纤维增强复合材料浸渍系统及其树脂纤维混合模具和应用的制作方法

本申请涉及但不限于纤维增强复合材料的成型技术，尤其涉及但不限于一种纤维增强复合材料的浸渍系统及其树脂纤维混合模具和应用。
背景技术：
：在纤维增强聚氨酯泡沫塑料成型技术中，为实现多束连续长纤维有效增强发泡聚氨酯泡沫，需要两者之间充分均匀浸渍。目前纤维增强聚氨酯泡沫塑料成型工艺中的浸渍段采用多人轮班交替揉搓的方式。这种方式的浸渍效果不稳定，特别是长时间生产时，工人的疲劳感增加、专注度下降，浸渍效果会随之下降。此外，聚氨酯树脂完成发泡后就会发生固化，因此在生产合成轨枕时需要在聚氨酯树脂完成发泡前完成对连续长纤维的浸润。但聚氨酯树脂的发泡时间较短，生产大尺寸的制品时，采用人工揉搓浸润的方式在短时间内无法将树脂基体材料与纤维充分浸润，从而限定了成型制品的尺寸，无法通过一次成型得到满足铁路用的大尺寸的合成轨枕，只能先成型为小尺寸的制品，然后通过多层粘接的方式形成大尺寸的合成轨枕。这样不仅增加了加工成本还降低了生产效率，并且采用粘接的方式存在粘接面开裂的风险，影响列车运行安全。技术实现要素：以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。本申请提供了一种纤维增强复合材料浸渍系统及其树脂纤维混合模具和应用，该浸渍系统能够解决传统人工揉搓浸渍成型存在的浸润效果差、稳定性不足、人工成本高以及成型产品尺寸受限等诸多问题。具体地，本申请提供了一种树脂纤维混合模具，所述模具包括：筒状的本体，所述本体的两端分别具有入模口和出模口，所述本体的上表面上设置有复数个注胶口；预成型框，所述预成型框设置有一个，设置在所述本体的入模口上，或者，所述预成型框设置有两个，分别设置在所述本体的入模口和出模口上；和可上下移动的两个调高挡板，所述调高挡板插在所述预成型框的上边框上和/或插在所述本体的上表面的靠近所述入模口和/或所述出模口的位置。在本申请的实施方式中，所述复数个注胶口可以延伸进入所述本体的内部，并且所述复数个注胶口在所述本体内部的深度可以沿远离所述入模口的方向减小。在本申请的实施方式中，所述复数个注胶口可以配置为能够上下移动。在本申请的实施方式中，所述复数个注胶口可以设置在所述本体的上表面的靠近所述入模口的一侧，并且沿纤维移动的方向成排设置，相邻两排注胶口之间的距离可以为50mm～300mm。在本申请的实施方式中，所述注胶口可以设置有3排，离所述入模口最近的一排注胶口在所述本体内部的深度可以为100mm～140mm，离所述入模口最远的一排注胶口在所述本体内部的深度可以为30mm～70mm。本申请还提供了一种纤维增强复合材料浸渍系统，所述浸渍系统包括：配料设备，所述配料设备供给树脂基体材料；混料设备，所述混料设备与所述配料设备相连接，配置为将来自于所述配料设备的树脂基体材料混合均匀；储料罐，所述储料罐与所述混料设备相连接，并且所述储料罐上设置有增压口，所述储料罐下方设置有复数个供料口；和如上所述的树脂纤维混合模具，所述树脂纤维混合模具的所述复数个注胶口一一对应地设置在所述复数个供料口下方。在本申请的实施方式中，所述储料罐下方可以连接有一条管路，所述一条管路分为复数个分支管路，所述复数个供料口分别形成在所述复数个分支管路上。在本申请的实施方式中，所述浸渍系统还可以包括机械振动设备，所述机械振动设备设置在所述树脂纤维混合模具的出模口的下游，并且配置为能够上下振动从而对从所述出模口出来的纤维进行拍打。在本申请的实施方式中，所述机械振动设备可以为平板振动抹光机。