浸胶设备及包括其的拉挤装置的制作方法

1.本发明属于复合材料加工领域。具体地，本发明涉及浸胶设备及包括其的拉挤装置。


背景技术：

2.拉挤工艺是一种复合材料成型工艺，其基本工艺过程是用于增强的纤维材料(例如玻璃纤维无捻粗纱、玻璃纤维连续毡及玻璃纤维表面毡等)在外力牵引下经浸胶、预成型模板导向、热模固化来得到型材制品并按使用要求切成一定长度的过程。
3.目前热固性树脂基复合材料的生产主要采用开放式浸胶方式，即在纤维或者织物或者毡经过带有压辊或者压杆的浸胶槽之后，浸有树脂的纤维经预成型模板成型和挤胶后进入加热的模具进行固化。在浸胶过程中，纤维浸润要完全，不应存在干区，这是因为干区的存在会导致复合材料产生缺陷。树脂体系的粘度、浸胶槽的结构和浸胶方式都对纤维浸润程度有很大影响。在常规拉挤工艺中，开放式浸胶槽绝大部分都仅设有一个或一对浸胶杆/辊，槽内纤维排布密集，易聚集，尤其是对于高粘度的树脂体系，很难保证其浸胶充分，同时由于每股纤维的浸胶轨迹不同，所受张力不一致，很容易导致牵引拉力的不稳定，影响制品的连续生产。特别是在高速拉挤生产过程中，保证稳定的张力尤为重要。纤维的密集排布也导致了和树脂的接触面积减少，树脂置换率降低，多余的树脂在胶槽中停留时间过长，一方面造成了浪费，另一方面由于树脂自身反应，粘度升高甚至凝胶。
4.如果采用密闭式的注胶盒浸胶方式，一方面由于注胶盒内部空间狭小，对于高粘度体系，纤维的浸润效果会比开放式槽体更差，另一方面也需要在注胶机及注胶盒设计上增加投入。
5.由于浸胶设备的限制，对于高粘度的体系，往往从树脂配方的角度，会通过加入挥发性溶剂来稀释体系，降低粘度，然而这样又会带来挥发性有机化合物(voc)排放和成品气孔率高的问题。
6.此外，在常规拉挤工艺中，尤其是在开放式浸胶方式下，环境的温度和湿度对于树脂的影响很大。例如，常用的环氧-酸酐树脂和聚氨酯树脂会由于吸潮、环境温度升高而造成粘度上升，操作期变短，成品中气泡率高，最终导致成品的缺陷。
7.因此，本领域亟待开发一种能够确保纤维被高粘度树脂完全浸润同时减少环境对树脂体系影响的浸胶设备。


技术实现要素：

8.本发明的一个目的是提供了一种能够确保纤维被高粘度树脂完全浸润同时减少环境对树脂体系影响的浸胶设备。
9.本发明的另一个目的是提供了一种包括上述浸胶设备的拉挤装置。
10.本发明的还一个目的是提供了一种采用上述浸胶设备的拉挤方法。
11.因此，根据一个方面，本发明提供一种浸胶设备，其特征在于，包括：
浸胶槽；和设置于所述浸胶槽内的第一预成型模板，所述第一预成型模板上设置有若干第一穿纱定位孔，所述第一穿纱定位孔的孔径为4-8mm，相邻两孔之间的孔中心距离l为8-16mm。
12.根据另一方面，本发明提供一种用于制备纤维增强树脂复合材料的拉挤装置，其特征在于，包括：纤维架；在所述纤维架下游的上述浸胶设备；在所述浸胶设备下游的第二预成型模板，所述第二预成型模板上设置有第二穿纱定位孔，所述第二穿纱定位孔在所述第二预成型模板上的布置与所述第一穿纱定位孔在所述第二预成型模板上的布置相同；在所述第二预成型模板下游的固化成型设备；和在所述固化成型设备下游的牵引设备。
13.根据还一方面，本发明提供一种用于制备纤维增强树脂复合材料的拉挤方法，其特征在于，包括以下步骤：i)使纤维从纤维架依次经由第一穿纱定位孔和第二穿纱定位孔穿过浸胶设备中的第一预成型模板和浸胶设备下游的第二预成型模板从而在浸胶设备中被树脂浸渍，其中在进入第一预成型模板的第一导丝孔前后纤维之间的夹角a在90-150
º
范围内；ii)使穿过第二预成型模板的被树脂浸润的纤维进入固化设备并在其中固化成型以得到纤维增强树脂复合材料；和iii)通过牵引设备将所得纤维增强树脂复合材料牵引离开所述固化设备。
