CN117584492A - 一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置及成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置及成型方法，属于复合材料成型技术领域。成型装置包括纱架装置、树脂预聚合装置、淋胶槽、毡架、预成型板、烘干装置、模具和牵引装置，所述纱架装置、毡架、预成型板、烘干装置、模具和牵引装置沿机架水平方向依次设置，所述毡架上方设置有淋胶槽，所述淋胶槽与树脂预聚合装置相连，所述树脂预聚合装置内盛装酚醛树脂，所述树脂预聚合装置内设置有加热机构，所述淋胶槽上设置有流量泵，所述牵引装置牵引纤维增强材料和纤维毡运动。它主要用于纤维增强酚醛树脂复合材料成型。
Description
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域，特别是涉及一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置及成型方法。
背景技术
在纤维增强树脂基复合材料众多的成型方法中，拉挤成型是生产断面形状固定不变的一种低成本、高质量的成型工艺，先进行增强材料的动态预成型，再将树脂浸流预成型体，最后把预成型体转变为固体，是可实现顺次、连续进行和自动化连续生产的工艺。
在热固型树脂拉挤工艺成型使用较多的树脂基体包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。在众多树脂基体中，酚醛树脂以其耐燃、烟雾释放量低，以及含有毒气体量较少等显著特点，广泛用于各种防火阻燃等应用场合，如建筑、轨道交通、海洋装备等领域；
热固型的酚醛树脂的组成及分子结构，导致其在受热固化过程中，不可避免的出现水及挥发性小分子，在拉挤生产过程中，如对水及挥发性小分子不做处理，将残留在拉挤制品中，导致成品空隙里高，外观质量差，同时由于水分子对于树脂与纤维结合界面的破坏，导致成品力学强度极低。同时降低拉挤速度，以加强模具入口水分及小分子的排出，以提升产品外观质量和力学性能，但是降低的拉挤速度又带来了效率低下的问题。
现有的纤维增强酚醛树脂复合材料拉挤设备自动化程度不高，在连续生产过程中，酚醛浸胶的不均匀和缩聚反应中的小分子挥发性，无法得到根本控制。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置及成型方法，以解决现有的纤维增强酚醛树脂复合材料拉挤设备自动化程度不高，在连续生产过程中，酚醛浸胶的不均匀和缩聚反应中的小分子挥发性，无法得到根本控制的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，它包括纱架装置、树脂预聚合装置、淋胶槽、毡架、预成型板、烘干装置、模具和牵引装置，所述纱架装置、毡架、预成型板、烘干装置、模具和牵引装置沿机架水平方向依次设置，所述毡架上方设置有淋胶槽，所述淋胶槽与树脂预聚合装置相连，所述树脂预聚合装置内盛装酚醛树脂，所述树脂预聚合装置内设置有加热机构，所述淋胶槽上设置有流量泵，所述牵引装置牵引纤维增强材料和纤维毡运动。
更进一步的，所述牵引装置为拉挤机，所述牵引装置通过伺服电机驱动。
更进一步的，所述牵引装置后端设置有切割装置，所述切割装置为切割锯。
更进一步的，所述酚醛树脂中添加氢氧化铝填料、黑色浆和脱模剂。
更进一步的，所述树脂预聚合装置上还设置有搅拌机构和排气结构。
更进一步的，所述烘干装置为隧道式结构，内壁上均匀布置有电热管，所述电热管与控温器相连。
更进一步的，所述牵引装置的牵引速度为0.1～1.0m/min。
更进一步的，所述树脂预聚合装置内的温度为50℃～130℃，预聚合时间为2～3分钟。
更进一步的，所述烘干装置的烘干温度为60℃～120℃，烘干时间为6～10分钟。
本发明还提供了一种基于纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置的成型方法，具体为：通过树脂预聚合装置对酚醛树脂进行处理，经过处理后的酚醛树脂通过淋胶槽按设定流量淋到从纱架装置出来的纤维增强材料上，之后纤维增强材料和从毡架出来的纤维毡在牵引装置的带动下顺序经过预成型板、烘干装置和模具，最终形成纤维增强酚醛树脂复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置及成型方法，能够实现自动化控制，并快速排出酚醛树脂中挥发性小分子，精准控制酚醛树脂含量，确保酚醛树脂均匀，且可实现高速拉挤成型工艺。
树脂预聚合装置的使用，能够将酚醛树脂进行加热，初步排出酚醛树脂中的水蒸气及小分子挥发物，为后续提升拉挤速度，提供了基础。加热的温度又降低了树脂的黏度，由10000m.p.a降低到200m.p.a，提升了酚醛树脂纤维与纤维增强的浸润性能。
淋胶槽的设计，使纤维增强材料涂布酚醛树脂，通过流量泵，精准控制胶量，不再设置开放胶槽，避免了毛纱在胶槽的现象的同时，精准控制淋胶量，保证了对纤维毡的浸渍，同时使胶液得到了充分避免纤维浸泡在树脂中的现象。
