专利名称：多层纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种型材的拉挤成形工艺及装置，尤其涉及一种内、外注胶式的多层 纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺及装置。
背景技术：
目前所公布的在线编织或缠绕成型纤维增强热固性塑料型材生产方法，其工艺布 局及纤维浸渍方式局限都难以实现纤维束多层次、多取向的积层，且存在着污染环境、胶液 易氧化难以控制等缺陷。
发明内容
本发明提供一种能够保证并有助于提高型材质量的多层纤维复合积层型材的立 式拉挤成形工艺及装置。本发明采用如下技术方案技术方案一本发明所述的多层纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺取一管状芯模，以先 在管状芯模上布置纵向纤维束积层、再在纵向纤维束积层上布置环向纤维束积层的纤维交 替布置方法，在管状芯模上布置纵向纤维和环向纤维，由相互叠合的纵向纤维束积层和环 向纤维束积层形成纤维复合积层并由牵引机牵引移动；将一部分胶液引入管状芯模的内部并使胶液流出管状芯模进入纤维复合积层内 部并从纤维复合积层内部向纤维复合积层注胶，与此同时，另一部分胶液从纤维复合积层 外部注胶，使胶液浸透纤维复合积层，所述胶液温度控制在40°C 80°C范围内；最后，浸透胶液的纤维复合积层在牵引机的继续牵引下通过的加热成型模具加热 成形，成为多层纤维复合积层型材，，所述的加热成形温度为控制在80°C 200°C范围内。技术方案二 本发明所述的实现上述立式拉挤成形工艺的装置包括用于牵引纤维复合积层 的牵引机和加热成型模具，在加热成型模具上设有内外注胶装置，在内外注胶装置上设有 管状芯模，所述内外注胶装置的内部注胶口与管状芯模的一个管口连接，管状芯模的另一 个管口及所述内外注胶装置的外部注胶口连接于注胶泵，在管状芯模至少套设有一组布纱 器，所述的一组布纱器包括纵向纱卷和环向绕纱器，纵向纱卷在沿牵引方向上位于环向绕 纱器的前方。与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明旨在提供一种能实现，中空和实心且具有多层次不同纤维取向结构的增强 热固性塑料型材生产工艺方法。此工艺采用了纵、环向纤维束积层在通过加热成型模具前 的内注胶接头和外注胶套时，同时注入胶液浸渍纤维束复合积层的工艺方法。此内、外同时 对纤维束复合积层注胶浸渍工艺方法，不同于传统的槽式浸胶和现公布的浸胶方式，克服 了现有浸胶方法污染环境、胶液长时间接触空气导致胶液氧化等缺点，使得增强纤维束多
3层次积层能方便地实现，从而获得高性能的纤维增强热固性型材。本发明的内外注胶方法及内外注胶装置，尤其是采用了环形注胶槽的技术措施 后，并分别通过注胶孔及注胶管等与胶液注输比例泵连通。当纵、环向纤维束积层通过内、 外注胶槽位置时。经注胶比例泵加压的胶液通过注胶管输送到内、外注胶槽位置。同时向 纵、环向纤维束积层内部注入胶液。采用内外同时注入胶液的浸渍纤维方式；此时胶液具有 40°C 80°C的温度以及较低的粘度，所以能快速地浸透纵、环向纤维束积层。可有效地克服 空气泡附壁现象，将空气从纤维束积层内部排出，从而可生产出气隙含量极少的型材。由于 采用在靠近加热成型模具入口位置内、外同时对纵、环向纤维束积层进行注胶浸渍，与传统 的纤维束边积层边浸胶方式相比具有浸胶装置体积小，纤维束在积层过程中设备与环境 非常清洁，胶液在近似封闭的状态下浸渍纤维束积层。由于纵、环向纤维束在积层过程不含 胶液所以大大降低了牵引的粘滞阻力，从而降低了牵引力。由于以上优点，从而可以方便地 实现多层次大截面纤维增强型材的成型。
