CN205836107U - 拉挤管材 - Google Patents
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Abstract
一种拉挤管材，所述拉挤管材为空心的管状结构，其管壁至少包括环向纤维增强层和轴向纤维增强层，以及编织形成于最外层的二维纤维编织层。所述管材中至少一层沿周向为连续结构。本实用新型的管材为一层一层地编织或缠绕或排布而成，各层之间不存在预浸料数值含量高、在成型过程中层间容易出现分层现象、抗冲击性能差等问题。且本实用新型的所述管材中至少一层沿周向是结构连续的，无接缝或断层，力学性能优良且稳定。此外，在缠绕或排布外层时，会对内层形成一个均匀的压力，增强层间结合，有效解决了传统拉挤产品环向强度低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种拉挤管材及其制造设备。
背景技术
拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，生产过程能够实现完全自动化，生产效率高，具有纤维含量高、力学性能优良且稳定、能耗少等优点。然而，传统的拉挤成型工艺使得传统的拉挤产品具有环向强度低等缺陷。
为解决上述的强度问题，常采用多层纤维复合成型管材，如依次通过单层纤维卷制包裹的方式，形成多层纤维复合管材。
但是此方式形成的管材，卷层需要使用预浸料，成本高，且预浸料数值含量高，在成型过程中层间容易出现分层现象，抗冲击性能差。
实用新型内容
有鉴于此，有必要提出一种拉挤管材及其制造设备，以解决上述问题。
一种拉挤管材，所述拉挤管材为空心的管状结构，其管壁至少包括：
环向纤维增强层和轴向纤维增强层，以及编织形成于最外层的二维纤维编织层；
所述管材中至少一层沿周向为连续结构。
进一步地，所述管壁的由内至外的顺序依次包括环向纤维增强层、轴向纤维增强层和二维纤维编织层。
进一步地，所述环向纤维增强层和所述二维纤维编织层沿周向均为连续结构。
进一步地，所述环向纤维增强层由至少一根纤维环向缠绕而成。
进一步地，所述环向纤维增强层的缠绕角度为80°-90°。
进一步地，所述二维纤维编织层由至少两根纤维编织而成。
进一步地，所述二维纤维编织层的编织角度为20°-70°。
进一步地，所述轴向纤维增强层包括多根轴向平行的纤维。
进一步地，所述拉挤管材的管壁厚度为大于或等于0.5mm。
进一步地，所述轴向纤维增强层以及所述二维纤维编织层中的纤维层分别选自如下至少一种：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、或芳纶纤维。
进一步地，所述拉挤管材的管壁的每层纤维层上均设有树脂材料。
进一步地，所述树脂材料为热固性树脂，所述热固性树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、或酚醛树脂中的其中一种。
一种拉挤管材的制造设备，包括：
模芯；
固定台，用于固定所述模芯；以及
沿所述模芯的长度方向依次设置的缠绕机和纱架以及编织机，或沿所述模芯的长度方向依次设置的纱架和缠绕机以及编织机。
进一步地，沿所述模芯依次设置有：
缠绕机，用于按预定的缠绕角度在所述模芯上缠绕纤维；
纱架，用于引入轴向纤维；以及
编织机，用于按照预定的编织角度在最外层编织二维编织纤维。
进一步地，所述制造设备还包括：
分别设置在所述缠绕机、纱架以及编织机之后的注胶机。
进一步地，所述制造设备在上述元件之后沿模芯的长度方向还依次设置有成型模具、牵引机和切割机。
进一步地，所述成型模具的加热段为三段或四段式梯度升温。
进一步地，所述成型模具的加热方式采用加热板式或加热块式。
进一步地，所述牵引机采用如下任意一种：履带式牵引机、液压式牵引机、丝杠式牵引机。
进一步地，所述模芯为圆形、椭圆形、或多边形中的任意一种。
进一步地，所述缠绕机的缠绕角度为80°-90°。
进一步地，所述编织机的编织角度为20°-70°。
本实用新型提供的拉挤管材采用了在线编织缠绕拉挤的工艺，可以实现具有高环向强度复合材料拉挤管材的连续生产，生产效率高。
