专利名称：组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生产设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于增强聚氨酯复合材料成型设备技术领域，具体涉及一种组合纤维 增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生产设备。
背景技术：
聚氨酯泡沫塑料的主要特征是具有多孔性，相对密度小，比强度高。聚氨酯泡沫塑 料具有优良的物理机械性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，尤其是硬质聚氨酯泡沫塑 料的热导率特别低，是一种优质的绝热保温保冷材料，此外还具有良好的加工性能和成型 性。但是聚氨酯硬质泡沫作为承载结构材料使用时还要求有更优异的强度、模量以及尺寸 稳定性，增强聚氨酯硬质泡沫弥补了这个缺陷。常用的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、有机 纤维、玻璃微珠、二氧化硅、碳酸钙等。玻璃微珠、二氧化硅、碳酸钙等无机粒子填充聚氨酯 硬泡，其压缩强度、弹性模量提高，但拉伸强度和冲击强度可能降低。碳纤维的轴向强度和 模量很高，无蠕变，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，但是价格昂贵。玻璃纤维具有 较高的强度和弹性模量，作为一种低价高效的增强材料受到人们的亲赖。通常加入少量短 切玻璃纤维增强聚氨酯硬泡可以获得3 5倍强度和模量的提高，但其作为承载结构材料 的使用范围仍然非常有限。长玻利纤维单向增强聚氨酯硬质泡沫具有与天然木材相似的结 构，随着玻璃纤维含量的增加，强度与模量以及尺寸稳定性有巨大提高，可以作为建筑装饰 材料、交通设施代替木材。但是长玻纤只提供了聚氨酯硬泡轴向强度，其横向强度及层间剥 离强度仍然较低，限制了更广泛的应用。例如使用合成轨枕替代钢筋混凝土轨枕，在螺栓与 扣件的安装上对轨枕材料要求有一定横向强度。另外，在飞机结构材料、电磁屏蔽除电材 料、医疗器械、压力容器等用途方面，玻纤增强聚氨酯硬泡不能完全胜任。连续纤维增强复合材料的连续化生产通常采用挤拉成型工艺，但对于大型制品， 横截面积大极可能会造成成型物里外温差较大，影响产品质量均勻性，并可能导致增强组 分难以较好浸润树脂，造成性能和外观缺陷。
发明内容为解决上述问题，本实用新型提出了一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板 材的连续生产设备，该设备保证了连续纤维更彻底被浸润，以及其被浸润的均勻性，有利于 提高产品性能的稳定性和均一性。本实用新型所采用的技术方案是一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材 的连续生产设备，其中，它包括纱架、碳纤维丝锭、长玻璃纤维丝锭、纤维丝张力器、纤维布 放卷器、孔槽板、储料罐、计量泵、发泡机、浸渍板、振动棒、超声波发射器、射频预热装置、滚 动成型模具和切割机；纱架上均勻间隔有碳纤维丝锭和长玻璃纤维丝锭，纱架的侧壁设有 用于给碳纤维丝锭和长玻璃纤维丝锭上的纤维丝施加张力的纤维丝张力器；纱架、纤维布 放卷器同时放置于孔槽板左方；孔槽板右方设有浸渍板，浸渍板底部设有振动棒、超声波发 射器和射频预热装置，浸渍板顶部设有发泡机，发泡机上部设有计量泵，计量泵上部设有储料罐；浸渍板右方设有滚动成型模具，滚动成型模具右方设有切割机。所述的纱架的侧壁设有第一纤维丝张力器、第二纤维丝张力器、第三纤维丝张力 器、第四纤维丝张力器、第五纤维丝张力器，第一纤维丝张力器和第二纤维丝张力器为一 组，用于给第一排纤维丝施加张力，第三纤维丝张力器和第四纤维丝张力器为一组，用于给 第二排纤维丝施加张力，第五纤维丝张力器用于给第三排纤维丝施加张力。所 述的纤维布放卷器包括第一纤维布放卷器、第二纤维布放卷器、第三纤维布放 卷器和第四纤维布放卷器；所述的孔槽板包括第一孔槽板、第二孔槽板和第三孔槽板；纱 架、第一纤维布放卷器和第二纤维布放卷器放置于第一孔槽板左方；第一孔槽板右方依次 放置第二孔槽板、第三孔槽板；第二孔槽板与第三孔槽板之间设有第三纤维布放卷器和第 四纤维布放卷器。本实用新型具有以下优点本实用新型采用连续化成型设备，提高了生产效率、产 品质量稳定性。采用自动张力装置能对每股纤维均施加一定张力，使得纤维在牵引过程中 不会互相缠绕，降低了故障几率。振动棒和超声发射装置的并用保证了连续纤维更彻底被 浸润，以及其被浸润的均勻性，有利于提高产品性能的稳定性和均一性。将长玻璃纤维和碳 纤维丝，长玻璃纤维布和碳纤维布进行组合排列，增强产品的强度和模量以及某些特定的 功能如电磁屏蔽及热性能。将长纤维与纤维布按一定顺序进行组合排列，并加入了在树脂 中加入了短切玻纤维构成组合纤维增强聚氨酯硬泡，将提高产品的横向强度及层间剥离强 度。采用射频预热装置对物料进行预热，在增强体/树脂进入模具前在射频预热的作用下 产生瞬时分子摩擦热，使得物料里外温度同时上升，另外一方面，在滚动成型模具段采用红 外定向辐射加热和微波加热的至少一种方式对物料加热，这两种加热方式比一般的热风 加热效率更高，对于厚制品加热更均勻，保证树脂发泡与固化的均一性，避免造成密度不均 等问题。
