连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具及成型方法
【专利摘要】本发明涉及一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具及成型方法，包括机体，机体内沿轴向依次设置轴套、分束块、口模，分束块通过前侧轴套及后侧口模固定，其上分布有圆弧形分束狭缝，口模后端通过与机体连接的锁母锁紧，分束块前端固定连接芯轴。包括以下步骤：1）将熔融的连续纤维增强热塑性树脂基浸渍带分割成若干圆弧段；2）使分割后的各层浸渍带进行各层之间的叠加；3）使各层浸渍带进行各层之间的贴合；4）使各层浸渍带进行熔合，形成管胚；5）经管材定径、冷却装置冷却、切割装置切割，形成管材。本发明是大大提高了管材轴向的承载能力，使管材的轴向刚性大幅度提高。
【专利说明】连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具及成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具及成型方法，属于连续纤维增强热塑性塑料管材制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]连续纤维增强热塑性塑料管材是一种增强纤维沿周向以一定角度缠绕或沿轴向平行排列的热塑性塑料管材。
[0003]连续纤维增强热固性塑料管材是早已广泛生产和使用的管材。连续纤维增强热塑性塑料管材通常大多是采用缠绕成型的，而纤维沿轴向平行排列增强的较少。
[0004]缠绕成型的热塑性塑料管材通常是连续纤维增强热塑性树脂基预浸带缠绕增强
塑料管材。
[0005]专利CN201220738914，该连续纤维增强管，包括管体，在管体外固设有外保护层，在管体和外保护层之间设有螺旋绕包在管体外壁上的若干层连续纤维增强热塑性复合材料预浸带层。
[0006]专利CN201310705553制备工艺为将内层塑料管涂上内热熔胶层，然后将连续纤
维浸溃带预热后缠绕在内层塑料管，再用涂外热熔胶层，在外层包覆一层外层塑料管得到复合管。最后对整个复合管加热，使从内层塑料管到外层塑料管各层互相熔合，互相连接固定即得连续纤维增强聚烯烃复合管。
[0007]专利CN201310545597该生产工艺包括:挤出得到内防护层管材，交叉缠绕多层连续纤维增强片材得半成品，将半成品和外连接层挤出成型得管道主体，缠绕黏接介质层和波纹抗压层，进行热塑性复合，得复合管道成品。
[0008]专利CN201320561620，该实用新型属于管道材料【技术领域】，涉及一种热塑性缠绕压力管道，该管道从内到外依次包括内衬层、结构层和外保护层，内衬层与结构层的内壁连接，结构层的外壁与外保护层连接，所述的结构层为连续纤维增强热塑性塑料预浸带缠绕层。
[0009]以上为连续纤维增强热塑性树脂基浸溃带沿芯管周向按一定角度缠绕成型技术，耐周向应力效果好，即可大幅度提高管材耐压能力，但对轴向刚性的提高作用不显著。
[0010]美国专利USP3993726中介绍了纤维沿轴向平行排列增强的连续纤维增强的热塑性塑料管材的制备装置和方法。该专利是将许多纤维粗纱经环形进口进入十字浸溃机头，再经收紧环将已浸溃的玻纤包在延长芯轴上，纤维增强热塑性复合管坯出管口模后经喷淋冷却定型后得到连续纤维增强热塑性塑料管材。
[0011]该法实现了纤维沿轴向平行排列制备连续纤维增强热塑性塑料管，但因热塑性树脂的黏度较大，简单浸溃，效果较差，且纤维沿周向的排列难以做到均匀。
【发明内容】
[0012]根据以上现有技术的不足，本发明的目的在于:提供一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，结构简单，成型容易，使成型后的管材耐压能力强，轴向刚度高。
[0013]本发明另一目的在于:提供一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型方法，成型方式简单，效率高，使成型后管材的纤维沿轴向平行排列，沿周向均匀分布。