本实用新型的管材为一层一层地编织或缠绕或排布而成，各层之间不存在预浸料数值含量高、在成型过程中层间容易出现分层现象、抗冲击性能差等问题。且本实用新型的所述管材中至少一层沿周向是结构连续的，无接缝或断层，力学性能优良且稳定。
此外，在缠绕或排布外层时，会对内层形成一个均匀的压力，增强层间结合，有效解决了传统拉挤产品环向强度低的问题。
附图说明
图1是本实用新型实施例的一种拉挤管材的局部剖视图。
图2是图1的拉挤管材的横截面结构示意图。
图3是本实用新型实施例的一种拉挤管材的制造设备的排布示意图。
图4是本实用新型一种实施例的拉挤管材的的流程示意图。
图5是本实用新型另一种实施例的拉挤管材的的流程示意图。
主要元件符号说明
| 拉挤管材 | 100 |
| 环向纤维增强层 | 11 |
| 轴向纤维增强层 | 12 |
| 二维纤维编织层 | 13 |
| 制造设备 | 200 |
| 模芯 | 21 |
| 模具固定台 | 22 |
| 缠绕机 | 23 |
| 第一注胶机 | 241 |
| 第二注胶机 | 242 |
| 第三注胶机 | 243 |
| 纱架 | 25 |
| 编织机 | 26 |
| 成型模具 | 27 |
| 牵引机 | 28 |
| 切割机 | 29 |
| 制备方法 | 400、500 |
| 步骤 | 401-402、501-505 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为解决传统的拉挤成型工艺使得传统的拉挤产品具有环向强度低等缺陷，以及以现有方式形成的管材，卷层需要使用预浸料，成本高，且预浸料数值含量高，在成型过程中层间容易出现分层现象，抗冲击性能差等问题，本实用新型实施例提供一种拉挤管材，所述拉挤管材为空心的管状结构，其管壁至少包括环向纤维增强层和轴向纤维增强层，以及编织形成于最外层的二维纤维编织层。所述管材中至少一层沿周向为连续结构。
本实施方式中，环向纤维增强层和二维纤维编织层均沿周向连续，即其横截面无接缝或断层。此结构可保证拉挤管材在周向的强度，在受外力冲击时周向无受力薄弱点。
在其中一些实施例中，所述管壁的由内至外的顺序依次包括环向纤维增强层、轴向纤维增强层和二维纤维编织层。
基于上述拉挤管材，本实用新型实施例还提供一种拉挤管材的制造设备，包括模芯；固定台，用于固定所述模芯；以及沿所述模芯的长度方向依次设置的缠绕机和纱架以及编织机，或沿所述模芯的长度方向依次设置的纱架和缠绕机以及编织机。
在其中一些实施例中，沿所述模芯依次设置有：缠绕机，用于按预定的缠绕角度在所述模芯上缠绕纤维；纱架，用于引入轴向纤维；以及编织机，用于按照预定的编织角度在最外层编织二维编织纤维。
在其中一些实施例中，所述制造设备还包括分别设置在所述缠绕机、纱架以及编织机之后的注胶机。
在其中一些实施例中，所述制造设备在上述元件之后沿模芯的长度方向还依次设置有成型模具、牵引机和切割机。
在其中一些实施例中，所述缠绕机的缠绕角度为80°-90°，所述编织机的编织角度为20°-70°。
本实用新型的管材为一层一层地编织或缠绕或排布而成，各层之间不存在预浸料数值含量高、在成型过程中层间容易出现分层现象、抗冲击性能差等问题。且本实用新型的所述管材中至少一层沿周向是结构连续的，无接缝或断层，力学性能优良且稳定。
此外，在缠绕或排布外层时，会对内层形成一个均匀的压力，增强层间结合，有效解决了传统拉挤产品环向强度低的问题。
具体地，请参阅图1-2，本实用新型提供一种拉挤管材100。在本实施方式中，所述拉挤管材100为空心的管状结构，其管壁至少包括环向纤维增强层11和轴向纤维增强层12，以及编织形成于最外层的二维纤维编织层13。
在一种实施方式中，所述管壁的由内至外的顺序依次包括环向纤维增强层11、轴向纤维增强层12和二维纤维编织层13。可选地，在另一种实施方式中，所述管壁的由内至外的顺序依次包括轴向纤维增强层12、环向纤维增强层11和二维纤维编织层13。图1所示的所述拉挤管材100的纤维按照环向、轴向、以及二维的方式填充。
在本实施方式中，所述拉挤管材100的管壁厚度为大于或等于0.5mm。
所述拉挤管材100中至少一层沿周向为连续结构，即无接缝、断层等。在本实施方式中，所述环向纤维增强层11和所述二维纤维编织层13沿周向均为连续结构。