在本申请的实施方式中，所述机械振动设备可以包括至少一个曲轴旋转振动棒，所述曲轴旋转振动棒配置为能够上下振动并朝着纤维移动的方向旋转，所述曲轴旋转振动棒的棒状主体的外周面上设置有复数圈凹槽。本申请还提供了如上所述的浸渍系统的应用，包括：将纤维贴着所述树脂纤维混合模具的下部内壁排布到所述树脂纤维混合模具中，向下移动所述两个调高挡板直至与纤维接触，从而使所述两个调高挡板限定纤维的厚度并密封所述入模口和所述出模口；所述配料设备向所述混料设备供给树脂基体材料，在所述混料设备内将所述树脂基体材料混合均匀，然后将混合均匀的树脂基体材料输送至所述储料罐中；通过所述增压口持续对所述储料罐加压；通过所述复数个供料口向所述树脂纤维混合模具中的纤维浇注树脂基体材料，并牵引纤维沿从所述入模口到所述出模口的方向移动。在本申请的实施方式中，在浇注树脂基体材料的过程中，所述储料罐中的压力可以为0.1mpa～0.5mpa。在本申请的实施方式中，所述应用还可以包括：在纤维从所述出模口出来之后，将纤维牵引到机械振动设备的工作区，使所述机械振动设备上下振动从而对纤维进行拍打。本申请的纤维增强复合材料的浸渍系统采用高压混合浸渍技术代替了人工揉搓浸渍，提高了系统的机械化程度，使浸渍系统不仅具有高效稳定的生产效率，而且解决了手工揉搓浸渍存在的纤维、树脂基体浸渍不均匀、成本高、成型产品尺寸受限等诸多问题。当浸渍系统包括机械振动设备时，可以进一步提高浸渍效果，迅速完成对纤维的充分浸渍。本申请的纤维增强复合材料的浸渍系统可以实现树脂基体材料，尤其是高粘度树脂基体材料、发泡树脂基体材料等对短切纤维、连续纤维等纤维增强材料的浸润。本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请实施例的设置有两个预成型框的树脂纤维混合模具的结构示意图。图2为图1的树脂纤维混合模具的主视图。图3为图1的树脂纤维混合模具的剖面图。图4为本申请实施例的树脂纤维混合模具的内部结构示意图。图5为本申请实施例的树脂纤维混合模具的注胶口的注胶状态图。图6为本申请实施例的纤维增强复合材料浸渍系统的结构示意图。图7为本申请实施例的包括平板振动抹光机的纤维增强复合材料浸渍系统的结构示意图。图8为本申请实施例的平板振动抹光机的结构示意图。图9为本申请实施例的包括曲轴旋转振动棒的纤维增强复合材料浸渍系统的结构示意图。图10为本申请实施例的曲轴旋转振动棒的结构示意图。图11为图10的曲轴旋转振动棒的主视图。图12为申请实施例的包括曲轴旋转振动棒的机械振动设备的结构示意图。图13为申请实施例的凸轮的结构示意图。图14为申请实施例的转动导杆的结构示意图。图15为申请实施例的曲轴棒固定座的结构示意图。附图中的附图标记为：1-树脂纤维混合模具11-本体111-入模口112-出模口113-注胶口12-预成型框13-调高挡板2-配料设备21-黑料罐22-白料罐23-干燥器24-搅拌器25-计量泵3-混料设备4-储料罐41-增压口42-供料口5-平板振动抹光机6-曲轴旋转振动棒61-凹槽62-锯齿7-电机8-凸轮与转动导杆组合结构81-凸轮811-第一齿轮812-凸轮导向槽82-转动导杆821-连接杆822-转动杆823-安装孔83-曲轴棒固定座831-第二齿轮100-纤维200-树脂基体材料具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本申请实施例提供了一种树脂纤维混合模具1，如图1-2所示，所述树脂纤维混合模具1包括筒状的本体11、预成型框12和可上下移动的两个调高挡板13。