專利名稱：多層纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種型材的拉擠成形工藝及裝置，尤其涉及一種內、外注膠式的多層 纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝及裝置。
背景技術：
目前所公布的在線編織或纏繞成型纖維增強熱固性塑料型材生產方法，其工藝布 局及纖維浸漬方式局限都難以實現(xiàn)纖維束多層次、多取向的積層，且存在著污染環(huán)境、膠液 易氧化難以控制等缺陷。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種能夠保證并有助于提高型材質量的多層纖維復合積層型材的立 式拉擠成形工藝及裝置。本發(fā)明采用如下技術方案技術方案一本發(fā)明所述的多層纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝取一管狀芯模，以先 在管狀芯模上布置縱向纖維束積層、再在縱向纖維束積層上布置環(huán)向纖維束積層的纖維交 替布置方法，在管狀芯模上布置縱向纖維和環(huán)向纖維，由相互疊合的縱向纖維束積層和環(huán) 向纖維束積層形成纖維復合積層并由牽引機牽引移動；將一部分膠液引入管狀芯模的內部并使膠液流出管狀芯模進入纖維復合積層內 部并從纖維復合積層內部向纖維復合積層注膠，與此同時，另一部分膠液從纖維復合積層 外部注膠，使膠液浸透纖維復合積層，所述膠液溫度控制在40°C 80°C范圍內；最后，浸透膠液的纖維復合積層在牽引機的繼續(xù)牽引下通過的加熱成型模具加熱 成形，成為多層纖維復合積層型材，，所述的加熱成形溫度為控制在80°C 200°C范圍內。技術方案二 本發(fā)明所述的實現(xiàn)上述立式拉擠成形工藝的裝置包括用于牽引纖維復合積層 的牽引機和加熱成型模具，在加熱成型模具上設有內外注膠裝置，在內外注膠裝置上設有 管狀芯模，所述內外注膠裝置的內部注膠口與管狀芯模的一個管口連接，管狀芯模的另一 個管口及所述內外注膠裝置的外部注膠口連接于注膠泵，在管狀芯模至少套設有一組布紗 器，所述的一組布紗器包括縱向紗卷和環(huán)向繞紗器，縱向紗卷在沿牽引方向上位于環(huán)向繞 紗器的前方。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明旨在提供一種能實現(xiàn)，中空和實心且具有多層次不同纖維取向結構的增強 熱固性塑料型材生產工藝方法。此工藝采用了縱、環(huán)向纖維束積層在通過加熱成型模具前 的內注膠接頭和外注膠套時，同時注入膠液浸漬纖維束復合積層的工藝方法。此內、外同時 對纖維束復合積層注膠浸漬工藝方法，不同于傳統(tǒng)的槽式浸膠和現(xiàn)公布的浸膠方式，克服 了現(xiàn)有浸膠方法污染環(huán)境、膠液長時間接觸空氣導致膠液氧化等缺點，使得增強纖維束多
3層次積層能方便地實現(xiàn)，從而獲得高性能的纖維增強熱固性型材。本發(fā)明的內外注膠方法及內外注膠裝置，尤其是采用了環(huán)形注膠槽的技術措施 后，并分別通過注膠孔及注膠管等與膠液注輸比例泵連通。當縱、環(huán)向纖維束積層通過內、 外注膠槽位置時。經(jīng)注膠比例泵加壓的膠液通過注膠管輸送到內、外注膠槽位置。同時向 縱、環(huán)向纖維束積層內部注入膠液。采用內外同時注入膠液的浸漬纖維方式；此時膠液具有 40°C 80°C的溫度以及較低的粘度，所以能快速地浸透縱、環(huán)向纖維束積層?？捎行У乜朔?空氣泡附壁現(xiàn)象，將空氣從纖維束積層內部排出，從而可生產出氣隙含量極少的型材。由于 采用在靠近加熱成型模具入口位置內、外同時對縱、環(huán)向纖維束積層進行注膠浸漬，與傳統(tǒng) 的纖維束邊積層邊浸膠方式相比具有浸膠裝置體積小，纖維束在積層過程中設備與環(huán)境 非常清潔，膠液在近似封閉的狀態(tài)下浸漬纖維束積層。