在本实施方式中，所述环向纤维增强层11由至少一根纤维环向缠绕而成。所述环向纤维增强层11的缠绕角度为80°-90°。可以理解的是，本实用新型所述的缠绕角度是指纤维与所述管材轴线的夹角。
在本实施方式中，所述二维纤维编织层13由至少两根纤维编织而成。所述二维纤维编织层13的编织角度为20°-70°。可以理解的是，本实用新型所述的编织角度是指纤维与所述管材轴线的夹角。若所述二维纤维编织层13由两根纤维编织而成时，则所述二维纤维编织层13的编织角度为正负20°-70°。
在本实施方式中，所述轴向纤维增强层12包括多根轴向平行的纤维。
在本实施方式中，所述轴向纤维增强层12以及所述二维纤维编织层13中的纤维层分别选自如下至少一种：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、或芳纶纤维。
所述拉挤管材100的管壁的每层纤维层上均设有树脂材料。在本实施方式中，所述树脂材料为热固性树脂，所述热固性树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、或酚醛树脂中的其中一种。
请参阅图3，是本实用新型实施例的一种拉挤管材100的制造设备200的排布示意图。所述制造设备200至少包括模芯21、以及沿所述模芯21的长度方向依次设置的缠绕机23和纱架25以及编织机26。在本实施方式中，所述制造设备200还包括用于固定所述模芯21的模具固定台22。可以理解，所述制造设备200也可以包括沿所述模芯21的长度方向依次设置的纱架25、缠绕机23以及编织机26。具体根据拉挤管材100的各层的成型顺序而定。
在本实施方式中，沿所述模芯21依次设置有缠绕机23、纱架25以及编织机26。其中，所述缠绕机23用于按预定的缠绕角度在所述模芯21上缠绕纤维。所述纱架25用于引入轴向纤维。所述编织机26用于按照预定的编织角度在最外层编织二维编织纤维。
在本实施方式中，所述缠绕机23的缠绕角度为80°-90°，所述编织机26的编织角度为20°-70°。
在本实施方式中，所述制造设备200还包括设置在所述缠绕机23之后的第一注胶机241、设置在所述纱架25之后的第二注胶机242以及设置在所述编织机26之后的第三注胶机243。
在本实施方式中，所述制造设备200在上述元件之后沿模芯21的长度方向还依次设置有成型模具27、牵引机28以及切割机29。
所述牵引机28可采用如下任意一种：履带式牵引机、液压式牵引机、丝杠式牵引机。
请参阅图4，是本实用新型一实施例的拉挤管材100的制备方法400的流程示意图。在本实施方式中，所述制备方法400包括以下工艺步骤：
步骤401，缠绕形成环向纤维增强层和排布形成轴向纤维增强层。
在本实施方式中，所述步骤401具体包括：缠绕形成环向纤维增强层并在所述环向纤维增强层外侧沿轴向排布形成轴向纤维增强层，或者沿轴向排布形成轴向纤维增强层并在所述轴向纤维增强层外侧缠绕形成所述环向纤维增强层。
步骤402，在最外层编织形成二维纤维编织层。
在本实施方式中，所述形成的管材中至少一层沿周向为连续结构。
请参阅图5，是本实用新型另一实施例的拉挤管材100的制备方法500的流程示意图。在本实施方式中，所述制备方法500包括以下工艺步骤：
步骤501，在模芯21上缠绕纤维，并对所述缠绕纤维注胶。
在本实施方式中，所述制备方法500采用图3所示的制造设备200来制备所述拉挤管材100。在本实施方式中，在步骤501之前还包括：
采用模具固定台22固定所述模芯21；以及
沿所述模芯21的长度方向依次设置缠绕机23、第一注胶机241、纱架25、第二注胶机242、编织机26、第三注胶机243、成型模具27、牵引机28、切割机29。
在本实施方式中，通过所述缠绕机23按预定的缠绕角度在所述模芯21上缠绕纤维，并通过所述第一注胶机241对所述缠绕纤维注胶。在本实施方式中，所述缠绕机23的缠绕角度为80°-90°。
步骤502，在注胶后的所述缠绕纤维上引入轴向纤维，并对所述轴向纤维注胶。
在本实施方式中，通过所述纱架25引入所述轴向纤维，并通过所述第二注胶机242对所述轴向纤维注胶。
步骤503，在注胶后的所述轴向纤维最外层编织二维纤维编织层，并对所述二维纤维编织层浸胶。
