专利名称：带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热固性纤维复合材料拉挤成型工艺及设备，特别是非直线形、变截面形制品的挤拉成型工艺及设备，具体地说是一种带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺及设备。
背景技术：
用热固性纤维复合材料通过拉挤成型工艺制造的制品由于具有轻质高强、耐腐蚀的优点，其拉挤成型的制品具有优良的物理、化学性能使其在工业领域得到了广泛的使用，其优良的电性能和轻质高强特性，在电气工业中用于生产电线杆、电工用脚手架、绝缘板、导线管、风力发电机叶片、无线电天线杆、光学纤维电缆和各种电气元件。它优良的耐化学、耐环境腐蚀能力，可用来代替不锈钢、陶瓷等耐腐蚀结构材料。拉挤成型制品的优良的力学性使其在建筑、矿山、机械制造业中得以大显神通，可用来代替结构钢、合金铝、优质木材等材料。
众所周知，沿海地区的建筑物中的螺纹钢极易受到腐蚀，致使其使用寿命大大低于内陆地区的使用寿命，据有关资料统计，在国外，美国每年因钢筋腐蚀造成的损失高达700亿美元，英国建造在海洋及含氯化物介质环境中的钢筋混凝土结构因钢筋锈蚀需要重建或更换钢筋的占三分之一以上。在国内，据1984年对浙江镇海的22座中小型海工建筑物调查表明，967根构件中的钢筋结构由于受海风、海水的腐蚀也急需更换。
而复合材料拉挤成型的制品由于具有优良的耐腐蚀化学性能和质轻、高强的物理性能，是沿海地区建筑物用钢筋最佳的替代品，但由于受传统工艺和拉挤生产线的影响，现有的拉挤成型制品大多为直线型型材，其任意横截面的形状相同，无法替代螺纹钢用于建筑行业中。直线型型材的制造工艺和相关设备详见国防工业出版视2003年5月出版的《高技术复合材料制备手册》第322-325页。
为了解决热固性纤维复合材料在建筑行业的应用，实现代替钢质建筑用螺纹钢的目的，通过将复合材料拉挤成型生产线中的成型模改成旋转模的方法可将直线型棒材挤压成带螺纹的螺纹杆，但用这种工艺方法得到的螺纹杆其螺纹的纤维方向为纵向，承载力有限，齿顶很容易断裂，只能用于承载力较小的场合，无法代替螺纹钢在大型建筑及工矿企业中广泛使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用复合材料制造的广泛适用于沿海地区的建筑物及矿山坑道支护使用的带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺及设备。
本发明的技术解决方案是一、工艺方法一种复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺，使用热固性纤维作为原料，并掺入适量的辅助剂，用于在拉挤旋转模成型设备上连续生产复合材料螺纹杆，其特征是a、将热固性纤维从纱架引出，经过集纱辊，在张力器控制的作用下使热固性纤维呈同一张力成束状通过树脂浸渍槽，然后进入冷模挤出多余树脂并排出气泡的同时，将束状纤维压实得到纤维棒；b、将上述制得的纤维棒以100～600毫米/分钟的速度通过转速为10～60转/分的勒牙装置，得到带有螺纹的纵向纤维螺杆；c、将带有螺纹的纵向纤维螺杆送入烘道，在110°～150°温度下进行第一次固化，使固化率达到80％以上，得到带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆；d、将带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆以b步骤所述相同的速度送入缠绕机，缠绕机将经过树脂浸渍的纤维以与b步骤相同的转速缠绕在带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上，缠绕后原带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上的齿顶变成齿底，齿底变成齿顶，从而得到缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆；e、使缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆继续以与b步骤相同的速度进入旋转模中，旋转模以与上述缠绕机相同的转速转动，缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆在转动的旋转模中经过预热、凝胶、固化，得到横向纤维经过挤压的螺纹表面光滑的螺纹杆半成品；f、将螺纹杆半成品送入烘箱，在120°～160°的最终固化温度范围内进行固化，得到由热固性纤维材料制成的成品螺纹杆。
