CN219505479U - 一种纤维增强复合材料的成型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种纤维增强复合材料的成型装置，成型装置包括：纤维引导组件，与拉挤成型组件相邻设置，用于将浸胶纤维引导送入拉挤成型组件；拉挤成型组件，用于向浸胶纤维施加热量，以将浸胶纤维固化成型为纤维增强复合材料。其中，拉挤成型组件中设有挤压组件，挤压组件设有纹路。挤压组件用于向预成型的纤维增强复合材料施加压力，以将纹路印制于纤维增强复合材料的至少部分表面。本实用新型提供的成型装置在连续拉挤工艺的过程中可以增加纤维增强复合材料的表面粗糙度，减少辅助材料的使用，减少处理工序，提高生产效率。此外，本实用新型还能够避免因打磨而产生粉尘，改善作业环境，并避免脱模布的使用，降低生产成本。

Description

一种纤维增强复合材料的成型装置

技术领域

本实用新型涉及纤维增强复合材料加工制造的技术领域，具体而言，涉及一种纤维增强复合材料的成型装置。

背景技术

纤维增强树脂型材在轨道交通、建筑建材、家居家装等多个领域均具有广泛的应用前景。比如，从前铁路线路使用的轨枕主要是预应力钢筋混凝土轨枕和木枕。但制作木枕需要优质的硬质木材，优质木材资源有限，这不利于生态环境的可持续性。同时为了木枕的耐腐蚀性来延长使用寿命，在木枕制作过程中使用化学防腐剂，这也会对环境和工人的健康带来了隐患。针对目前常用预应力钢筋混凝土轨枕和木枕所具有的缺陷，以及复合材料技术的不断发展。纤维增强树脂的复合材料成为了一种很好的取代材料。纤维增强树脂的复合材料具有与天然木材相似的结构，并且不易腐烂，性能优异，可以作为轨道交通设施、建筑装饰材料代替木材。拉挤成型是热固性纤维增强树脂型材的成型方法之一，其具有简单、高效的特点，适用于断面形状固定不变的型材生产。对于纤维增强树脂型材而言，在部分应用场景中，需要纤维增强树脂型材的表面具备一定的粗糙度。相关技术中通常采用例如打磨的后处理，来增加纤维增强树脂型材的表面粗糙度。其存在的技术问题是：工艺繁琐，加工效率较低。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是如何以简单高效的工艺，提高纤维增强复合材料的表面粗糙度。

为解决上述问题，本实用新型提供一种纤维增强复合材料的成型装置。成型装置包括：纤维引导组件，纤维引导组件与拉挤成型组件相邻设置；纤维引导组件用于将浸胶纤维引导送入拉挤成型组件；拉挤成型组件，拉挤成型组件用于向浸胶纤维施加热量，以将浸胶纤维固化成型为纤维增强复合材料，拉挤成型组件包括至少两个加热部件；挤压组件，挤压组件位于至少两个加热部件之间，挤压组件设有纹路；其中，挤压组件用于向预成型的纤维增强复合材料施加压力，以将纹路印制于纤维增强复合材料的至少部分表面。

在上述任一技术方案中，成型装置还包括：型材牵引组件，型材牵引组件设于拉挤成型组件远离纤维引导组件的一端；其中，型材牵引组件用于牵引纤维增强复合材料离开拉挤成型组件。

在上述任一技术方案中，成型装置还包括：锯切组件，锯切组件设于型材牵引组件远离拉挤成型组件的一端；其中，锯切组件用于将纤维增强树脂型分段锯切。

在上述任一技术方案中，至少两个加热部件包括依次设置的预热部件、固化部件和离型部件；其中，挤压组件位于预热部件和固化部件之间。

在上述任一技术方案中，挤压组件包括：第一挤压件，第一挤压件设于纤维增强复合材料的任一侧；第二挤压件，第二挤压件设于纤维增强复合材料相对于任一侧的另一侧；其中，第一挤压件和第二挤压件中的至少一者设有纹路，第一挤压件和第二挤压件中的任一者沿顺时针滚动，另一者沿逆时针滚动。