预成型板做为挤胶与导向纤维及纤维毡的作用，进一步保证了树脂与纤维及纤维毡的涂布均匀性，同时，可进一步控制树脂量，多余的树脂挤刮掉，有效控制了酚醛树脂的含量和均匀性，克服了现有技术中树脂胶液的含量及均匀性无法得到控制的缺陷。
烘干装置的烘干温度可调节，使得烘干后的附着酚醛树脂胶液的纤维增强材料和纤维毡，进一步排除水及挥发小分子对酚醛树脂复合材料制品的影响。确保烘干之后，解决了现有技术中无法有效除去酚醛树脂反应中小分子挥发物释放的问题。
与传统的方法相比，由于引入树脂预聚合装置、淋胶槽、预成型板及烘干装置，提高了纤维及纤维毡与酚醛树脂的浸润程度，保证了纤维增强材料之间浸胶均匀性，实现了酚醛树脂含量及均匀性的可控性；同时，也有效降低了酚醛拉挤的产品的孔隙率，提高了制品的力学强度；最后可快速提升拉挤速度，并实现稳定连续长时间生产。
本发明的工艺简单、易操作、成型效率高、制品性能优异；可用于受弯、拉伸、压缩和剪切型材的成型；适于在航空航天技术、新能源及节能技术、海洋机械工程、交通运输、建筑等领域的防火阻燃工程中推广和应用。可实现智能化及无人为干涉过程酚醛树脂中排出水及挥发性分子，并能够让树脂实现长时间适用性，在保证拉挤制品外观良好，力学优良的同时，实现酚醛树脂复合材料制品的高效率生产，将生产速度提升至1m/min；
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置连接结构示意图。
1-纱架装置，2-树脂预聚合装置，3-淋胶槽，4-毡架，5-预成型板，6-烘干装置，7-模具，8-牵引装置，9-切割装置。
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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。
参见图1说明本实施方式，一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，它包括纱架装置1、树脂预聚合装置2、淋胶槽3、毡架4、预成型板5、烘干装置6、模具7和牵引装置8，所述纱架装置1、毡架4、预成型板5、烘干装置6、模具7和牵引装置8沿机架水平方向依次设置，所述毡架4上方设置有淋胶槽3，所述淋胶槽3与树脂预聚合装置2相连，所述树脂预聚合装置2内盛装酚醛树脂，所述树脂预聚合装置2内设置有加热机构，所述淋胶槽3上设置有流量泵，所述牵引装置8牵引纤维增强材料和纤维毡运动。
所述牵引装置8为拉挤机，所述牵引装置8通过伺服电机驱动，纤维增强材料和纤维毡在牵引装置的牵引作用下，实现前进运动。所述牵引装置8后端设置有切割装置9，所述切割装置9为切割锯。所述酚醛树脂中添加氢氧化铝填料、黑色浆和脱模剂。所述树脂预聚合装置2上还设置有搅拌机构和排气结构。所述烘干装置6为隧道式结构，内壁上均匀布置有电热管，所述电热管与控温器相连。所述牵引装置8的牵引速度为0.1～1.0m/min。所述树脂预聚合装置2内的温度为50℃～130℃，预聚合时间为2～3分钟。所述烘干装置6的烘干温度为60℃～120℃，烘干时间为6～10分钟。
在牵引装置8的牵引作用下，牵动纤维增强材料和纤维毡向前运动，树脂预聚合装置2动态处理酚醛树脂，淋胶槽3控制胶量，在预成型板5位置将树脂均匀挤压及纤维导向，进入烘干装置6后，通过模具7的固化定型，后通过切割装置9将拉挤制品切割定长。
本实施例为基于上述实施例所述纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置的成型方法，具体为：通过树脂预聚合装置2对酚醛树脂进行处理，经过处理后的酚醛树脂通过淋胶槽3按设定流量淋到从纱架装置1出来的纤维增强材料上，之后纤维增强材料和从毡架4出来的纤维毡在牵引装置8的带动下顺序经过预成型板5、烘干装置6和模具7，最终形成纤维增强酚醛树脂复合材料。
本实施例利用上述的成型装置实现纤维增强酚醛树脂复合材料的成型。本方案树脂预聚合在淋胶步骤前，通过淋胶槽3可精准控制出胶量在预成型板设置有挤压胶液的步骤和烘干步骤，挤压胶液步骤和烘干步骤分别由预成型板和烘干装置实现。
将酚醛树脂注入到带有加热、搅拌及排气功能的树脂预聚合装置中，加热是为了使酚醛树脂预聚合，搅拌是为了让酚醛树脂受热均匀，排气是将挥发的水蒸气及小分子排出。通过酚醛树脂DSC曲线，确定预聚合温度50℃—130℃，预聚合2-3min，将处理后的树脂淋到从纱架出来的单向纤维增强材料上。将处理后的酚醛树脂通过淋胶的方式，将单向纤维增强材料淋上与其匹配量的酚醛树脂。从毡架4出来的纤维毡通过预成型板5的挤压，促使胶液在该纤维增强材料上均匀分布；同时，对进入预成型板5的纤维毡面毡实现浸胶。
浸胶纤维增强材料和纤维毡在牵引装置8的拉牵作用下通过预成型板5，经预成型板5导向及挤压出的浸胶纤维增强材料与浸胶纤维毡的组合物送入烘干装置6中，在80℃～110℃的烘干温度下，烘干1～2分钟，酚醛树脂中小分子随着牵引装置8的前进过程挥发；再经模具7固化步骤、牵引和切割成型步骤成型为纤维增强酚醛树脂复合材料。