前述的旋转模中的预热温度为85～95°、凝胶温度为145°～160°、固化温度为130°～150°。
二、成套成型设备一种带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕成套成型设备，依次由纱架、集纱辊、张力器、树脂浸渍槽、冷模、勒牙装置、第一次固化单元、缠绕机、最终固化单元、同步牵引机连接而成，同步牵引机牵引热固性纤维以恒定的速度从纱架上引出后分别经过纱架、集纱辊、张力器、树脂浸渍槽、冷模、勒牙装置、第一次固化单元、缠绕机、最终固化单元得到成品，缠绕机包括缠绕转盘，其特征是在缠绕机连接有旋转模，旋转模与缠绕机的缠绕转盘同速转动，旋转模的内腔设有与成品螺纹杆上的螺纹相同的螺纹内腔，在旋转模的外部套有加热元件，加热元件与旋转模同步转动。
上述的套装在旋转模外部的加热元件，可使旋转模得到三段不同的温度，该三段不同的温度分别为预热温度85～95°、凝胶温度为145°～160°、固化温度为130°～150°。加热元件的三段不同的加热温度可通过常规的电气控制装置加以实现，加热元件与电源的连接可采用电刷的方法得以实现，而这在电气控制中是非常容易实现的，普通技术人员即可实现。
上述的勒牙装置包括勒牙转盘和安装在勒牙转盘上的勒牙用纤维架、导纱杆、控制勒牙用的张力器，勒牙转盘安装在勒牙转盘轴上，勒牙转盘轴通过传动带与电机相连。
上述的缠绕转盘的一侧安装有导纱杆和纤维架，另一侧安装有张力器，缠绕转盘轴支承在支架上且与旋转模相连，缠绕转盘轴通过传动带和减速机相连，减速机由驱动电机驱动。
本发明的有益效果
1、填补了热固性纤维复合材料拉挤成型工艺中非直线、曲线截面及螺纹杆制品的制造工艺空白。
2、通过调节牵引速度和缠绕模具及旋转挤压模具的转速可加工出各种变截面或不同螺矩的制品，使拉挤成型工艺制品的应用范围进一步扩大。
3、用本发明的方法生产的螺纹杆或曲线截面的制品具有螺矩尺寸精确、表面光滑、位伸强度和横向强度高、不导磁、绝缘，可代替传统的螺纹钢，在沿海、地下、深山峡谷等腐蚀严重的场所作为建筑材料使用，同时它还具有质量轻，寿命长的优点，可延长建筑物的使用寿命。既可代替螺纹钢在沿海地区建筑物中使用，也可在地下矿山作业中代替木质或金属的巷道锚杆，具有广阔的应用前景。
4、用本发明方法生产的螺纹杆或曲线截面的制品还可用于对绝缘和导磁有严格要求的军事设施和对透波有特殊要求的电讯设施中。
5、用本发明方法生产的螺纹杆可用来代替塑料挤出机中的螺杆，对改善塑料挤出机的性能和传动性能有明显的效果。
6、本发明成套成型设备结构简单，制造成本低。
7、使用本发明方法的制造的工艺设备既可生产出本发明的螺纹杆，也可通过拆除相应的缠绕机及旋转模具而作为常规设备使用，生产常规的直线型拉挤成型制品。
图1是本发明工艺流程示意图。
图2是本发明的拉挤成型成套装置连接结构示意图。
图3是本发明的勒牙装置结构示意图。
图4是发明的缠绕机及旋转模装置结构示意图。
图5是本明的旋转模具结构示意图。
图6是本发明的成品结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺，使用热固性纤维作为原料，用于在拉挤旋转模成型设备上连续生产复合材料螺纹杆，其特征是a、将热固性纤维从纱架引出，经过集纱辊，在张力器控制的作用下使热固性纤维呈同一张力成束状通过树脂浸渍槽，然后进入冷模挤出多余树脂并排出气泡的同时，将束状纤维压实得到纤维棒；b、将上述制得的纤维棒以100～600毫米/分钟的速度通过转速为10～60转/分的勒牙装置，得到带有螺纹的纵向纤维螺杆；c、将带有螺纹的纵向纤维螺杆送入烘道，在110°～150°温度下(最佳为120°～160°)进行第一次固化，使固化率达到80％以上，得到带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆；d、将带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆以b步骤所述相同的速度送入缠绕机，缠绕机将经过树脂浸渍的纤维以与b步骤相同的转速缠绕在带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上，缠绕后原带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上的齿顶变成齿底，齿底变成齿顶，从而得到缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆；e、使缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆继续以与b步骤相同的速度进入旋转模中，旋转模以与上述缠绕机相同的转速转动，缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆在转动的旋转模中经过预热(温度为为85～95°)、凝胶(温度为145°～160°)、固化(温度为130°～150°)，得到横向纤维经过挤压的螺纹表面光滑的螺纹杆半成品；f、将螺纹杆半成品送入烘箱，在120°～160°的最终固化温度(最佳为160°～145°)范围内进行固化，得到由热固性纤维材料制成的成品螺纹杆。
本发明的成套成型设备依次由纱架1、集纱辊2、张力器3、树脂浸渍槽4、冷模5、勒牙装置6、第一次固化单元7、缠绕机8、最终固化单元10、同步牵引机11连接而成，同步牵引机11牵引热固性纤维以恒定的速度从纱架1上引出后分别经过纱架1、集纱辊2、张力器3、树脂浸渍槽4、冷模5、勒牙装置6、第一次固化单元7、缠绕机8、最终固化单元10得到成品。勒牙装置6可包括转盘12和安装在转盘12上的勒牙用纤维架15、导纱杆16、控制勒牙用的张力器17，缠绕转盘12安装在转盘轴18上，转盘轴18通过传动带19与电机20相连。缠绕机8包括缠绕转盘27，缠绕机8连接有旋转模9，旋转模9与缠绕机8的缠绕转盘12同速转动，旋转模9的内腔设有与成品螺纹杆上的螺纹相同的螺纹内腔13，在旋转模9的外部套有加热元件14，加热元件14与旋转模9同步转动，缠绕转盘12的一侧安装有导纱杆21和纤维架22，另一侧安装有张力器23，缠绕转盘轴24支承在支架上且与旋转模9相连，缠绕转盘轴24通过传动带25和减速机26相连，减速机26由驱动电机驱动。第一次固化单元7和最终固化单元10均可采用常规的烘箱或烘道来代替，烘箱或烘道的工作温度如前所述。
下面结合本发明的设备及工艺过程对本发明作进一步的说明。
如图2所示。
一种复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型设备依次由纱架1、集纱辊2、张力器3、树脂浸渍槽4、冷模5、勒牙装置6、第一次固化单元7(烘道)、缠绕机8、旋转模9、最终固化单元10(烘道)、同步牵引机11连接而成，缠绕机8和旋转模9同步转动。具体生产时，首先将热固性纤维从纱架1引出，经过集纱辊2，在张力器3的作用下使热固性纤维呈相同的张力成束状通过树脂浸渍槽4，然后进入冷模5挤出多余树脂并排出气泡的同时，将束状纤维压实得到纤维棒；从冷模5出口端牵引出的纤维棒在同步牵引机10的牵引下进入勒牙装置6(如图3)中勒出带有齿顶和齿底的纵向纤维螺杆，然后进入第一次第一次固化单元7(烘道)中，在125°的温度下对树脂进行第一次固化，当带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆从第一次固化烘道6牵引出来时，其固化率可达到80％以上；带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆继续前进，进入缠绕机8中(缠绕机8的结构见图4所示)，并以600毫米/分钟的速度通过缠绕机，缠绕机8上预装有经过树脂浸渍的纤维，缠绕机8以20转/分的转速将经过树脂浸渍的纤维缠绕在带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上，缠绕后原带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上的齿顶变成齿底，齿底变成齿顶，从而得到缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆；然后使缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆继续以600毫米/分钟的速度进入旋转模9中(旋转模9的结构如图4所示)，旋转模9以20转/分的转速转动，进入旋转模9的缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆上的螺纹经过旋转模9预热(温度为为90°)、凝胶(温度为140)、固化(温度为125°)后，排出多余的空气，得到横向纤维经过挤压的螺纹表面光滑的螺纹杆半成品，螺纹杆半成品在同步牵引机11的牵引下进入最终固化单元10(烘道)中，最终固化单元10(烘道)的最终固化温度为160°，在同步牵引机11的牵引下，螺纹杆半成品经过最终烘箱9后即可得到由热固性纤维材料制成的成品螺纹杆，该螺纹杆继续在同步牵引机11的牵引下离开生产线进入下道切断、包装、发运工序。