所述本体11的两端分别具有入模口111和出模口112，所述本体11的上表面上设置有复数个注胶口113。所述本体11可以包括上板，所述复数个注胶口113可以设置在所述上板上。所述上板可以可拆卸地与形成所述本体11的其他部分结合在一起，例如，可以通过卡扣或螺栓固定的方式可拆卸地结合在一起。所述预成型框12可以设置有一个或两个。在如图1-2所示的树脂纤维混合模具1中，所述预成型框12设置有两个，分别设置在所述本体11的入模口111和出模口112上。在其他实施例中，可以仅在所述本体11的入模口111上设置有一个预成型框12。所述预成型框12可以通过粘结的方式或螺栓固定的方式结合在入模口111上或结合在入模口111和出模口112上。所述预成型框12可以为矩形的框，其尺寸可以与所述本体11的型腔的尺寸大致相同。生产过程中，连续纤维的排布宽度通常大于树脂纤维混合模具1的本体11的型腔宽度，此时可以通过入模口111的预成型框12收缩连续纤维的排布宽度。所述两个调高挡板13可以均插在所述预成型框12的上边框上；或者，均插在所述本体11的上表面上，例如，插在所述本体11的上板的靠近所述入模口111和所述出模口112的位置处；或者，一个调高挡板13插在所述预成型框12的上边框上，另一个调高挡板13插在所述本体11的上板上。调高挡板13的作用一方面是限定连续纤维的排布厚度，另一方面是封闭入模口111和出模口112，防止高压注胶时树脂基体材料从模具两端喷溅出来。如图3-4所示，所述复数个注胶口113可以延伸进入所述本体11的内部，并且所述复数个注胶口113在所述本体11内部的深度可以沿远离所述入模口111的方向减小，使得所述复数个注胶口113在所述本体11内部呈阶梯状。如图5所示，深度最大的注胶口113可以用于对底部的纤维100注胶，深度居中的注胶口113可以用于对中部的纤维100注胶，深度最小的注胶口113可以用于对上部的纤维100注胶，便于树脂基体材料200均匀地分布于纤维中。所述复数个注胶口113可以配置为能够上下移动，从而使得可以调节其在所述本体11内部的深度。所述复数个注胶口113可以设置在所述本体11的上表面的靠近所述入模口111的一侧，并且沿纤维移动的方向成排设置，相邻两排注胶口113之间的距离可以为50mm～300mm。如图3-5所示，所述注胶口113可以设置有3排，离所述入模口111最近的一排注胶口113在所述本体11内部的深度可以为100mm～140mm，离所述入模口111最远的一排注胶口113在所述本体内部的深度为30mm～70mm。本申请实施例还提供了一种纤维增强复合材料浸渍系统，如图6所示，所述浸渍系统包括如上所述的树脂纤维混合模具1、配料设备2、混料设备3、储料罐4。所述配料设备2供给树脂基体材料。所述配料设备2可以包括用于盛放异氰酸酯的黑料罐21和用于盛放多元醇以及助剂(匀泡剂、发泡剂、抗老化剂、阻燃剂、紫外吸收剂等)的白料罐22，所述黑料罐21上端设置有干燥器23，可以避免异氰酸酯与水接触发生化学反应，所述白料罐22中设置有搅拌器24，可以将所述白料罐22中的多种原料搅拌均匀。所述黑料罐21和所述白料罐22的下端可以分别通过管道与所述混料设备3的上端相连接。在所述黑料罐21与所述混料设备3之间的管道和所述白料罐22与所述混料设备3之间的管道上可以分别设置有一个计量泵25，用于分别控制所述黑料罐21和所述白料罐22中原料的供给量。所述混料设备3与所述配料设备2相连接，配置为将来自于所述配料设备2的树脂基体材料混合均匀。