14.本发明的浸胶设备可以使纤维在浸胶槽中展开，能够确保纤维浸胶充分和张力均匀且提高树脂置换率。采用本发明的拉挤装置制备纤维增强树脂复合材料时牵伸力稳定，所得成品浸润良好。
附图说明
15.下面结合附图对本发明进行更详细地说明和解释，所述附图，相同的附图标记表示相同的要素。
16.图1为根据本发明的一个实施方案的浸胶设备1的结构示意图；其中，11：浸胶槽；12：第一预成型模板；13：夹套；14：防尘盖；141：通气孔；142、143：防尘盖端部。
17.图2为图1中第一预成型模板12的结构示意图，其中，11: 浸胶槽； 12：第一预成型模板；121：第一穿纱定位孔。
18.图3 为根据本发明的一个实施方案的复合材料拉挤成型设备的示意图，其中，1：浸润设备；2、3：纤维架；4：第二预成型模板；5：固化设备；6：牵引设备；7：纤维增强树脂复合材料。
具体实施方案
19.现在参考附图以说明的目的而非限制地描述本发明的一些具体实施方案。
20.参考图1和图2，根据一个方面，本发明提供一种浸胶设备1，其特征在于，包括：浸胶槽11；和
设置于所述浸胶槽11内的第一预成型模板12，所述第一预成型模板12上设置有若干第一穿纱定位孔121，所述第一穿纱定位孔121的孔径为4-8mm，相邻两孔之间的孔中心距离l为8-16mm。
21.所述浸胶槽呈敞开设计。
22.优选地，所述浸胶槽11的槽体呈梯形，更优选地，呈倒等腰梯形。
23.优选地，所述第一预成型模板12在所述浸胶槽11内的位置可调节。
24.例如，所述第一预成型模板12可以相对于所述浸胶槽11上下移动，或者可以相对于所述浸胶槽11在纤维行进方向上移动。
25.优选地，第一预成型模板12与浸胶槽11内壁之间存在至少1mm的缝隙d，从而第一预成型模板12两边的胶液具有更好的流动性。
26.在进行浸胶之前，可以通过定位螺栓将第一预成型模板12固定于浸胶槽内11内。
27.第一预成型模板12可采用诸如聚四氟乙烯(ptfe)、高密度聚乙烯(hdpe)、不锈钢外加陶瓷孔套的材质制备。
28.优选地，所述第一穿纱定位孔121呈工字型排列。
29.在一些实施方案中，第一穿纱定位孔121的孔径为5 mm，横向孔间距l1 为8.5 mm，纵向孔间距l2为10 mm。
30.优选地，所述浸胶设备1还包括：设置于所述浸胶槽11外部的夹套13，以容纳用于调节浸胶槽11温度的流体。
31.所述流体可为水或油。
32.在一些实施方案中，夹套13底部设置有与流体浴相通的至少一个进出通路以实现流体的循环。所述流体浴可与控温设备(未显示)相连以调节所述流体的温度。
33.在一些实施方案中，所述夹套13可与控温设备(未显示)相连以调节夹套内流体的温度。
34.本领域技术人员可以根据通过调节所述流体的温度可以控制浸胶槽11的温度，从而实现浸胶槽11内胶液(即树脂)粘度的调节，确保粘度适当且稳定，例如在操作时间内增加《 500mpas。
35.优选地，所述浸胶设备1还包括：设置于所述浸胶槽11上方的防尘盖14，所述防尘盖14顶部或侧边上设置有通气孔141并且其两个端部142、143为开口的。
36.纤维可经由防尘盖14的两个端部142、143进出浸料槽11。
37.优选地，所述防尘盖(14)为可拆卸的。
38.当周围环境湿度较大(例如大于60 rh%)时，可以安装上防尘盖14，经由通气孔141通入干燥惰性气体以确保浸胶槽11内的树脂不受环境中水分的影响。
39.所述惰性气体可为氮气、氦气等。
40.在进行浸胶工序之前，可以通过手动将树脂加入浸胶槽11，也或者通过注胶机将树脂注入浸胶槽11。
41.参考图3，根据另一方面，本发明提供一种用于制备纤维增强树脂复合材料的拉挤装置，其特征在于，包括：纤维架2,3；