由于縱、環(huán)向纖維束在積層過程不含 膠液所以大大降低了牽引的粘滯阻力，從而降低了牽引力。由于以上優(yōu)點，從而可以方便地 實現(xiàn)多層次大截面纖維增強型材的成型。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖；其中各部件名稱1、管狀芯模，2、環(huán)向繞紗器，3、內注膠接頭，4、內成型芯模，5、外 注膠套，6、加熱成型模具，7.牽引機，8、注膠管，9、膠液注輸比例泵，10、縱向紗卷。圖2是本發(fā)明的局部結構放大示意圖。圖3是本發(fā)明的內外注膠裝置結構示意圖。圖4是本發(fā)明的內外注膠裝置A-A剖視圖。圖5是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例1一種多層纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝，取一管狀芯模1，以先在管狀芯 模1上布置縱向纖維束積層、再在縱向纖維束積層上布置環(huán)向纖維束積層的纖維交替布置 方法，在管狀芯模1上布置縱向纖維和環(huán)向纖維，由相互疊合的縱向纖維束積層和環(huán)向纖 維束積層形成纖維復合積層并由牽引機7牽引移動；將一部分膠液引入管狀芯模1的內部并使膠液流出管狀芯模1進入纖維復合積 層內部并從纖維復合積層內部向纖維復合積層注膠，與此同時，另一部分膠液從纖維復合 積層外部注膠，使膠液浸透纖維復合積層，所述膠液溫度控制在40°C 80°C范圍內，在本 實施例中，注入纖維束復合積層的膠液溫度根據(jù)具體工藝要求控制在40°C 80°C，例如 40°C、55°C、76°C或80°C ；為了使膠液能夠更好的浸透纖維復合積層，注膠壓力最好選擇 0. 1 0. 8Mpa，例如0. U0. 3、0· 6 或 0. 8Mpa ；最后，浸透膠液的纖維復合積層在牽引機7的繼續(xù)牽引下通過的加熱成型模具 6加熱成形，成為多層纖維復合積層型材，所述的加熱成形溫度為控制在80°C 20(TC范 圍內，在本實施例中，加熱成型溫度根據(jù)具體工藝要求控制在80°C 200°C，例如80°C、 110°C、155°C、190°C或 2000C0實施例2
一種實現(xiàn)立式拉擠成形工藝的裝置，包括用于牽引纖維復合積層的牽引機7和 加熱成型模具6，在加熱成型模具6上設有內外注膠裝置，在內外注膠裝置上設有管狀芯 模1，所述內外注膠裝置的內部注膠口與管狀芯模1的一個管口連接，管狀芯模1的另一個 管口及所述內外注膠裝置的外部注膠口連接于注膠泵，在管狀芯模1至少套設有一組布紗 器，所述的一組布紗器包括縱向紗卷10和環(huán)向繞紗器2，縱向紗卷10在沿牽引方向上位于 環(huán)向繞紗器2的前方。在本實施例中，可以在管狀芯模1套設有1組、2組、5組或更多組布紗器，布紗器的具體組數(shù)是根 據(jù)具體產品的結構性能要求來定，它是以獲得具有縱、環(huán)向纖維紗束多層次結構特性的積 層數(shù)來確定的。所述內外注膠裝置包括內注膠接頭3和外注膠套5，內注膠接頭3設在外注膠套5 的內部，在內注膠接頭3內設有內注膠通道301，在內注膠通道301上設有內部注膠口 302 且所述內部注膠口 302作為內外注膠裝置的內部注膠口，在外注膠套5上設有外部注膠口 502且外部注膠口 502作為外外注膠裝置的內部注膠口，所述內部注膠口 302與外部注膠 口 502相向設置，在內注膠接頭3與外注膠套5之間設有用于纖維復合積層11通過的間隙 12。如果制備的型材是中空型材，則需要在內注膠接頭3上連接有成型內芯模4且成 型內芯模4延伸并進入加熱成型模具6的內部。所述注膠泵采用膠液注輸比例泵9且膠液注輸比例泵9的一個出口與管狀芯模1 的另一個管口連接，膠液注輸比例泵9的另一個出口與外部注膠口 502連接。環(huán)向繞紗器2可以根據(jù)需要進行選擇，如果需要編織層，則環(huán)向繞紗器2為編織 機；如果需要纏繞層，則環(huán)向繞紗器2為纏繞機，且纏繞機的纏繞模塊套設在管狀芯模1上。