图1是本发明的结构示意图；其中各部件名称1、管状芯模，2、环向绕纱器，3、内注胶接头，4、内成型芯模，5、外 注胶套，6、加热成型模具，7.牵引机，8、注胶管，9、胶液注输比例泵，10、纵向纱卷。图2是本发明的局部结构放大示意图。图3是本发明的内外注胶装置结构示意图。图4是本发明的内外注胶装置A-A剖视图。图5是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式实施例1一种多层纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺，取一管状芯模1，以先在管状芯 模1上布置纵向纤维束积层、再在纵向纤维束积层上布置环向纤维束积层的纤维交替布置 方法，在管状芯模1上布置纵向纤维和环向纤维，由相互叠合的纵向纤维束积层和环向纤 维束积层形成纤维复合积层并由牵引机7牵引移动；将一部分胶液引入管状芯模1的内部并使胶液流出管状芯模1进入纤维复合积 层内部并从纤维复合积层内部向纤维复合积层注胶，与此同时，另一部分胶液从纤维复合 积层外部注胶，使胶液浸透纤维复合积层，所述胶液温度控制在40°C 80°C范围内，在本 实施例中，注入纤维束复合积层的胶液温度根据具体工艺要求控制在40°C 80°C，例如 40°C、55°C、76°C或80°C ；为了使胶液能够更好的浸透纤维复合积层，注胶压力最好选择 0. 1 0. 8Mpa，例如0. U0. 3、0· 6 或 0. 8Mpa ；最后，浸透胶液的纤维复合积层在牵引机7的继续牵引下通过的加热成型模具 6加热成形，成为多层纤维复合积层型材，所述的加热成形温度为控制在80°C 20(TC范 围内，在本实施例中，加热成型温度根据具体工艺要求控制在80°C 200°C，例如80°C、 110°C、155°C、190°C或 2000C0实施例2
一种实现立式拉挤成形工艺的装置，包括用于牵引纤维复合积层的牵引机7和 加热成型模具6，在加热成型模具6上设有内外注胶装置，在内外注胶装置上设有管状芯 模1，所述内外注胶装置的内部注胶口与管状芯模1的一个管口连接，管状芯模1的另一个 管口及所述内外注胶装置的外部注胶口连接于注胶泵，在管状芯模1至少套设有一组布纱 器，所述的一组布纱器包括纵向纱卷10和环向绕纱器2，纵向纱卷10在沿牵引方向上位于 环向绕纱器2的前方。在本实施例中，可以在管状芯模1套设有1组、2组、5组或更多组布纱器，布纱器的具体组数是根 据具体产品的结构性能要求来定，它是以获得具有纵、环向纤维纱束多层次结构特性的积 层数来确定的。所述内外注胶装置包括内注胶接头3和外注胶套5，内注胶接头3设在外注胶套5 的内部，在内注胶接头3内设有内注胶通道301，在内注胶通道301上设有内部注胶口 302 且所述内部注胶口 302作为内外注胶装置的内部注胶口，在外注胶套5上设有外部注胶口 502且外部注胶口 502作为外外注胶装置的内部注胶口，所述内部注胶口 302与外部注胶 口 502相向设置，在内注胶接头3与外注胶套5之间设有用于纤维复合积层11通过的间隙 12。如果制备的型材是中空型材，则需要在内注胶接头3上连接有成型内芯模4且成 型内芯模4延伸并进入加热成型模具6的内部。所述注胶泵采用胶液注输比例泵9且胶液注输比例泵9的一个出口与管状芯模1 的另一个管口连接，胶液注输比例泵9的另一个出口与外部注胶口 502连接。环向绕纱器2可以根据需要进行选择，如果需要编织层，则环向绕纱器2为编织 机；如果需要缠绕层，则环向绕纱器2为缠绕机，且缠绕机的缠绕模块套设在管状芯模1上。