筒(3)中间的间隙(G)及一底板(4)之间形成一缓冲室(5)。该热收缩套管(3)可由聚氯乙烯(PVC)薄膜、带或片，或其他因加热而收缩的材料制取。套筒(3)可以是单层或多层，且厚薄不限。
3.将热固型树脂(6)自缓冲室(5)的入口(51)灌入该缓冲室(5)中，然后罩住底板(4)密封入口(51)，并令该缓冲室(5)中的树脂(6)水平沉降，以形成一“树脂池”(P)。该热固型树脂(6)还可选自环氧树脂或其他热固型树脂。本发明中所用树脂(6)如以预成形物(2)中纤维材料的重量(100％)为基准时，树脂含量则介于35-50(重量)％之间。而预成形物(2)的纤维材料体积如果根据本发明方法所制的复合材料产品的总体积(100％)为基准时，则介于40-62(体积)％。
在本发明制造过程中，该缓冲室(5)的体积假设为Vb，而树脂(6)的体积假设为Vr，则可形成以下的关系：
Vb＝nVr，n＞1
其中，n大于1，如果可提供足够体积的空间以容纳树脂在缓冲室(5)内流动。
4.以一加热设备(8)，例如可设置在图2所示的移动加热区“H”内，加热、收缩该热收缩套筒(3)，使其热收缩、加热的方向可采取由套筒(3)的底部开始，由下往上，逐渐上升加热，加热温度介于75-90℃之间。
在加热过程中，套筒(3)因受热收缩而压迫树脂池(P)中的树脂液流向中心(I)，且向上(U)的方向流动如图2、3所示均匀地将树脂渗流、浸渍在预成形物(2)的纤维或内部组织结构中，以有效渗化、浸渍预成形物(2)，且强制吸引(drag)该树脂与预成形物中的气泡而有效排除气泡，以减少产品中的众多孔洞而提高产品的质量。
因热收缩套筒(3)的压迫而使树脂流动的路径向中心(I)和向上(U)，故树脂流呈“规则路径”的流动，而且能均匀地渗透、浸渍、分布在预成形物(2)中，与普通公知的不规则、随机的树脂流动路径相比较，本发明确实优于常规的方法。
在本发明的加热过程中，缓冲室(5)中的系统压力为常压，也即除了套筒(3)因热收缩所呈现的压力增加外，系统不另外加设其他设备来加压，在此也可看出本发明具有经济、实用性。
虽然本发明如上所述，在一系统压力下进行加热收缩的步骤，但如有必要，该缓冲室(5)可预先密封而抽真空，使其更有效地去除树脂及预成形物中的任何气泡。当然，系统内进行预抽真空并非本发明过程所必须限定的。
本发明的复合材管最好采用如附图所示的垂直直立状态，但管子倾斜一角度或其他方向的取向也可以，本发明还可适当进行修饰应用。
5.继续加热，在该树脂的固化温度下固化该树脂，例如：环氧树脂可在120-180℃间固化的。将浸渍有树脂的预成形物固化，然后脱去套管(3)以形成本发明的复合材管。
在树脂固化后，该心轴上之预成形物均匀浸渍有树脂将会胶结(bonded)以形成一坚固的复合材料结构，从而形成加强的复合材料。
以上所述是用来制造含有薄层预成形物(2)的复合材料的方法。
如图5所示，当预成形物(2)采用多层(2a)或厚层时，可在加热区(H)的上方位置以第一束紧圈(7或称“限流器”)套在该套管(3)上，加热、内压树脂流动时，可限制其向上(U)的流速，以促进树脂向内(I)渗入预成形物(2)中；而在加热区(H)的下方套设第二束紧圈(7a，或称“整形圈”)以控制、维持成型复合材料管管径在一定大小范围内。
本发明优越于常用预浸材料(prepreg)的复合管，且优于已知的树脂注塑成型法(PTM)来制造复合材料产品，它有以下特点：
1.在热缩外套管时，使树脂流向中心(I)渗入预成形物中且向上流动(U)而能将树脂均匀地分布在预成形物内部结构中，以形成坚固质匀的复合材管，而向上流(U)的树脂流则被吸引、带走气泡，以消除产品中的气孔而提高产品质量。
2.毋需使用复杂的模具，可节省制造成本，简化制造程序。
3.预形物不需预先浸渍树脂液，故毋需设置冷冻冷藏设施，降低设备投资成本，且使模制过程简单化。
4.树脂引入缓冲室(5)中且由下方驱流而上，使树脂在“树脂池”(P)中水平地沉降，使其能均匀地渗入预成形物(2)中，故树脂的分布匀称，使固化后的复合材料机械强度分布也呈均匀，而且质优。
本发明可在不违背本发明的精神及范围下作适当的修改与改变，本发明并不限于此例。在加热收缩该热收缩套管(3)时，加热器(8)可由套管(3)的下方移向上方；或把套管(3)相对于该加热器向下移位。此外，其他取向的管子充灌树脂入该缓冲室(5)的方向或加热的方向，也可加以改变。该心轴(1)可在制成复合材管时与已经固化的浸渍树脂的预成形物分离(即抽离该心轴)；或不必抽离心轴，视产品需要而定，本发明并不加以限制。
Claims (9)
1.一种以树脂注塑成型制造复合材管的方法包括：
A.将预成形物套设在一心轴上；
B.将一热收缩套管套设在预形物之外，在预成形物与套管之间的间隙界定一缓冲室；
C.自该缓冲室的入口充灌一热固型树脂进入该缓冲室中，密封住入口，使该树脂在该缓冲室中进行重力沉降以形成一“树脂池”；
D.加热、收缩该热收缩套管，由套管之下部向上逐级加热，以压迫树脂池中的树脂，使向中心且向上流动以均匀地渗入该预成形物中且在向上流动时吸引存在于树脂及预成形物中的气泡以去除该气泡；以及
E.持续加热至树脂的固化温度以固化该树脂，使浸渍有树脂的预成形物固化，抽去该套管以形成复合材管的产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该套管在加热该套管区上方位置束紧一第一束紧圈(或“限流圈”)以限制向上流动的树脂流流速，使有效渗入该预成形物中；而在加热区下方位置束紧第二束紧圈(或“整形圈”)以使复合材管之管径大小在一定范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该热固型树脂是环氧树脂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该热收缩套管是由热收缩聚氯乙烯制成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该缓冲室的体积为Vb，该缓冲室内所加的树脂体积为Vr，且呈下列关系：
Vb＝nVr，其中n＞1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该套管热收缩的加热温度介于75-90℃之间；而树脂固化以固化成型该复合材管之加热温度则介于120-180℃之间。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于该热收缩套管受热从内压迫该树脂流动时，该树脂流呈向心地向管中心流动，且向上地向缓冲室之上方流动。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于该预成形物是选自编织纤维材料及纺织材料之预成形物。
9.一种以树脂注塑成型制造复合材管的方法包括：
A.将预成形物套设在一心轴上；
B.将一热收缩套管套设在预成形物之外，在预成形物与套管之间的间隙界定一缓冲室；
C.自该套管的第一端充灌一热固型树脂进入该缓冲室中，密封住该第一端；
D.加热、收缩该热收缩套管，由套管的第一端逐次加热至第二端，以压迫树脂池中的树脂，使其向套管中心且向套管第二端流动以均匀地渗入预成形物中且在向套管第二端流动时吸引存在在树脂及预成形物中的气泡而去除气泡；以及
E.持续加热至树脂的固化温度以固化该树脂，使浸渍有树脂的预成形物固化，抽去该套管以形成复合材管的产品。
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