為了進一步提高注膠效果，即使得膠能夠更加均勻地浸透纖維復合積層，本實施 例在內注膠接頭3上設有開口朝向外注膠套5的環(huán)形注膠內槽303，在外注膠套5上設有開 口朝向內注膠接頭3的環(huán)形注膠外槽503，并且，環(huán)形注膠內槽303與環(huán)形注膠外槽503面 對面設置，所述環(huán)形注膠內槽303與內部注膠口 302相通，所述環(huán)形注膠外槽503與外部注 膠口 502相通，這一技術措施可使所注膠水集中于環(huán)形注膠外槽503與環(huán)形注膠內槽303 中，集中于內外槽中的膠水從纖維復合積層內外實施相向注膠，從而使膠水能夠均勻地浸 透纖維復合積層。上述環(huán)形注膠外槽503及環(huán)形注膠內槽303的尺寸深度約為3 6mm， 寬度約為2 4mm。本發(fā)明各部件的功能及技術說明1.管狀芯模管狀芯模1是固定于機架上，用金屬材料制成的空心管芯模。作用 是供注膠管8從內部穿過和纖維紗在其外表面包裹積層，并使得完成積層的復合層纖維在 牽引機7的牽引下沿其外表面向加熱成型模具6滑移。2.編織機或纏繞機模塊模塊是指兩種可單獨安裝，并由步進電機驅動的編織機 或纏繞機，這兩種機械裝置都是圍環(huán)繞管狀芯模1的軸心作水平轉動，編織機或纏繞機都 是圓盤式結構。圓盤中心是通孔，供管狀芯模1和縱向纖維穿過，盤上裝有編織紗錠或纏繞 紗錠。此模塊的轉動與牽引機7實行同步控制，圓盤紗錠上的纖維紗束通過導引裝置，在相 鄰兩縱向紗層之間進行均勻地編織或纏繞積層，編織機或纏繞機模塊安裝數(shù)量，由具體型
3.內注膠接頭此件兩端用螺紋與管狀芯模1和成型內芯模4連接，其上的環(huán)向 注膠槽與注膠管8連通，膠液在膠液注輸比例泵9的壓力輸送下，通過環(huán)形注膠槽均勻注入 復合層纖維的內部。在制造實心型材時不需安裝成型內芯模4，這時內注膠接頭3可以與管 狀芯模1設計為一體結構。4.成型內芯模與內注膠接頭3連接，外形大小與型材內腔尺寸一致的金屬芯模。 在制造實心型材時不需要。5.外注膠套與加熱成型模具6連接，設有內環(huán)形注膠槽，注膠管8通過注膠孔與 注膠槽連通，膠液在膠液注輸比例泵9的壓力輸送下，通過環(huán)形注膠槽均勻由外向內注入 復合層纖維的內部，這樣型材復合層纖維內外同時注入膠液，可充分地浸透纖維從而獲得 優(yōu)質的產品。6.加熱成型模具安裝于機架上，具有與型材外形一致的模腔，此模采用恒溫電 加熱控制。浸透膠液的復合積層纖維，在牽引機7的牽引下通過加熱成型模具6時，膠液在 固化劑和加熱的作用下，與復合積層纖維固化成具有與模腔一致外形的型材。7.牽引機安裝機架上，牽引機7可以是履帶牽引機、液壓牽引機或絲桿牽引機。 它通過安裝于其上的夾持裝置牽引型材移動。此牽引機7的牽引速度，應與編織機或纏繞 機模塊2，膠液注輸比例泵9實行程序聯(lián)動控制。8.注膠管使膠液注輸比例泵9與內注膠接頭3、外注膠套5連通，讓加壓的膠液 輸入內注膠接頭3和外注膠套5上的環(huán)形注膠槽。9.膠液注輸比例泵將配制了固化劑、脫模劑等的樹脂膠液，按型材所需含膠比 例加壓經(jīng)注膠管8輸入到內、外環(huán)形注膠槽，從而浸透復合層纖維。此泵膠液輸出速率，應 于牽引機7速度同步。10.縱向紗卷放置于紗架上，紗卷上的纖維紗束通過導紗裝置均勻環(huán)向逐層分 布于管狀芯模1周圍，從而形成各縱向纖維層。本發(fā)明將放置于紗架上的紗卷纖維束，通過導紗裝置均勻地逐層縱向布置于管狀 芯模1外側，再將布置好的各層纖維紗沿管狀芯模1軸向，通過編織機或纏繞機模塊2、內 注膠接頭3、成形內芯模4、外注膠套5、加熱成型模具6引入牽引機7，牽引機7以設定的速 度牽引各層縱向纖維紗沿軸向移動，在兩縱向紗層之間安裝于機架上的編織機或纏繞機模 塊2，繞管狀芯模1以設定的速度水平轉動，裝在轉動盤紗錠上的纖維紗束，通過導紗裝置 在縱向纖維紗層上編織或纏繞環(huán)向纖維紗層，形成纖維的編織層或纏繞層。