在上述任一技术方案中，第一挤压件和第二挤压件分别为履带。

在上述任一技术方案中，第一挤压件和第二挤压件分别为滚筒。

在上述任一技术方案中，挤压组件包括：往复移动机构，往复移动机构设于纤维增强复合材料的任一侧，并设有纹路；其中，往复移动机构沿目标方向移动，以靠近纤维增强复合材料，并向纤维增强复合材料施加压力，往复移动机构沿目标方向的反向移动，以远离纤维增强复合材料。

在上述任一技术方案中，纹路为以下至少之一或其组合：条形纹路、圆点形纹路、多边形纹路。

在上述任一技术方案中，成型装置还包括：压力传感器，压力传感器设于挤压组件，并用于检测挤压组件向纤维增强复合材料施加的压力。

有益效果

本实用新型提供的成型装置在连续拉挤工艺的过程中可以实现对纤维增强复合材料的表面处理，增加纤维增强复合材料的表面粗糙度，由此可以省略后期的打磨处理。此外，本实用新型还能够避免因打磨而产生粉尘，改善作业环境。最后，本实用新型还可以避免脱模布的使用。最终，本实用新型提供的成型装置可以在不进行打磨且不采用脱模布的情况下，提高拉挤制品的表面粗糙度，减少辅助材料的使用，减少处理工序，提高生产效率，并降低生产成本。

附图说明

图1为相关技术中纤维增强复合材料的成型装置的结构示意图；

图2为本实用新型的纤维增强复合材料的成型装置的结构示意图；

图3为本实用新型的挤压组件的纹路示意图之一；

图4为本实用新型的挤压组件的纹路示意图之二；

图5为相关技术中纤维增强复合材料的表观示意图；

图6为本实用新型的成型装置获得的纤维增强复合材料的表观示意图。

图1和图5中附图标记说明：

成型装置：100’；拉挤成型组件：110’；预热部件：111’；固化部件：112’；离型部件：113’；纤维引导组件：130’；型材牵引组件：140’；锯切组件：150’；纤维增强复合材料：200’。

图2-4和图6中附图标记说明：

成型装置：100；拉挤成型组件：110；预热部件：111；固化部件：112；离型部件：113；挤压组件：120；第一挤压件：121；第二挤压件：122；纤维引导组件：130；型材牵引组件：140；锯切组件：150；压力传感器：160；纤维增强复合材料：200。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，相关技术中成型装置100’采用的典型拉挤成型工艺主要由送纱、浸胶、预成型、固化成型、牵引和切割等工序组成，其工艺流程一般为，将纤维(纱束)从放置架上引出，经过集束进入胶槽浸胶，然后由纤维引导组件130’牵伸进入预成型模具，挤出多余的树脂并在压实过程中排除气泡，再进入拉挤成型组件110’，由此，带有树脂的纤维在拉挤成型组件110’中固化成型，再由型材牵引组件140’拉出，最后由锯切组件150’切割成所需长度的纤维增强复合材料200’。

为使纤维增强复合材料200’具有优质的表面及所需的理化性能，以达到在一定牵引速率下进行连续性生产的基本要求，基于树脂固化工艺特点，相关技术中的成型装置100’一般将拉挤成型组件110’的加热温度分为预热部件111’、固化部件112’和离型部件113’三个区间。

浸渍树脂的纤维在进入拉挤成型组件110’的预热部件111’后，树脂在温度作用下均匀化，使后续的固化更加完全。同时浸渍树脂的纤维因热胀而产生液压，使之紧贴于拉挤成型组件110’的型腔表面，使得纤维增强复合材料200’的表面粗糙度降低。

经过预热部件111’并进入固化部件112’后，在此加热温度下纤维树脂迅速固化成具有一定力学性能的型材。然后，在进入离型部件113’后固化放热出现不同程度的体积收缩，而使纤维增强复合材料200’与模具表面分开，摩擦力下降，并在型材牵引组件140’的作用下出模。