在所述纤维架下游的上述浸胶设备1；在所述浸胶设备1下游的第二预成型模板4，所述第二预成型模板4上设置有若干第二穿纱定位孔41，所述第二穿纱定位孔41在所述第二预成型模板4上的布置与所述第一穿纱定位孔121在所述第二预成型模板12 上的布置相同；在所述第二预成型模板4下游的固化成型设备5；和在所述固化成型设备5下游的牵引设备6。
42.本发明的拉挤装置不仅适用于单向纤维纱的拉挤，也适用于使用单向纤维纱与纤维毡或者织物一起进行的拉挤。在存在纤维毡或织物的情况下，可以在第一预成型模板上设置长条型开口供其通过。可根据纤维毡或织物的尺寸确定适合于其通过的长条型开口的尺寸。
43.纤维架2,3、固化成型设备5与牵引设备6可与本领域中常用的拉挤成型装置中的纤维架、固化成型设备与牵引设备相同，因此，在此不再详细描述。
44.可以通过调节纤维架2,3、第一预成型模板12和第二预成型模板4的位置使得在进入第一预成型模板12的第一导丝孔121前后纤维之间的夹角a在90-150
º
范围内。
45.仍参考图3，根据还一方面，本发明提供一种用于制备纤维增强树脂复合材料的拉挤方法，其特征在于，包括以下步骤：i)使纤维从纤维架2,3依次经由第一穿纱定位孔121和第二穿纱定位孔41穿过浸胶设备1中的第一预成型模板12和浸胶设备1下游的第二预成型模板4从而在浸胶设备1中被树脂浸渍，其中在进入第一预成型模板12的第一导丝孔121前后纤维之间的夹角a在90-150
º
范围内；ii)使穿过第二预成型模板4的被树脂浸润的纤维进入固化设备5并在其中固化成型以得到纤维增强树脂复合材料7；和iii)通过牵引设备6将所得纤维增强树脂复合材料7牵引离开所述固化设备5。
46.本领域技术人员可根据所用纤维和树脂调节各步骤中的工艺参数。
47.当周围环境湿度较大(例如大于60 rh%)时，可以经由通气孔141通入干燥惰性气体(例如氮气或氦气)以确保浸胶槽11内的树脂不受环境中水分的影响。
48.当树脂的粘度较高时，可以夹套13内的流体提高树脂的温度，从而降低树脂的粘度。
49.本技术中针对各个特征的描述在相互不矛盾的情况下可以相互结合，都落入本技术请求保护的范围。
50.本技术中所述的“包含”和“包括”涵盖还包含或包括未明确提及的其它要素的情形以及由所提及的要素组成的情形。
51.除非另外限定，本文所使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域技术人员通常理解的相同意义。当本说明书中术语的定义与本发明所属领域技术人员通常理解的意义有矛盾时，以本文中所述的定义为准。
52.除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表达成分的量、工艺参数等的所有数值被理解为在被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在这里阐述的数值参数是能够根据需要获得的所需性能来变化的近似值。
实施例
53.以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以让本领域技术人员充分地了解本发明的目的、特征和效果。本领域技术人员会理解，此处的实施例仅仅用于示例目的，本发明的范围并不局限于此。
54.实施例1参考图1，浸胶设备1包括：浸胶槽11；设置于所述浸胶槽11内的第一预成型模板12，第一预成型模板12在浸胶槽11内的位置可调节并且其上设置有呈工字型排列的若干第一穿纱定位孔121(孔径为5 mm，横向孔间距l1 为8.5 mm，纵向孔间距l2为10 mm)；设置于浸胶槽11外部的夹套13，以容纳用于调节浸胶槽11温度的流体，夹套13底部设置有与流体浴(未显示)相通的至少一个进出通路(未显示)以实现流体的循环，所述流体浴可与控温设备(未显示)相连以调节流体的温度；和设置于浸胶槽11上方的防尘盖14，防尘盖14顶部设置有通气孔141并且其两个端部142、143为开口的。