所述储料罐4与所述混料设备3相连接，并且所述储料罐4上设置有增压口41，所述储料罐下方设置有复数个供料口42。所述储料罐4下方可以连接有一条管路，所述一条管路分为复数个分支管路，所述复数个分支管路的出口可以作为所述复数个供料口42。所述树脂纤维混合模具1的所述复数个注胶口113一一对应地设置在所述复数个供料口42下方。本申请实施例的浸渍系统还可以包括机械振动设备，所述机械振动设备设置在所述树脂纤维混合模具的出模口的下游，并且配置为能够上下振动从而对从所述出模口出来的纤维进行拍打。所述机械振动设备可以为平板振动抹光机5(如图7所示)，所述平板振动抹光机5可以设置在所述树脂纤维混合模具1的出模口112的下游。如图8所示，所述平板振动抹光机5可以包括振动浸渍板51、固定底座52、振动电机53和上固定座54。所述振动浸渍板51通过所述固定底座52固定在所述振动电机53上，可以在所述振动电机53的驱动下上下振动，从而对从所述出模口出来的纤维进行拍打，促使树脂基体材料进入纤维内部，对纤维进行充分浸渍。振动电机53的功率、电压和振动频率可以根据浸渍效果进行设置，例如，功率可以为250w，电压可以为220v，振动频率可以为3000次/每分钟。所述平板振动抹光机5可以通过其上固定座54实现固定。所述机械振动设备可以包括至少一个曲轴旋转振动棒6(如图9所示)，所述曲轴旋转振动棒6可以设置在所述树脂纤维混合模具1的出模口112的下游。并且所述曲轴旋转振动棒6配置为能够上下振动并朝着纤维移动的方向旋转。如图10-11所示，所述曲轴旋转振动棒6的棒状主体的外周面上设置有复数圈凹槽61。在图10-11中，所述凹槽61为三角形，在其他实施例中可以为矩形。棒状主体上未设置凹槽61的部分形成锯齿62。工作时，曲轴旋转振动棒6通过上下振动和朝着纤维移动的方向旋转不断地接触和拍打纤维，其上的锯齿62有助于纤维表面的树脂基体材料进入纤维内部。所述曲轴旋转振动棒6可以设置有复数个，例如，3个。所述复数个曲轴旋转振动棒6可以均匀分布在纤维的上部、中部和下部，用以分别对纤维上部、中部和下部进行振动拍打，实现树脂基体材料对纤维的充分浸渍。所述曲轴旋转振动棒的旋转线速度可以与纤维的移动速度一致。所述曲轴旋转振动棒的振动幅度可以为-50mm～50mm。所述曲轴旋转振动棒的直径可以为20mm～200mm。所述曲轴旋转振动棒的长度可以为100mm～1000mm。所述曲轴旋转振动棒的凹槽深度可以为10mm～100mm。所述曲轴旋转振动棒的齿间距可以为10mm～100mm。所述曲轴旋转振动棒6可以在与其连接的驱动设备的驱动下上下振动并朝着纤维移动的方向旋转。所述驱动设备可以为机械领域常用的能实现上述功能的设备，例如，凸轮与转动导杆组合结构。如图12所示，所述驱动设备可以包括一台电机7和两个凸轮与转动导杆组合结构8。所述曲轴旋转振动棒6固定在所述两个凸轮与转动导杆组合结构8之间，其中一个凸轮与转动导杆组合结构8与所述电机7的电机轴相连接，并且被所述电机7驱动然后带动所述曲轴旋转振动棒6上下振动并朝着纤维移动的方向旋转。所述凸轮与转动导杆组合结构8包括凸轮81、转动导杆82和曲轴棒固定座83。所述电机7设置在所述凸轮81的一侧。如图13所示，所述凸轮81的远离所述电机7的一侧上设置有第一齿轮811和凸轮导向槽812，所述凸轮导向槽812设置在所述第一齿轮811的四周。如图14所示，所述转动导杆82包括连接杆821和转动杆822，其中一个凸轮与转动导杆组合结构8的连接杆821与所述电机的电机轴相连接，所述转动杆822上设置有安装孔823。