为了进一步提高注胶效果，即使得胶能够更加均勻地浸透纤维复合积层，本实施 例在内注胶接头3上设有开口朝向外注胶套5的环形注胶内槽303，在外注胶套5上设有开 口朝向内注胶接头3的环形注胶外槽503，并且，环形注胶内槽303与环形注胶外槽503面 对面设置，所述环形注胶内槽303与内部注胶口 302相通，所述环形注胶外槽503与外部注 胶口 502相通，这一技术措施可使所注胶水集中于环形注胶外槽503与环形注胶内槽303 中，集中于内外槽中的胶水从纤维复合积层内外实施相向注胶，从而使胶水能够均勻地浸 透纤维复合积层。上述环形注胶外槽503及环形注胶内槽303的尺寸深度约为3 6mm， 宽度约为2 4mm。本发明各部件的功能及技术说明1.管状芯模管状芯模1是固定于机架上，用金属材料制成的空心管芯模。作用 是供注胶管8从内部穿过和纤维纱在其外表面包裹积层，并使得完成积层的复合层纤维在 牵引机7的牵引下沿其外表面向加热成型模具6滑移。2.编织机或缠绕机模块模块是指两种可单独安装，并由步进电机驱动的编织机 或缠绕机，这两种机械装置都是围环绕管状芯模1的轴心作水平转动，编织机或缠绕机都 是圆盘式结构。圆盘中心是通孔，供管状芯模1和纵向纤维穿过，盘上装有编织纱锭或缠绕 纱锭。此模块的转动与牵引机7实行同步控制，圆盘纱锭上的纤维纱束通过导引装置，在相 邻两纵向纱层之间进行均勻地编织或缠绕积层，编织机或缠绕机模块安装数量，由具体型
3.内注胶接头此件两端用螺纹与管状芯模1和成型内芯模4连接，其上的环向 注胶槽与注胶管8连通，胶液在胶液注输比例泵9的压力输送下，通过环形注胶槽均勻注入 复合层纤维的内部。在制造实心型材时不需安装成型内芯模4，这时内注胶接头3可以与管 状芯模1设计为一体结构。4.成型内芯模与内注胶接头3连接，外形大小与型材内腔尺寸一致的金属芯模。 在制造实心型材时不需要。5.外注胶套与加热成型模具6连接，设有内环形注胶槽，注胶管8通过注胶孔与 注胶槽连通，胶液在胶液注输比例泵9的压力输送下，通过环形注胶槽均勻由外向内注入 复合层纤维的内部，这样型材复合层纤维内外同时注入胶液，可充分地浸透纤维从而获得 优质的产品。6.加热成型模具安装于机架上，具有与型材外形一致的模腔，此模采用恒温电 加热控制。浸透胶液的复合积层纤维，在牵引机7的牵引下通过加热成型模具6时，胶液在 固化剂和加热的作用下，与复合积层纤维固化成具有与模腔一致外形的型材。7.牵引机安装机架上，牵引机7可以是履带牵引机、液压牵引机或丝杆牵引机。 它通过安装于其上的夹持装置牵引型材移动。此牵引机7的牵引速度，应与编织机或缠绕 机模块2，胶液注输比例泵9实行程序联动控制。8.注胶管使胶液注输比例泵9与内注胶接头3、外注胶套5连通，让加压的胶液 输入内注胶接头3和外注胶套5上的环形注胶槽。9.胶液注输比例泵将配制了固化剂、脱模剂等的树脂胶液，按型材所需含胶比 例加压经注胶管8输入到内、外环形注胶槽，从而浸透复合层纤维。此泵胶液输出速率，应 于牵引机7速度同步。10.纵向纱卷放置于纱架上，纱卷上的纤维纱束通过导纱装置均勻环向逐层分 布于管状芯模1周围，从而形成各纵向纤维层。本发明将放置于纱架上的纱卷纤维束，通过导纱装置均勻地逐层纵向布置于管状 芯模1外侧，再将布置好的各层纤维纱沿管状芯模1轴向，通过编织机或缠绕机模块2、内 注胶接头3、成形内芯模4、外注胶套5、加热成型模具6引入牵引机7，牵引机7以设定的速 度牵引各层纵向纤维纱沿轴向移动，在两纵向纱层之间安装于机架上的编织机或缠绕机模 块2，绕管状芯模1以设定的速度水平转动，装在转动盘纱锭上的纤维纱束，通过导纱装置 在纵向纤维纱层上编织或缠绕环向纤维纱层，形成纤维的编织层或缠绕层。根据产品尺寸及性能要求，布置纵向纤维及编织或缠绕纤维的数量和层数。