[0014]本发明所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，包括机体，机体内沿轴向依次设置轴套、分束块、口模，分束块通过前侧轴套及后侧口模固定，其上分布有圆弧形分束狭缝，口模后端通过与机体连接的锁母锁紧，分束块前端固定连接芯轴，芯轴与轴套形成进料通道，分束块后端固定连接套在口模内的口模芯棒，口模芯棒与口模形成环缝区，环缝区沿走料方向依次分为挤压区、贴合区、成型区，其中，挤压区沿走料方向外径不变，内径逐渐增大，贴合区沿走料方向内径与外径等速率减小，成型区内径与外径保持不变。
[0015]分束块上的分束狭缝对熔融的连续纤维增强热塑性树脂基浸溃带进行分割，分束狭缝的分布结构决定了分割后浸溃带的排列方式，通过合理设置分束狭缝，使分割后的浸溃带沿轴向平行排列，沿周向均匀分布。分割后的各层浸溃带在环缝区经挤压区被挤压紧密并叠加在一起，经贴合区进行各层之间的浸溃带进行贴合及融合，经成型区，各层浸溃带完成最终的融合，形成管胚，由于纤维沿轴向平行排列，沿周向均匀分布，因此形成的管材耐压能力强，轴向刚度高。
[0016]所述的分束块包括芯部、本体部，分束狭缝沿本体部由内向外分层分布，层数至少为一层，同一层分束狭缝具有相同的直径，每一层内设有至少二个分束狭缝，同一层分束狭缝围成一环形，分束狭缝的层数及每层个数可根据实际管材需求确定，合理布置分束狭缝，保证管材性能。
[0017]所述的分束狭缝层数为I?10层，每层由2?100个分束狭缝组成。
[0018]所述的分束狭缝宽度为0.1?2mm,弧长为4?100mm。
[0019]所述的同一层的分束狭缝组成一环形，且每一分束狭缝具有相等的弧长。
[0020]所述的相邻层分束狭缝相互交错分布，中间层分束狭缝之间的分隔段由相邻的内层及外层分束狭缝同时对应覆盖，最内层分束狭缝之间的分隔段由相邻的外层分束狭缝对应覆盖，最外层分束狭缝之间的分隔段由相邻的内层分束狭缝对应覆盖，通过这种交错布置，使经分束狭缝分割后的浸溃带各层之间相互叠压后封闭缺口，避免出现薄弱环节，保证管材的物理性能沿周向一致性。
[0021]所述的分束块通过芯部分别与芯轴、口模芯棒螺纹连接，锁母与机体螺纹连接，将锁母拧在机体上，锁母通过卡肩锁紧口模。
[0022]所述的口模芯棒沿走料方向依次分为增径区、减径区、等径区，沿走料方向，增径区直径逐渐增大，减径区直径逐渐减小，等径区直径恒定，相应的口模分成直径恒定区、直径渐小区、直径恒定区，口模芯棒与口模配合形成环缝区的挤压区、贴合区、成型区。
[0023]所述的增径区直径增大速率大于减径区直径减小速率，增径区最小直径大于减径区最小直径。
[0024]一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型方法，包括以下步骤:
[0025]I)将熔融的连续纤维增强热塑性树脂基浸溃带分割成若干沿轴向平行排列、周向均匀分布并具有空间分层的圆弧段；
[0026]2)使分割后的各层浸溃带经截面厚度逐步减小的环形区域进行各层之间的叠加；[0027]3)使经步骤2)处理后的各层浸溃带进入截面等厚度且内径逐步收缩的环形区域进行各层之间的贴合；
[0028]4)使经步骤3)处理后的各层浸溃带进入恒定直径及厚度的环形区域进行熔合，形成管胚；
[0029]5)经管材定径、冷却装置冷却、切割装置切割，形成管材。
[0030]其中，将熔融的连续纤维增强热塑性树脂基浸溃带进行分割，分割后的浸溃带排列方式决定成型管材的中纤维的排列顺序，通过使浸溃带分割成若干圆弧段，使这种沿轴向平行排列、周向均匀分布的排布易于实现，具有此种排布方式的多层浸溃带在截面厚度逐步减小的环形区域受到逐步的压缩和挤压，使初始间隔的各层浸溃带逐步紧密，最终在最小厚度区域实现紧密叠加，叠加后，随着内径的逐步收缩，同层之间及各层之间的浸溃带贴合越来越密切，并逐步熔合，最后进入恒定直径及厚度的环形区域进行最终融合，形成管胚。
[0031]与现有技术相比，本发明具有的有益效果是:
[0032]本发明是将连续纤维已进行了充分浸溃、分散之后的熔融的浸溃带以圆弧带状进入管状环缝区，经环缝区流道中口模芯棒和口模的扩张和收缩，对各层浸溃带之间、同层各带之间充分熔合，故纤维在管壁中浸溃良好、分布均匀，大大提高了管材轴向的承载能力，使管材的轴向刚性大幅度提高；成型方法简便，成型模具结构简单，容易成型，生产效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具结构示意图；