如图15所示，所述曲轴棒固定座83的一端设置有第二齿轮831，另一端与所述曲轴旋转振动棒连接固定，所述曲轴棒固定座83的设置有第二齿轮831的一端穿过所述安装孔823后嵌入所述凸轮导向槽812中，并且所述第一齿轮811与所述第二齿轮831相啮合。工作时，开启所述电机7，与所述电机7相连接的所述转动导杆82随电机7同步转动，同时带动穿过所述转动导杆82的所述曲轴棒固定座83在所述凸轮导向槽812内转动。所述曲轴棒固定座83上连接的曲轴旋转振动棒6随所述转动导杆82转动，同时所述曲轴旋转振动棒6自身在所述第二齿轮831的带动下进行旋转。本申请实施例还提供了如上所述的浸渍系统的应用，包括：将纤维贴着所述树脂纤维混合模具1的下部内壁排布到所述树脂纤维混合模具1中，向下移动所述两个调高挡板13直至与纤维接触，从而使所述两个调高挡板13限定纤维的厚度并密封所述入模口111和所述出模口112；所述配料设备2向所述混料设备3供给树脂基体材料，在所述混料设备3内将所述树脂基体材料混合均匀，然后将混合均匀的树脂基体材料输送至所述储料罐4中；通过所述增压口41持续对所述储料罐4加压；通过所述复数个供料口42向所述树脂纤维混合模具1中的纤维浇注树脂基体材料，并牵引纤维沿从所述入模口111到所述出模口112的方向移动。在本申请实施例中，可以采用空气压缩机通过所述增压口41向所述储料罐4输送空气，从而持续对所述储料罐4加压。在浇注树脂基体材料的过程中，所述储料罐中的压力可以为0.1mpa～0.5mpa。并且可以根据浸渍结果，实时调整所述储料罐中的压力，当浸渍效果不好时，可以适当增加压力。本申请实施例提供的浸渍系统的应用还可以包括：检测树脂基体材料对纤维的浸渍效果，并调整浸渍工艺。当浸渍效果未达到预期时，调整浸渍工艺可以包括增加所述储料罐内的压力，或在述树脂纤维混合模具的下游增加机械振动设备，通过机械振动设备再次对纤维进行浸渍。本申请的纤维增强复合材料的浸渍系统可以实现树脂基体材料，尤其是高粘度树脂基体材料、发泡树脂基体材料等对短切纤维、连续纤维等纤维增强材料的浸润。当纤维增强材料中含有短切纤维时，可采用以下两种方式加入短切纤维：1、采用可以预混短切纤维的高压发泡机将树脂基体材料与短切纤维进行混合，然后采用本申请的浸渍系统将树脂基体与短切纤维的混合物浇注到连续纤维表面，并对连续纤维进行浸渍；2、在采用本申请的浸渍系统将树脂基体材料浇注在连续纤维上后，将短切纤维直接喷洒在浇注有树脂基体材料的纤维表面，然后采用本申请的浸渍系统的机械振动设备将树脂基体材料与短线纤维、连续纤维混合浸渍。生产合成轨枕时，将经过本申请实施例提供的浸渍系统浸渍后的纤维送入发泡模具进行固化成型，即可得到合成轨枕。通过调整注胶口的位置、数量、注射压力(即储料罐内的压力)等结合纤维的排布、注胶量等参数的调整，配合相应尺寸的树脂纤维混合模具，可以实现任意尺寸合成轨枕的生产。实施例1采用本申请实施例提供的纤维增强复合材料的浸渍系统对纤维进行浸渍。其中，所述浸渍系统不包括机械振动设备，在浇注树脂基体材料的过程中，所述储料罐中的压力约为0.2mpa。设置供胶量(即树脂基体材料的用量)为22kg/min，生产速度为0.8m/min，纤维与树脂基体材料的质量比1:1，成型设备型腔的尺寸为260×260(mm)，9600tex的玻纤用量2140束，生产成型截面尺寸为260×260(mm)的760kg/m3的合成轨枕。按照标准cj-t399-2012-聚氨酯泡沫合成轨枕测试得到的合成轨枕的性能，主要测试结果如表1所示。