因此，如图5所示，在相关技术中，拉挤成型的纤维增强复合材料200’其表面平整光滑，无法满足表面粗糙度高、不规整的需求。特别的对于有层间灌注粘接的板材，为提高层间结合性能，在灌注或粘接前还需要表面打磨粗糙或通过成型过程中在纤维增强复合材料200’表面引入辅助材料。例如，在纤维增强复合材料200’的板材表面包覆脱模布，该材料揭掉后可以在板材表面形成一定形状的纹路，增加其表面的粗糙度。再例如，对于有防滑需求的板材，一般还需要在其表面刷漆同时铺一些小粒径的石子颗粒等，以增加其表面粗糙度达到防滑的目的。但是，以上方法都额外增加了产品应用工序以及成本。

因此，为提高拉挤成型工艺生产制品的应用空间，降低成本，结合拉挤成型工艺的技术特点以及发明人的技术经验，本实用新型提供了一种纤维增强复合材料的成型装置100。

如图2所示，该成型装置100包括：纤维引导组件130、拉挤成型组件110、型材牵引组件140和锯切组件150。

其中，纤维引导组件130具体可以包括定张力纱架和导纱引纱装置，其作用是用于将浸胶纤维引导送入拉挤成型组件110。具体而言，以玻纤纱作为增强纤维为例，可以将玻纤纱从定张力纤维纱架上抽出，经过导纱引纱装置将纱束牵引至拉挤成型组件110的入口处。

可以理解，在将纤维引导送入拉挤成型组件110之前，需要将其浸没于树脂中，进行浸胶处理。本实施例中的纤维可以是玻璃纤维，也可以是纺织纤维，或其他纤维。本实施例中的树脂的种类和配方可由本领域技术人员根据实际需要进行选择和调整。

纤维引导组件130与拉挤成型组件110相邻设置，拉挤成型组件110用于向浸胶纤维施加热量，以将浸胶纤维固化成型为纤维增强复合材料。拉挤成型组件110可以通过机械连接的方式被固定，也可以单独设置。

拉挤成型组件110为了实现上述的加热成型目的，拉挤成型组件110包括至少两个加热部件。示例性地，至少两个加热部件包括依次设置的预热部件111、固化部件112和离型部件113。其中，拉挤成型组件110可以为分段式结构。比如，预热部件111与固化部件112、离型部件113分开，或离型部件113与预热部件111、固化部件112分开。也可以是单独的预热部件111，或单独的预热部件111与固化部件112。还可以将固化部件112设置为单独的热固箱或热固炉。

型材牵引组件140设于拉挤成型组件120远离纤维引导组件130的一端，型材牵引组件140用于牵引纤维增强复合材料离开拉挤成型组件110。型材牵引组件140可以调节拉挤成型的速度。

锯切组件150设于型材牵引组件140远离拉挤成型组件110的一端，锯切组件150用于将纤维增强树脂型分段锯切，最终获得如图2右侧所示的纤维增强复合材料200的成品。示例性地，锯切组件150可以包括刀头，其通过上下往复移动，带动刀头上下移动，以此完成对纤维增强树脂型材的分段锯切。

示例性地，本实施例的纤维增强合成轨枕的制备方法具体包括以下步骤：S1、导纱，将纤维导入注胶盒；S2、浸渍，向所述注胶盒中注入树脂基体，使得纤维在树脂基体中进行浸渍；S3、成型处理，对内部和/或表面分布有纤维的树脂基体进行挤压成型、牵引、冷却和切割，获得纤维增强树脂型材。