经过 以上步骤可以在管状芯模1上形成具有多层纵向纤维及环向编织或缠绕纤维的复合积层 纤维，此复合积层纤维在牵引机7的牵引下，沿管状芯模1向加热成型模具6滑移。当复合积层纤维在滑移至加热成型模具6前端的外注胶套5时，内注胶接头3由 复合积层纤维内部向外注入胶液，外注胶套5由复合层纤维外部向内注入胶液，这样在内 外同时注入胶液作用下使复合积层纤维充分浸透胶液。内外注胶装置，由一台胶液注输比例泵9通过注胶管8连接内注胶接头3和外注 胶套5构成。其中胶液注输比例泵9经过加压将配制好的胶液，通过内注胶接头3和外注 胶套5上的环形凹槽，将胶液同时均勻注入复合积层纤维。
6
浸透胶液的复合积层纤维，在牵引机7的牵引下通过加热成型模具6。浸透纤维的 胶液在加热与胶液内固化剂作用下，与复合积层纤维固化成与模腔形状一致的热固性纤维 增强型材，固化好的型材通过牵引机7，冷却后切割成定长尺寸。在制作实心型材时，不需安装成型内芯模4。实现以上工作原理时，牵引机7的牵引线速度与编织机或缠绕机缠绕模块2的转 速及胶液注输比例泵9可以采用机电同步控制技术。参见图5，详细说明本发明所述方法的工艺流程1、布置纵向纤维束是指将放置于静止纱架上的纱束，通过导纱装置均勻地布置 在管状芯模1外侧，并引导纤维束沿管状芯模1，穿过编织机或缠绕机模块2、内注胶接头3、 成型内芯模4、外注胶套5、加热成型模具6，进入牵引机7牵引机通过夹持装置牵引纤维束 作勻速滑动。此工艺流程纤维束的根数和积层厚度，视产品性能要求而定。2、编织或缠绕环向纤维束是指经过工艺流程1，在管状芯模1外表面形成的纵向 纤维束积层上用编织机或缠绕机，编织或缠绕纤维束以形成环向纤维束积层。此工艺流程 是用编织机完成环向纤维束积层；还是用缠绕机完成环向纤维纱束积层，视产品性能要求 而定。3、重复工艺流程1、2 是指根据具体产品的结构性能要求重复工艺流程1、2步骤， 以获得具有纵、环向纤维纱束多层次结构特性的积层，从而满足产品要求。4、内、外同时注胶浸渍是指经工艺流程1、2、3步骤的纤维束纵、环向复合积层纤 维，在牵引机的牵引下向下滑移至外注胶套5位置时。注胶装置同时对复合积层纤维由内 向外和由外向内注入加温加压胶液浸渍纤维。此胶液浸渍复合积层纤维的过程是由胶液注 输比例泵9、注胶管8、内注胶接头3、外注胶套5共同完成的。5、加温固化成型指浸透胶液的复合积层纤维，在牵引机的牵引下滑过恒温控制 加热成型模具6完成胶液的固化定型。形成具有与加热成型模具内腔一致外形的复合积层 纤维增强热固性型材。6、冷却已成型的型材在牵引机的牵引下向牵引机勻速移动，在移动的过程中采 用吹风冷却或常温空气冷却。7、牵引牵引机牵引型材。8、切割将移动出牵引机的型材，定长切割成要求的长度。
权利要求
一种多层纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺，其特征在于，取一管状芯模(1)，以先在管状芯模(1)上布置纵向纤维束积层、再在纵向纤维束积层上布置环向纤维束积层的纤维交替布置方法，在管状芯模(1)上布置纵向纤维和环向纤维，由相互叠合的纵向纤维束积层和环向纤维束积层形成纤维复合积层并由牵引机(7)牵引移动；将一部分胶液引入管状芯模(1)的内部并使胶液流出管状芯模(1)进入纤维复合积层内部并从纤维复合积层内部向纤维复合积层注胶，与此同时，另一部分胶液从纤维复合积层外部向待成形固化的型材注胶，使胶液浸透纤维复合积层，所述胶液温度控制在40℃～80℃范围内；最后，浸透胶液的纤维复合积层在牵引机(7)的继续牵引下通过的加热成型模具(6)加热成形，冷却，成为多层纤维复合积层型材，所述的加热成形温度为控制在80℃～200℃范围内。