图1为本实用新型所提供的组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生 产设备的结构示意图。图中1-纱架，2-碳纤维丝锭3.长玻璃纤维丝锭，4-第一纤维丝张力器，5-第二 纤维丝张力器，6-第三纤维丝张力器，7-第四纤维丝张力器，8-第五纤维丝张力器，9-第一 纤维布放卷器，10-第二纤维布放卷器，11-放卷器支架，12-第一孔槽板，13-第二孔槽板， 14-第三孔槽板，15-第三纤维布放卷器，16-第四纤维布放卷器，17-储料罐，18-计量泵， 19-发泡机，20-第一支架，21-浸渍板，22-振动棒，23-超声波发射器，24-射频预热装置， 25-第二支架，26-滚动成型模具，27-切割机，28-复合板材。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生产设备，它 包括纱架1、碳纤维丝锭2、长玻璃纤维丝锭3、第一纤维丝张力器4、第二纤维丝张力器5、 第三纤维丝张力器6、第四纤维丝张力器7、第五纤维丝张力器8、第一纤维布放卷器9、第二 纤维布放卷器10、放卷器支架11、第一孔槽板12、第二孔槽板13、第三孔槽板14、第三纤维布放卷器15、第四纤维布放卷器16、储料罐17、计量泵18、发泡机19、第一支架20、浸渍板 21、振动棒22、超声波发射器23、射频预热装置24、第二支架25、滚动成型模具26和切割机 2 。纱架1采用现有技术中的放置多排纤维丝锭的纱架，纱架1放置在地面上，纱架1的侧壁设有与每一排纤维丝锭相对应的纤维丝张力器，纤维丝张力器能够对纤维丝施加张 力，保证纤维丝在牵引的过程中不会互相缠绕。纱架1的侧壁设有第一纤维丝张力器4、第 二纤维丝张力器5、第三纤维丝张力器6、第四纤维丝张力器7、第五纤维丝张力器8，第一纤 维丝张力器4和第二纤维丝张力器5为一组，用于给第一排纤维丝施加张力，第三纤维丝张 力器6和第四纤维丝张力器7为一组，用于给第二排纤维丝施加张力，第五纤维丝张力器8 用于给第三排纤维丝施加张力。每一排的碳纤维丝锭2和长玻璃纤维丝锭3均勻间隔设置 在纱架1上。纱架1、第一纤维布放卷器9和第二纤维布放卷器10同时放置于第一孔槽板 12左方。第一纤维布放卷器9和第二纤维布放卷器10位于放卷器支架11上，放卷器支架 11为双层支架，第一纤维布放卷器9放置在放卷器支架11的上层，第二纤维布放卷器10放 置在放卷器支架11的下层。第一孔槽板12右方依次放置第二孔槽板13、第三孔槽板14， 第一孔槽板12、第二孔槽板13、第三孔槽板14均放置在地面上。第二孔槽板13与第三孔 槽板14之间设有第三纤维布放卷器15和第四纤维布放卷器16，第三纤维布放卷器15放置 在第三孔槽板14上方，第三纤维布放卷器15放置在第一支架20上；第四纤维布放卷器16 放置在地面上。第一纤维布放卷器9、第二纤维布放卷器10、第三纤维布放卷器15、第四纤 维布放卷器16所放卷的纤维布可以是碳纤维布或长玻璃纤维布中的任意一种。第三孔槽 板14右方设有浸渍板21，浸渍板21固定在第二支架25上，浸渍板21底部与第二支架25 之间设有振动棒22、超声波发射器23、射频预热装置24，振动棒22、超声波发射器23、射频 预热装置24沿第一孔槽板12、第二孔槽板13、第三孔槽板14的分布方向依次设置。振动 棒22和超声发射装置23并用保证了树脂更好地、更均勻的浸渍长玻璃纤维和碳纤维。第 一支架20上设有计量泵18，计量泵18上部设有与其连通的储料罐17，计量泵18下部设有 与其连通的发泡机19、且发泡机19位于浸渍板21顶部。浸渍板21右方设有滚动成型模具 26，滚动成型模具26是履带式四面滚动循环模具。在进入滚动成型模具26之前，在浸渍板 21底部使用射频预热装置24对碳纤维和长玻璃纤维复合物料进行预热，在物料进入滚动 成型模具26后，使用红外定向加热器或微波发生器中的任意一种或两种设备进行加热。滚 动成型模具26右方设有能将复合板材切割成所需规格的切割机27。