[0034]图2是分束块与机体装配图。
[0035]图中:1、机体；2、分束块；3、芯轴；4、浸溃带；5、轴套；6、环缝区；7、口模芯棒；8、口模；9、锁母;10、管胚;201、芯部;202、分束狭缝;203、本体部;601、挤压区;602、贴合区；603、成型区；701、增径区；702、减径区；703、等径区。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对发明的实施例做进一步描述。
[0037]如图1?2所示，本连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具包括机体1，机体I内沿轴向依次设置轴套5、分束块2、口模8，分束块2包括芯部201、本体部203，分束狭缝202沿本体部203由内向外分层分布，层数为I?10层，同一层分束狭缝202具有相同的直径，每一层内设有至少2?100个分束狭缝202，分束狭缝202宽度为0.1?2mm，弧长为4?100mm，具体分束狭缝202层数及每层个数可根据需制作的管材性能要求确定，层数及每层个数越多，管材的耐压能力及轴向刚度越好。同一层分束狭缝202围成一环形，且同层每一分束狭缝202具有相等的弧长，相邻层分束狭缝202相互交错分布，中间层分束狭缝202之间的分隔段由相邻的内层及外层分束狭缝202同时对应覆盖，最内层分束狭缝202之间的分隔段由相邻的外层分束狭缝202对应覆盖，最外层分束狭缝202之间的分隔段由相邻的内层分束狭缝202对应覆盖，通过这种交错布置，使经分束狭缝202分割后的浸溃带4各层之间相互叠压后封闭缺口，避免出现薄弱环节，保证管材的物理性能沿周向一致性。
[0038]分束块2通过前侧轴套5及后侧口模8固定，口模8后端通过与机体I螺纹连接的锁母9锁紧，口模8后端具有台阶，相应的锁母9内侧具有卡肩，锁母9的卡肩卡在口模8的台阶处，从而锁紧口模8，分束块2通过芯部201与前端的芯轴3通过螺纹紧固连接，与后端口模芯棒7通过螺纹紧固连接。
[0039]芯轴3在轴套5内，并与轴套5形成进料通道，口模芯棒7与口模8形成环缝区6，环缝区6沿走料方向依次分为挤压区601、贴合区602、成型区603，其中，挤压区601沿走料方向外径不变，内径逐渐增大，贴合区602沿走料方向内径与外径等速率减小，成型区603内径与外径保持不变。口模芯棒7沿走料方向依次分为增径区701、减径区702、等径区703，沿走料方向，增径区701直径逐渐增大，减径区702直径逐渐减小，等径区703直径恒定，增径区701直径增大速率大于减径区702直径减小速率，增径区701最小直径大于减径区702最小直径。相应的口模8内表面分成直径恒定区、直径渐小区、直径恒定区，口模芯棒7与口模8配合形成环缝区6的挤压区601、贴合区602、成型区603.[0040]本连续纤维增强热塑性塑料管材的成型方法，包括以下步骤:
[0041]I)将熔融的连续纤维增强热塑性树脂基浸溃4带分割成若干沿轴向平行排列、周向均匀分布并具有空间分层的圆弧段；
[0042]2)使分割后的各层浸溃带4经截面厚度逐步减小的环形区域进行各层之间的叠加；
[0043]3)使经步骤2)处理后的各层浸溃带4进入截面等厚度且内径逐步收缩的环形区域进行各层之间的贴合；
[0044]4)使经步骤3)处理后的各层浸溃带4进入恒定直径及厚度的环形区域进行熔合，形成管胚；
[0045]5)经管材定径、冷却装置冷却、切割装置切割，形成管材。
[0046]结合本连续纤维增强热塑性塑料管材的成型方法，本连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具工作过程如下:
[0047]通过热熔机将连续纤维增强热塑性树脂基浸溃带熔融，将熔融后的浸溃带14由进料通道挤入分束块2，分束狭缝202对浸溃带14进行分割，形成若干沿轴向平行排列、周向均匀分布并具有空间分层的圆弧段，分层后的浸溃带14进入挤压区601，经挤压区601逐步挤压，各层浸溃带14相互紧密叠加并进入贴合区602，在贴合区602作用下，各层浸溃带14层与层之间及同层之间进行贴合及融合后进入成型区603，在成型区603完成最后的熔合，形成管胚10拉出，经管材定径、冷却装置冷却、切割装置切割，形成管材。
【权利要求】