其中，步骤S1的导纱是指，将至少一种的纤维通过导纱装置引导至注胶盒1中。纤维可以是1000tex～9000tex的任一种或几种纤维无捻粗纱，也可扩展为合股纱。导纱装置有效提高了纤维在树脂中的分布均匀程度，提高了产品性能的均一性。步骤S2的浸渍是指将树脂基体混合均匀后注入注胶盒，使纤维材料浸渍于树脂基体中。树脂基体可以是包括异氰酸酯和多元醇混合物的双组份发泡聚氨酯。步骤S3的成型处理是指，通过送料装置将带有纤维的树脂基体(组合体)送至拉挤模具110中挤压成型并固化，固化温度范围可以为100℃～220℃，完成固化成型过程后，通过型材牵引组件140将产品拉至拉挤模具110的外部，进行冷却和切割。上述步骤中纤维可以为连续增强纤维和/或纤维织物3的至少一种。连续增强纤维的材料选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种或几种的组合。纤维织物为编织布、无纺布、三维织物中的任意一种或几种的组合。

拉挤成型组件110中设有挤压组件120，挤压组件120位于至少两个加热部件之间。优选地，挤压组件120位于预热部件111和固化部件112之间。挤压组件120设有纹路，该纹路可以为凹印纹路，也可以为凸印纹路。

可以理解，在本实用新型中，挤压组件120用于向预成型的纤维增强复合材料施加压力，以将纹路印制于纤维增强复合材料的至少部分表面。

具体而言，挤压组件120可以为液压结构或气压机构，挤压组件120在压力作用下实现向预热后的纤维增强复合材料的表面的挤压运动，其表面的凹凸结构在压力作用下在纤维增强复合材料表面形成纹路。挤压组件120的材质可以为金属材料、陶瓷材料、玻璃、高分子材料等。

示例性地，该纹路可以纹路为以下至少之一或其组合：条形纹路、圆点形纹路、多边形纹路。条形纹路包括直条形纹路，或水波纹形纹路。多条的条形纹路之间可相互平行，也可相互交叉。圆点形纹路包括点状纹路，或圆形纹路，或椭圆形纹路。多边形纹路包括菱形纹路，或三角形纹路，或矩形纹路，或五边形以上的多边形纹路。

在一个示例中，如图3所示，该纹路可以为以矩阵形式有序排列的多个凸点或凸包状纹路。在另一个示例中，如图4所示，该纹路可以为多条间隔布置的条形纹路。在再一个示例中，该纹路可以为无序排列的任一不规则形状的纹路。

本实用新型采用的成型方法为将浸渍树脂的纤维(以下简称“组合体”)先经过拉挤成型组件110的预热部件111，此时组合体刚开始固化，其硬度较小，可以便于采用挤压组件120实现对其表面进行处理。挤压组件120的表面印刻一定形状、尺寸规格的纹路。完成纹路印制后的纤维增强复合材料再经由拉挤成型组件110的固化部件112进一步固化成型，并在型材牵引组件140的作用下拉出，得到表面具有纹路的纤维增强复合材料。

挤压组件120包括：第一挤压件121，第一挤压件121设于纤维增强复合材料的任一侧；第二挤压件122，第二挤压件122设于纤维增强复合材料相对于任一侧的另一侧；其中，第一挤压件121和第二挤压件122中的至少一者设有纹路，第一挤压件121和第二挤压件122中的任一者沿顺时针滚动，另一者沿逆时针滚动。

在一个示例中，如图2所示，第一挤压件121和第二挤压件122分别为履带。第一挤压件121设于纤维增强复合材料的上方，第二挤压件122设于纤维增强复合材料的下方，第一挤压件121逆时针滚动，第二挤压件122顺时针滚动。

在另一个示例中，第一挤压件121和第二挤压件122分别为滚筒。滚筒具体筒状或圆柱状的结构，上下两个滚筒分别滚动，将位于两者之间的预热软化后的纤维增强复合材料印制出花纹。

第一挤压件121和第二挤压件122与受拉挤的纤维增强复合材料以相同的速度同步运转，由此在纤维增强复合材料的表面印制连续或不连续的花纹。

在再一个示例中，挤压组件120包括：往复移动机构。往复移动机构可以在电机或其他动力部件的驱动作用下往复移动。往复移动机构设于纤维增强复合材料的任一侧，并设有纹路。其中，往复移动机构沿目标方向移动，以靠近纤维增强复合材料，并向纤维增强复合材料施加压力，往复移动机构沿目标方向的反向移动，以远离纤维增强复合材料。