根據(jù)產品尺寸及性能要求，布置縱向纖維及編織或纏繞纖維的數(shù)量和層數(shù)。經(jīng)過 以上步驟可以在管狀芯模1上形成具有多層縱向纖維及環(huán)向編織或纏繞纖維的復合積層 纖維，此復合積層纖維在牽引機7的牽引下，沿管狀芯模1向加熱成型模具6滑移。當復合積層纖維在滑移至加熱成型模具6前端的外注膠套5時，內注膠接頭3由 復合積層纖維內部向外注入膠液，外注膠套5由復合層纖維外部向內注入膠液，這樣在內 外同時注入膠液作用下使復合積層纖維充分浸透膠液。內外注膠裝置，由一臺膠液注輸比例泵9通過注膠管8連接內注膠接頭3和外注 膠套5構成。其中膠液注輸比例泵9經(jīng)過加壓將配制好的膠液，通過內注膠接頭3和外注 膠套5上的環(huán)形凹槽，將膠液同時均勻注入復合積層纖維。
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浸透膠液的復合積層纖維，在牽引機7的牽引下通過加熱成型模具6。浸透纖維的 膠液在加熱與膠液內固化劑作用下，與復合積層纖維固化成與模腔形狀一致的熱固性纖維 增強型材，固化好的型材通過牽引機7，冷卻后切割成定長尺寸。在制作實心型材時，不需安裝成型內芯模4。實現(xiàn)以上工作原理時，牽引機7的牽引線速度與編織機或纏繞機纏繞模塊2的轉 速及膠液注輸比例泵9可以采用機電同步控制技術。參見圖5，詳細說明本發(fā)明所述方法的工藝流程1、布置縱向纖維束是指將放置于靜止紗架上的紗束，通過導紗裝置均勻地布置 在管狀芯模1外側，并引導纖維束沿管狀芯模1，穿過編織機或纏繞機模塊2、內注膠接頭3、 成型內芯模4、外注膠套5、加熱成型模具6，進入牽引機7牽引機通過夾持裝置牽引纖維束 作勻速滑動。此工藝流程纖維束的根數(shù)和積層厚度，視產品性能要求而定。2、編織或纏繞環(huán)向纖維束是指經(jīng)過工藝流程1，在管狀芯模1外表面形成的縱向 纖維束積層上用編織機或纏繞機，編織或纏繞纖維束以形成環(huán)向纖維束積層。此工藝流程 是用編織機完成環(huán)向纖維束積層；還是用纏繞機完成環(huán)向纖維紗束積層，視產品性能要求 而定。3、重復工藝流程1、2 是指根據(jù)具體產品的結構性能要求重復工藝流程1、2步驟， 以獲得具有縱、環(huán)向纖維紗束多層次結構特性的積層，從而滿足產品要求。4、內、外同時注膠浸漬是指經(jīng)工藝流程1、2、3步驟的纖維束縱、環(huán)向復合積層纖 維，在牽引機的牽引下向下滑移至外注膠套5位置時。注膠裝置同時對復合積層纖維由內 向外和由外向內注入加溫加壓膠液浸漬纖維。此膠液浸漬復合積層纖維的過程是由膠液注 輸比例泵9、注膠管8、內注膠接頭3、外注膠套5共同完成的。5、加溫固化成型指浸透膠液的復合積層纖維，在牽引機的牽引下滑過恒溫控制 加熱成型模具6完成膠液的固化定型。形成具有與加熱成型模具內腔一致外形的復合積層 纖維增強熱固性型材。6、冷卻已成型的型材在牽引機的牽引下向牽引機勻速移動，在移動的過程中采 用吹風冷卻或常溫空氣冷卻。7、牽引牽引機牽引型材。8、切割將移動出牽引機的型材，定長切割成要求的長度。
權利要求
一種多層纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝，其特征在于，取一管狀芯模(1)，以先在管狀芯模(1)上布置縱向纖維束積層、再在縱向纖維束積層上布置環(huán)向纖維束積層的纖維交替布置方法，在管狀芯模(1)上布置縱向纖維和環(huán)向纖維，由相互疊合的縱向纖維束積層和環(huán)向纖維束積層形成纖維復合積層并由牽引機(7)牽引移動；將一部分膠液引入管狀芯模(1)的內部并使膠液流出管狀芯模(1)進入纖維復合積層內部并從纖維復合積層內部向纖維復合積層注膠，與此同時，另一部分膠液從纖維復合積層外部向待成形固化的型材注膠，使膠液浸透纖維復合積層，所述膠液溫度控制在40℃～80℃范圍內；最后，浸透膠液的纖維復合積層在牽引機(7)的繼續(xù)牽引下通過的加熱成型模具(6)加熱成形，冷卻，成為多層纖維復合積層型材，所述的加熱成形溫度為控制在80℃～200℃范圍內。