在本实施方式中，通过所述编织机26按预定的编织角度在最外层编织二维编织纤维，并通过所述第三注胶机243对所述二维编织纤维浸胶。在本实施方式中，所述编织机26的编织角度为20°-70°。
在本实施方式中，所述缠绕机23、所述纱架25、所述编织机26所使用的纤维为同种纤维或不同种纤维。
在本实施方式中，每一注胶机采用预先配好的树脂材料对相应的纤维层注胶。
步骤504，在纤维排布预成型为设计的管材形状后，固化预成型的纤维，使其固化成型为拉挤管材。
在本实施方式中，所述每一注胶过程采用预先配好的树脂材料对相应的纤维层注胶，所述树脂材料为热固性树脂，相应地，在纤维排布预成型为设计的管材形状后，加热固化预成型的纤维，使其固化成型为拉挤管材。
在本实施方式中，固化预成型的纤维的步骤具体包括：
先将所述成型模具27的温度调整到能够固化所述树脂的温度后，通过所述牵引机28拉动所述预成型的管材，并通过所述成型模具27加热固化所述树脂，使所述预成型的管材固化成型为拉挤管材。
在本实施方式中，所述成型模具27的加热段为三段或四段式梯度升温。所述成型模具27的加热方式采用加热板式或加热块式。
步骤505，切割所述拉挤管材。
在本实施方式中，通过所述切割机29按照预先设定好的程序将所述拉挤管材切割成具有预定长度的管材。
在本实施方式中，所述模芯21为圆形、椭圆形、或多边形中的任意一种，所述拉挤管材成型为圆形管、椭圆形管、或多边形管中的任意一种。
本实用新型提供的拉挤管材的制备方法采用了在线编织缠绕拉挤的工艺，可以实现具有高环向强度复合材料拉挤管材的连续生产，生产效率高。
按照本实用新型的制备方法制成的管材为一层一层地编织或缠绕或排布而成，各层之间不存在预浸料数值含量高、在成型过程中层间容易出现分层现象、抗冲击性能差等问题。且本实用新型的所述管材中至少一层沿周向是结构连续的，无接缝或断层，力学性能优良且稳定。
此外，在缠绕或排布外层时，会对内层形成一个均匀的压力，增强层间结合，有效解决了传统拉挤产品环向强度低的问题。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
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Claims (12)
1.一种拉挤管材，所述拉挤管材为空心的管状结构，其管壁至少包括：
环向纤维增强层和轴向纤维增强层，以及编织形成于最外层的二维纤维编织层；
所述管材中至少一层沿周向为连续结构。
2.如权利要求1所述的拉挤管材，其特征在于：所述管壁的由内至外的顺序依次包括环向纤维增强层、轴向纤维增强层和二维纤维编织层。
3.如权利要求2所述的拉挤管材，其特征在于：所述环向纤维增强层和所述二维纤维编织层沿周向均为连续结构。
4.如权利要求2所述的拉挤管材，其特征在于：所述环向纤维增强层由至少一根纤维环向缠绕而成。
5.如权利要求4所述的拉挤管材，其特征在于：所述环向纤维增强层的缠绕角度为80°-90°。
6.如权利要求2所述的拉挤管材，其特征在于：所述二维纤维编织层由至少两根纤维编织而成。
7.如权利要求6所述的拉挤管材，其特征在于：所述二维纤维编织层的编织角度为20°-70°。
8.如权利要求2所述的拉挤管材，其特征在于：所述轴向纤维增强层包括多根轴向平行的纤维。
9.如权利要求1或2所述的拉挤管材，其特征在于：所述拉挤管材的管壁厚度为大于或等于0.5mm。
10.如权利要求2所述的拉挤管材，其特征在于：所述轴向纤维增强层以及所述二维纤维编织层中的纤维层分别选自如下至少一种：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、或芳纶纤维。
11.如权利要求1所述的拉挤管材，其特征在于：所述拉挤管材的管壁的每层纤维层上均设有树脂材料。
12.如权利要求11所述的拉挤管材，其特征在于：所述树脂材料为热固性树脂，所述热固性树脂选自环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂、或 酚醛树脂中的其中一种。
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