表1检测项目单位第1小时取样测试结果第3小时取样测试结果表观密度kg/m3760760螺纹道钉抗拔力kn7075成品抗弯性能kn182178弯曲强度mpa135139弯曲模量gpa10.511.2压缩强度mpa8582剪切强度mpa8.99.3对比例1本对比例与实施例1的不同之处仅在于：采用人工轮班揉搓的方式对纤维进行浸渍，制备厚度约为87mm的合成轨枕，然后将3块合成轨枕粘结在一起得到厚度为260mm的轨枕。得到的合成轨枕的主要性能测试结果如表2所示。表2检测项目单位第1小时样测试结果第3小时取样测试结果表观密度kg/m3760760螺纹道钉抗拔力kn6865成品抗弯性能kn180170弯曲强度mpa130120弯曲模量gpa9.89.3压缩强度mpa8273剪切强度mpa8.27.8实施例2采用本申请实施例提供的纤维增强复合材料的浸渍系统对纤维进行浸渍。其中，所述浸渍系统包括平板振动抹光机或3个分别设置在纤维上部、中部和下部的曲轴旋转振动棒，在浇注树脂基体材料的过程中，所述储料罐中的压力约为0.25mpa。设置供胶量(即树脂基体材料的用量)为25kg/min，生产速度为0.8m/min，纤维与树脂基体材料的质量比1:1，成型设备型腔的尺寸为260×260(mm)，9600tex的玻纤用量2394束，生产成型截面尺寸为260×260(mm)的850kg/m3的合成轨枕。按照标准cj-t399-2012-聚氨酯泡沫合成轨枕测试得到的合成轨枕的性能，主要测试结果如表3所示。表3检测项目单位第1小时取样测试结果第3小时取样测试结果表观密度kg/m3850850螺纹道钉抗拔力kn8288成品抗弯性能kn190195弯曲强度mpa128123弯曲模量gpa10.310.2压缩强度mpa9092剪切强度mpa1111.5对比例2本对比例与实施例2的不同之处仅在于：采用人工轮班揉搓的方式对纤维进行浸渍，制备厚度约为87mm的合成轨枕，然后将3块合成轨枕粘结在一起得到厚度为260mm的轨枕。得到的合成轨枕的主要性能测试结果如表4所示。表4检测项目单位第1小时取样测试结果第3小时取样测试结果表观密度kg/m3850850螺纹道钉抗拔力kn7876成品抗弯性能kn180178弯曲强度mpa125110弯曲模量gpa9.88.9压缩强度mpa8176剪切强度mpa10.39.2轨枕的力学性能(螺纹道钉抗拔力、成品抗弯性能、弯曲强度、弯曲模量、压缩强度、剪切强度)可以反映出生产轨枕时树脂对纤维的浸渍效果。对比表1与表2、表3与表4中的数据可以看出，采用本申请实施例的浸渍系统对纤维进行浸渍，同一浸渍系统工作第1小时和第3小时得到的合成轨枕的力学性能几乎无差别，说明本申请实施例的浸渍系统的浸渍效果非常稳定，不会随生产时间的延长而下降；采用多人轮班交替揉搓的方式得到的合成轨枕的力学性能虽然也能满足轨枕的使用要求(通过多班工人轮班实现)，但力学性能稍差于采用本申请实施例的浸渍系统得到的合成轨枕的力学性能，而且力学性能不稳定，说明纤维的浸渍效果受人工影响较大。此外，长时间生产时，工人的疲劳感增加、专注度下降，浸渍效果会随之显著下降。传统的浸渍方法为了生产出合格的轨枕，必须投入更多的人工进行轮班，因此本申请的优势还在于能够大大降低生产的人工成本，并且解决了传统人工揉搓浸渍工艺的多人轮班操作的不稳定性等诸多弊端。而且，本申请的浸渍系统可以在较短时间内达到很好的浸渍效果，可以一次成型得到较大尺寸的合成轨枕，满足铁路使用要求，避免了粘接开裂的风险。虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。当前第1页12