55.实施例2参考图3，用于制备纤维增强树脂复合材料的拉挤装置，包括：纤维架2,3；在纤维架2,3下游的浸胶设备1，浸胶设备1如实施例1中所述；在浸胶设备1下游的第二预成型模板4，第二预成型模板4上设置有若干第二穿纱定位孔41，第二穿纱定位孔41在第二预成型模板4上的布置与第一穿纱定位孔121在所述第二预成型模板12 上的布置相同；在第二预成型模板4下游的固化成型设备5；和在固化成型设备5下游的牵引设备6。
56.实施例3在本实施例中，使用实施例2中的拉挤装置制备纤维增强树脂复合材料。
57.参考图1和图3，其中未安装防尘盖14并且夹套13中未容纳用于调节浸胶槽温度的流体。
58.将194束(2400tex)玻璃纤维纱从纱架2,3上引出，并使之一起依次经由第一穿纱定位孔121和第二穿纱定位孔41穿过浸胶设备1中的第一预成型模板12和浸胶设备1下游的第二预成型模板4，调节第一预成型模板12和第二预成型模板4的位置使得在进入第一穿纱定位孔121前后纤维之间的夹角a为120
º
。浸胶槽11中填充有脂肪族聚氨酯树脂(来自科思创公司的desmocomp ap200，粘度3000mpas。
59.接着使穿过第二预成型模板4的被树脂浸润的纤维进入固化成型设备5并在其中固化成型以得到纤维增强树脂复合材料7。固化成型装置5从入口到出口的温度依次控制为：105℃/200℃/220℃/220℃。
60.最后通过牵引设备6以1m/min的速度将所得纤维增强树脂复合材料7牵引离开固化成型设备5，经切割装置(未显示)将所得玻璃纤维增强树脂复合材料切割成需要的长度。观察到成品表面光滑、没有干纱区域并且在横截面切开后没有黑点浸润良好，牵引机牵伸
力稳定，牵伸力值波动小于10%。
61.实施例4参考图1和图3并参考实施例3，所不同的是在浸胶槽11上安装上防尘盖14并开启外部循环油浴(未显示)以向夹套13中输送油。
62.将194束(2400tex)玻璃纤维纱从纱架2,3上引出，并使之一起依次经由防尘盖14的一个端部(标记142)、第一穿纱定位孔121、防尘盖14的一个端部(标记143)和第二穿纱定位孔41穿过浸胶设备1中的第一预成型模板12和浸胶设备1下游的第二预成型模板4，调节第一预成型模板12和第二预成型模板4的位置使得在进入第一预成型模板12的第一穿纱定位孔121前后纤维之间的夹角a为120
º
。通过加热油将浸胶槽11的温度提高至50
º
c，浸胶设备1中的脂肪族聚氨酯树脂的粘度为 1000mpas。防尘盖14上的通气孔141与氮气源(未显示)相通，通过通气孔141向浸胶槽11中输入氮气以避免树脂与空气中的水分接触。
63.接着使穿过第二预成型模板4的被树脂浸润的纤维进入固化成型设备5并在其中固化成型以得到纤维增强树脂复合材料7。固化装置5从入口到出口的温度依次控制为：105℃/200℃/220℃/220℃。
64.最后通过牵引设备6以1m/min的速度将所得纤维增强树脂复合材料7牵引离开所述固化设备5，经切割装置(未显示)将所得玻璃纤维增强树脂复合材料切割成需要的长度。观察到成品表面光滑、没有干纱区域并且在横截面切开后没有黑点，表明浸润良好，牵引机牵伸力稳定，牵伸力值波动小于10%。
65.对比实施例1本对比实施例参考实施例3进行，所不同的是将浸胶槽11内设置的第一预成型模板12替换为一个压纱杆，玻璃纤维纱在压纱杆作用下浸入浸胶槽11内的脂肪族聚氨酯树脂中。
66.在拉挤成型过程中，离开浸胶槽后纤维未被充分浸润，容易导致成品浸润差，出现起皮和白区。
67.以上描述了本发明的示例性实施方案或实施例，并不旨在限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术权利要求范围内。