以下结合附图1描述本实用新型所提供的一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡 复合板材的连续生产设备的工作过程碳纤维丝锭2上的碳纤维丝和长玻璃纤维丝锭3上 的长玻璃纤维丝经过第一纤维丝张力器4、第二纤维丝张力器5、第三纤维丝张力器6、第四 纤维丝张力器7、第五纤维丝张力器8的张力作用依次进入第一孔槽板12、第二孔槽板13、 第三孔槽板14的槽孔，长玻璃纤维布和碳纤维布经过第一纤维布放卷器9、第二纤维布放 卷器10、第三纤维布放卷器15、第四纤维布放卷器16后依次进入第一孔槽板12、第二孔槽 板13、第三孔槽板14的槽孔，碳纤维丝、长玻璃纤维丝、长玻璃纤维布和碳纤维布经过第一 孔槽板12、第二孔槽板13、第三孔槽板14的槽孔后汇集成一个长方体，然后通过手动或电 机驱动整体进入浸渍板21，储料罐17内存储的混合了短切玻璃纤维的聚氨酯树脂原料经 过计量泵18到达发泡机19后被喷涂在碳纤维和长玻璃纤维复合物料体的表面及内部，经过震动棒22和超声波发射器23的分散和浸润作用，再进入滚动成型模具26在进行发泡、 固化、成型，最后经过切割机27制作出符合各种需求的复合板材28。 上面结合附图对本实用新型的实施例对作了详细说明，但是本实用新型并不限于 上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗 旨的前提下作出各种变化。
权利要求1.一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生产设备，其特征在于它包 括纱架(1)、碳纤维丝锭O)、长玻璃纤维丝锭(3)、纤维丝张力器、纤维布放卷器、孔槽板、 储料罐(17)、计量泵(18)、发泡机(19)、浸渍板(21)、振动棒(22)、超声波发射器(23)、射 频预热装置(M)、滚动成型模具06)和切割机(XT)；纱架(1)上均勻间隔有碳纤维丝锭 (2)和长玻璃纤维丝锭(3)，纱架(1)的侧壁设有用于给碳纤维丝锭( 和长玻璃纤维丝 锭(3)上的纤维丝施加张力的纤维丝张力器；纱架(1)、纤维布放卷器同时放置于孔槽板左 方；孔槽板右方设有浸渍板(21)，浸渍板底部设有振动棒0 、超声波发射器03)和 射频预热装置(M)，浸渍板顶部设有发泡机(19)，发泡机(19)上部设有计量泵(18)， 计量泵(18)上部设有储料罐(17)；浸渍板右方设有滚动成型模具( )，滚动成型模 具(26)右方设有切割机(27)。
2.根据权利要求1所述的一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生产 设备，其特征在于所述的纱架(1)的侧壁设有第一纤维丝张力器G)、第二纤维丝张力器 (5)、第三纤维丝张力器(6)、第四纤维丝张力器(7)、第五纤维丝张力器(8)，第一纤维丝张 力器(4)和第二纤维丝张力器( 为一组，用于给第一排纤维丝施加张力，第三纤维丝张力 器(6)和第四纤维丝张力器(7)为一组，用于给第二排纤维丝施加张力，第五纤维丝张力器 (8)用于给第三排纤维丝施加张力。
3.根据权利要求1或2所述的一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续 生产设备，其特征在于所述的纤维布放卷器包括第一纤维布放卷器(9)、第二纤维布放卷 器(10)、第三纤维布放卷器(1 和第四纤维布放卷器(16)；所述的孔槽板包括第一孔槽 板(12)、第二孔槽板(13)和第三孔槽板(14)；纱架(1)、第一纤维布放卷器(9)和第二纤 维布放卷器(10)放置于第一孔槽板(1 左方；第一孔槽板(1 右方依次放置第二孔槽板 (13)、第三孔槽板(14)；第二孔槽板(1 与第三孔槽板(14)之间设有第三纤维布放卷器 (15)和第四纤维布放卷器(16)。
专利摘要本实用新型属于增强聚氨酯复合材料成型设备技术领域，具体公开一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材的连续生产设备，纱架上均匀间隔有碳纤维丝锭和长玻璃纤维丝锭，纱架的侧壁设有纤维丝张力器；纱架、纤维布放卷器放置于孔槽板左方；孔槽板右方设有浸渍板，浸渍板底部设有振动棒、超声波发射器和射频预热装置，浸渍板顶部设有发泡机，发泡机上部设有计量泵，计量泵上部设有储料罐；浸渍板右方设有滚动成型模具，滚动成型模具右方设有切割机。本实用新型的设备保证了连续纤维更彻底被浸润，以及其被浸润的均匀性，有利于提高产品性能的稳定性和均一性。
文档编号B29C70/56GK201872348SQ20102058123
公开日2011年6月22日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者唐波, 徐永祥, 李博, 王立峰 申请人:航天材料及工艺研究所