具体而言，往复移动机构的数量可以为1个，其设置在纤维增强复合材料的上方，并能够沿纵向方向上下移动。往复移动机构的下部设有纹路印制板，往复移动机构下移后，纹路印制板在纤维增强复合材料的上表面印制纹路，往复移动机构上移，则抬起并离开纤维增强复合材料。

此外，成型装置100还包括压力传感器160，压力传感器160设于挤压组件120，并用于检测挤压组件120向纤维增强复合材料施加的压力。

具体而言，压力传感器160的数量可以为一个或多个，压力传感器160与成型装置100的控制器通信连接，以将检测到的用于反应压力程度的电信号传送给控制器。由此，控制器根据压力程度调节挤压组件120的挤压力度，以调节型材表面的纹路深度。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合材料的成型装置，其特征在于，所述成型装置（100）包括：

纤维引导组件（130），所述纤维引导组件（130）与拉挤成型组件（110）相邻设置，所述纤维引导组件（130）用于将浸胶纤维引导送入所述拉挤成型组件（110）；

所述拉挤成型组件（110），所述拉挤成型组件（110）用于向所述浸胶纤维施加热量，以将所述浸胶纤维固化成型为所述纤维增强复合材料，所述拉挤成型组件（110）包括至少两个加热部件；

挤压组件（120），所述挤压组件（120）位于所述至少两个加热部件之间，所述挤压组件（120）设有纹路，所述挤压组件（120）用于向预成型的所述纤维增强复合材料施加压力，以将所述纹路印制于所述纤维增强复合材料的至少部分表面。

2.根据权利要求1所述的成型装置，其特征在于，所述成型装置（100）还包括：

型材牵引组件（140），所述型材牵引组件（140）设于所述拉挤成型组件（110）远离所述纤维引导组件（130）的一端；

其中，所述型材牵引组件（140）用于牵引所述纤维增强复合材料离开所述拉挤成型组件（110）。

3.根据权利要求2所述的成型装置，其特征在于，所述成型装置（100）还包括：

锯切组件（150），所述锯切组件（150）设于所述型材牵引组件（140）远离所述拉挤成型组件（110）的一端；

其中，所述锯切组件（150）用于将所述纤维增强树脂型分段锯切。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的成型装置，其特征在于，所述至少两个加热部件包括依次设置的预热部件（111）、固化部件（112）和离型部件（113）；其中，所述挤压组件（120）位于所述预热部件（111）和所述固化部件（112）之间。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的成型装置，其特征在于，所述挤压组件（120）包括：

第一挤压件（121），所述第一挤压件（121）设于所述纤维增强复合材料的任一侧；

第二挤压件（122），所述第二挤压件（122）设于所述纤维增强复合材料相对于所述任一侧的另一侧；

其中，所述第一挤压件（121）和所述第二挤压件（122）中的至少一者设有所述纹路，所述第一挤压件（121）和所述第二挤压件（122）中的任一者沿顺时针滚动，另一者沿逆时针滚动。

6.根据权利要求5所述的成型装置，其特征在于，所述第一挤压件（121）和所述第二挤压件（122）分别为履带。

7.根据权利要求5所述的成型装置，其特征在于，所述第一挤压件（121）和所述第二挤压件（122）分别为滚筒。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的成型装置，其特征在于，所述挤压组件（120）包括：

往复移动机构，所述往复移动机构设于所述纤维增强复合材料的任一侧，并设有所述纹路；

其中，所述往复移动机构沿目标方向移动，以靠近所述纤维增强复合材料，并向所述纤维增强复合材料施加压力，所述往复移动机构沿所述目标方向的反向移动，以远离所述纤维增强复合材料。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的成型装置，其特征在于，所述纹路为以下至少之一或其组合：

条形纹路、圆点形纹路、多边形纹路。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的成型装置，其特征在于，所述成型装置（100）还包括：

压力传感器（160），所述压力传感器（160）设于所述挤压组件（120），并用于检测所述挤压组件（120）向所述纤维增强复合材料施加的压力。