2.一種實施權利要求1所述多層纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝的裝置，包 括用于牽引纖維復合積層的牽引機(7)和加熱成型模具(6)，其特征在于，在加熱成型模 具(6)上設有內外注膠裝置，在內外注膠裝置上設有管狀芯模(1)，所述內外注膠裝置的內 部注膠口與管狀芯模(1)的一個管口連接，管狀芯模(1)的另一個管口及所述內外注膠裝 置的外部注膠口連接于注膠泵，在管狀芯模(1)至少套設有一組布紗器，所述的一組布紗 器包括縱向紗卷(10)和環(huán)向繞紗器(2)，縱向紗卷(10)在沿牽引方向上位于環(huán)向繞紗器 ⑵的前方。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，內外注膠裝置包括內注膠接頭(3)和外注 膠套(5)，內注膠接頭(3)設在外注膠套(5)的內部，在內注膠接頭(3)內設有內注膠通道 (301)，在內注膠通道(301)上設有內部注膠口(302)且所述內部注膠口(302)作為內外注 膠裝置的內部注膠口，在外注膠套(5)上設有外部注膠口(502)且外部注膠口(502)作為 外注膠裝置的內部注膠口，所述內部注膠口(302)與外部注膠口(502)相向設置，在內注膠 接頭⑶與外注膠套(5)之間設有用于纖維復合積層(11)通過的間隙(12)。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，在內注膠接頭(3)上連接有成型內芯模 (4)且成型內芯模(4)延伸并進入加熱成型模具(6)的內部。
5.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，注膠泵采用膠液注輸比例泵(9)且膠液注 輸比例泵(9)的一個出口與管狀芯模(1)的另一個管口連接，膠液注輸比例泵(9)的另一 個出口與外部注膠口(502)連接。
6.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，環(huán)向繞紗器(2)為編織機。
7.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，環(huán)向繞紗器(2)為纏繞機，且纏繞機的纏 繞模塊套設在管狀芯模(1)上。
8.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，在內注膠接頭(3)上設有開口朝向外注膠 套(5)的環(huán)形注膠內槽(303)，在外注膠套(5)上設有開口朝向內注膠接頭(3)的環(huán)形注膠 外槽(503)，并且，環(huán)形注膠內槽(303)與環(huán)形注膠外槽(503)面對面設置，所述環(huán)形注膠內 槽(303)與內部注膠口(302)相通，所述環(huán)形注膠外槽(503)與外部注膠口(502)相通。
全文摘要
一種多層纖維復合積層型材的立式拉擠成形工藝先在管狀芯模上布置縱、環(huán)向纖維，形成纖維束積層纖維復合積層并牽引移動；將一部分膠液引入纖維復合積層內部并注膠，另一部分膠液從纖維復合積層外部注膠，使膠液浸透纖維復合積層，最后，加熱成形，冷卻。成形裝置，包括用于牽引纖維復合積層的牽引機和加熱成型模具，在加熱成型模具上設有內外注膠裝置，在內外注膠裝置上設有管狀芯模，所述內外注膠裝置的內部注膠口與管狀芯模的一個管口連接，管狀芯模的另一個管口及內外注膠裝置的外部注膠口連接于注膠泵，在管狀芯模至少套設有一組布紗器，一組布紗器包括縱向紗卷和環(huán)向繞紗器，縱向紗卷在沿牽引方向上位于環(huán)向繞紗器的前方。
文檔編號B29L9/00GK101913254SQ20101023302
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權日2010年7月21日
發(fā)明者高寶安 申請人:高寶安