权利要求
1.一种带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺，使用热固性纤维作为原料，用于连续生产带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆，其特征是a、将热固性纤维从纱架引出，经过集纱辊，在张力器控制的作用下使热固性纤维呈同一张力成束状通过树脂浸渍槽，然后进入冷模挤出多余树脂并排出气泡的同时，将束状纤维压实得到纤维棒；b、将上述制得的纤维棒以100～600毫米/分钟的速度通过转速为10～60转/分的勒牙装置，得到带有螺纹的纵向纤维螺杆；c、将带有螺纹的纵向纤维螺杆送入烘道，在110°～150°温度下进行第一次固化，使固化率达到80％以上，得到带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆；d、将带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆以b步骤所述相同的速度送入缠绕机，缠绕机将经过树脂浸渍的纤维以与b步骤相同的转速缠绕在带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上，缠绕后原带有螺纹的纵向纤维毛坯螺杆上的齿顶变成齿底，齿底变成齿顶，从而得到缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆；e、使缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆继续以与b步骤相同的速度进入旋转模中，旋转模以与上述缠绕机相同的转速转动，缠绕有横向纤维的带螺纹的毛坏杆在转动的旋转模中经过预热、凝胶、固化，得到横向纤维经过挤压的螺纹表面光滑的螺纹杆半成品；f、将螺纹杆半成品送入烘箱，在120°～160°的最终固化温度范围内进行固化，得到由热固性纤维材料制成的成品螺纹杆。
2.根据权利要求1所述的带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺，其特征是所述的旋转模中的预热温度为85～95°、凝胶温度为145°～160°、固化温度为130°～150°。
3.一种带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型设备，依次由纱架、集纱辊、张力器、树脂浸渍槽、冷模、勒牙装置、第一次固化单元、缠绕机、最终固化单元、同步牵引机连接而成，同步牵引机牵引热固性纤维以恒定的速度从纱架上引出后分别经过纱架、集纱辊、张力器、树脂浸渍槽、冷模、勒牙装置、第一次固化单元、缠绕机、最终固化单元得到成品，缠绕机包括缠绕转盘，其特征是在缠绕机连接有旋转模，旋转模与缠绕机的缠绕转盘同速转动，旋转模的内腔设有与成品螺纹杆上的螺纹相同的螺纹内腔，在旋转模的外部套有加热元件，加热元件与旋转模同步转动。
4.根据权利要求3所述的带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型设备，其特征是所述的勒牙装置包括勒牙转盘和安装在勒牙转盘上的勒牙用纤维架、导纱杆、控制勒牙用的张力器，勒牙转盘安装在勒牙转盘轴上，勒牙转盘轴通过传动带与电机相连。
5.根据权利要求3所述的带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型设备，其特征是所述的缠绕转盘的一侧安装有导纱杆和纤维架，另一侧安装有张力器，缠绕转盘轴支承在支架上且与旋转模相连，缠绕转盘轴通过传动带和减速机相连，减速机由驱动电机驱动。
全文摘要
本发明公开了一种利用复合材料制造的广泛适用于沿海地区的建筑物及矿山坑道支护使用的带横向纤维螺纹的复合材料螺纹杆拉挤缠绕旋转成型工艺及设备。首先将热固性纤维从纱架引出，经过集纱辊，在张力器控制的作用下使成束状通过树脂浸渍槽，然后经过冷模挤出多余树脂并排出气泡；再经过勒牙后固化；缠绕机将经过树脂浸渍的纤维缠绕在固化后的螺杆上，使原齿顶变成齿底，齿底变成齿顶，同时送入旋转模中，经过旋转模的预热、凝胶、固化，最后将其在烘箱定型，得到由热固性纤维材料制成的成品螺纹杆。
文档编号B29C69/00GK1562618SQ200410014588
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月8日 优先权日2004年4月8日
发明者程逸建, 翟光中 申请人:程逸建