1.一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，包括机体(1)，其特征在于:机体(I)内沿轴向依次设置轴套(5)、分束块(2)、口模(8)，分束块(2)通过前侧轴套(5)及后侧口模(8)固定，其上分布有圆弧形分束狭缝(202)，口模(8)后端通过与机体(1)连接的锁母(9 )锁紧，分束块(2 )前端固定连接芯轴(3 )，芯轴(3 )与轴套(5 )形成进料通道，分束块(2)后端固定连接套在口模(8)内的口模芯棒(7)，口模芯棒(7)与口模(8)形成环缝区(6)，环缝区(6)沿走料方向依次分为挤压区(601)、贴合区(602)、成型区(603)，其中，挤压区(601)沿走料方向外径不变，内径逐渐增大，贴合区(602)沿走料方向内径与外径等速率减小，成型区(603)内径与外径保持不变。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的分束块(2)包括芯部(201)、本体部(203)，分束狭缝(202)沿本体部(203)由内向外分层分布，层数至少为一层，同一层分束狭缝(202)具有相同的直径，每一层内设有至少二个分束狭缝(202)，同一层分束狭缝(202)围成一环形。
3.根据权利要求2所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的分束狭缝(202)层数为I~10层，每层由2~100个分束狭缝(202)组成。
4.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的分束狭缝(202)宽度为0.1~2mm，弧长为4~100mm。
5.根据权利要求2所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的同一层的分束狭缝(202)组成一环形，且每一分束狭缝(202)具有相等的弧长。
6.根据权利要求2~5任一所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的相邻层分束狭缝(202)相互交错分布，中间层分束狭缝(202)之间的分隔段由相邻的内层及外层分束狭缝(202)同时对应覆盖，最内层分束狭缝(202)之间的分隔段由相邻的外层分束狭缝(202)对应覆盖，最外层分束狭缝(202)之间的分隔段由相邻的内层分束狭缝(202)对应覆盖。
7.根据权利要求2所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的分束块(2)通过芯部(201)分别与芯轴(3)、口模芯棒(7)螺纹连接，锁母(9)与机体(O螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的口模芯棒(7)沿走料方向依次分为增径区(701)、减径区(702)、等径区(703)，沿走料方向，增径区(701)直径逐渐增大，减径区(702)直径逐渐减小，等径区(703)直径恒定。
9.根据权利要求8所述的连续纤维增强热塑性塑料管材的成型模具，其特征在于:所述的增径区(701)直径增大速率大于减径区(702)直径减小速率，增径区(701)最小直径大于减径区(702)最小直径。
10.一种连续纤维增强热塑性塑料管材的成型方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将熔融的连续纤维增强热塑性塑料浸溃带(4)分割成若干沿轴向平行排列、周向均匀分布并具有空间分层的圆弧段； 2)使分割后的各层浸溃带(4)经截面厚度逐步减小的环形区域进行各层之间的叠加； 3)使经步骤2)处理后的各层浸溃带(4)进入截面等厚度且内径逐步收缩的环形区域进行各层之间的贴合； 4)使经步骤3)处理后的各层浸溃带(4)进入恒定直径及厚度的环形区域进行熔合，形成管胚；.5)经管材定径、冷却装置冷却、切割装置切割，形成管材。
【文档编号】B29C70/54GK103878992SQ201410134851
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】谭洪生, 李丽平, 谭哲兴, 刘雪静, 公艳艳, 曹峰 申请人:山东理工大学