所用的烘干装置6为隧道式结构，相对于预成型板5一端的开口为带胶纤维增强材料和带胶纤维毡的入口，相对于模具7一端的开口为带胶纤维增强材料和带胶纤维毡出口；烘干装置6内壁均匀分布有加热部件；在箱体外侧装有与该加热部件连接的控温器；温度由控温器进行调节。烘干装置6的烘干温度为60℃～120℃，温度控制精度为±5℃，烘干时间为6～10分钟。牵引装置8的拉牵速度为0.1～1.0m/min。
以下通过具体产品的成型实例对技术方案作详细说明。除另有说明，以下实施例所用的各种原料均可以通过商业途径获得。
采用酚醛树脂体系和玻璃纤维拉挤成型为复合材料型材断热条：
将纤维增强材料通过纱架装置1，纤维增强材料选用泰山玻璃纤维有限公司产，公称线密度4800tex的无碱玻璃E纤维；树脂采用济南圣泉集团股份有限公司F7300-1型号酚醛树脂胶液；树脂预聚合装置将酚醛树脂中添加氢氧化铝填料、黑色浆和脱模剂，以1:0.1:0.05:0.02质量比进行混合及处理。淋胶槽3将纱架装置1中出来的无碱玻璃E纤维进行淋胶及涂布；浸渍有酚醛树脂的无碱玻璃E纤维与放毡装置放出的纤维毡一同通过预成型板5的挤压；经挤压的酚醛树脂在无碱玻璃E纤维及纤维毡上均匀覆着。
通过预成型板5的带预聚合的酚醛树脂结合无碱玻璃E纤维和纤维毡，在80℃～110℃的烘干温度下，烘干1～2分钟后，烘干后的无碱玻璃E纤维和纤维毡经过预成型模板导向后进入模具7中，在190℃-220℃模具中加热固化1分钟；所用的烘干装置6采用变压器控温的电热管加热，进入模具中由设置在模具后面的牵引装置8进行牵引，再经切割装置9切割后完成。其中，牵引装置8的拉牵速度为1m/min。
断热条性能：树脂质量含量为纤维增强酚醛树脂复合材料质量的20％，树脂含量偏差±1％。弯曲强度554MPa，弯曲模量31.2GPa，压缩强度150MPa，压缩模量17.2GPa。其性能指标是采用：GB/T2577-2005玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法、GB/T1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法、GB/T1448-2005纤维增强塑料压缩性能试验方法等标准进行测试得到。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (10)
1.一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：它包括纱架装置(1)、树脂预聚合装置(2)、淋胶槽(3)、毡架(4)、预成型板(5)、烘干装置(6)、模具(7)和牵引装置(8)，所述纱架装置(1)、毡架(4)、预成型板(5)、烘干装置(6)、模具(7)和牵引装置(8)沿机架水平方向依次设置，所述毡架(4)上方设置有淋胶槽(3)，所述淋胶槽(3)与树脂预聚合装置(2)相连，所述树脂预聚合装置(2)内盛装酚醛树脂，所述树脂预聚合装置(2)内设置有加热机构，所述淋胶槽(3)上设置有流量泵，所述牵引装置(8)牵引纤维增强材料和纤维毡运动。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述牵引装置(8)为拉挤机，所述牵引装置(8)通过伺服电机驱动。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述牵引装置(8)后端设置有切割装置(9)，所述切割装置(9)为切割锯。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述酚醛树脂中添加氢氧化铝填料、黑色浆和脱模剂。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述树脂预聚合装置(2)上还设置有搅拌机构和排气结构。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述烘干装置(6)为隧道式结构，内壁上均匀布置有电热管，所述电热管与控温器相连。
7.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述牵引装置(8)的牵引速度为0.1～11.0m/min。
8.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述树脂预聚合装置(2)内的温度为50℃～130℃，预聚合时间为2～3分钟。
9.根据权利要求1所述的一种纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置，其特征在于：所述烘干装置(6)的烘干温度为60℃～120℃，烘干时间为6～10分钟。
10.一种基于权利要求1所述的纤维增强酚醛树脂复合材料成型装置的成型方法，其特征在于：通过树脂预聚合装置(2)对酚醛树脂进行处理，经过处理后的酚醛树脂通过淋胶槽(3)按设定流量淋到从纱架装置(1)出来的纤维增强材料上，之后纤维增强材料和从毡架(4)出来的纤维毡在牵引装置(8)的带动下顺序经过预成型板(5)、烘干装置(6)和模具(7)，最终形成纤维增强酚醛树脂复合材料。
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