2.一种实施权利要求1所述多层纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺的装置，包 括用于牵引纤维复合积层的牵引机(7)和加热成型模具(6)，其特征在于，在加热成型模 具(6)上设有内外注胶装置，在内外注胶装置上设有管状芯模(1)，所述内外注胶装置的内 部注胶口与管状芯模(1)的一个管口连接，管状芯模(1)的另一个管口及所述内外注胶装 置的外部注胶口连接于注胶泵，在管状芯模(1)至少套设有一组布纱器，所述的一组布纱 器包括纵向纱卷(10)和环向绕纱器(2)，纵向纱卷(10)在沿牵引方向上位于环向绕纱器 ⑵的前方。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，内外注胶装置包括内注胶接头(3)和外注 胶套(5)，内注胶接头(3)设在外注胶套(5)的内部，在内注胶接头(3)内设有内注胶通道 (301)，在内注胶通道(301)上设有内部注胶口(302)且所述内部注胶口(302)作为内外注 胶装置的内部注胶口，在外注胶套(5)上设有外部注胶口(502)且外部注胶口(502)作为 外注胶装置的内部注胶口，所述内部注胶口(302)与外部注胶口(502)相向设置，在内注胶 接头⑶与外注胶套(5)之间设有用于纤维复合积层(11)通过的间隙(12)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在内注胶接头(3)上连接有成型内芯模 (4)且成型内芯模(4)延伸并进入加热成型模具(6)的内部。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，注胶泵采用胶液注输比例泵(9)且胶液注 输比例泵(9)的一个出口与管状芯模(1)的另一个管口连接，胶液注输比例泵(9)的另一 个出口与外部注胶口(502)连接。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，环向绕纱器(2)为编织机。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，环向绕纱器(2)为缠绕机，且缠绕机的缠 绕模块套设在管状芯模(1)上。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在内注胶接头(3)上设有开口朝向外注胶 套(5)的环形注胶内槽(303)，在外注胶套(5)上设有开口朝向内注胶接头(3)的环形注胶 外槽(503)，并且，环形注胶内槽(303)与环形注胶外槽(503)面对面设置，所述环形注胶内 槽(303)与内部注胶口(302)相通，所述环形注胶外槽(503)与外部注胶口(502)相通。
全文摘要
一种多层纤维复合积层型材的立式拉挤成形工艺先在管状芯模上布置纵、环向纤维，形成纤维束积层纤维复合积层并牵引移动；将一部分胶液引入纤维复合积层内部并注胶，另一部分胶液从纤维复合积层外部注胶，使胶液浸透纤维复合积层，最后，加热成形，冷却。成形装置，包括用于牵引纤维复合积层的牵引机和加热成型模具，在加热成型模具上设有内外注胶装置，在内外注胶装置上设有管状芯模，所述内外注胶装置的内部注胶口与管状芯模的一个管口连接，管状芯模的另一个管口及内外注胶装置的外部注胶口连接于注胶泵，在管状芯模至少套设有一组布纱器，一组布纱器包括纵向纱卷和环向绕纱器，纵向纱卷在沿牵引方向上位于环向绕纱器的前方。
文档编号B29L9/00GK101913254SQ20101023302
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者高宝安 申请人:高宝安