連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具及成型方法

2023-10-22 02:36:27 7

連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具及成型方法
【專利摘要】本發明涉及一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具及成型方法，包括機體，機體內沿軸向依次設置軸套、分束塊、口模，分束塊通過前側軸套及後側口模固定，其上分布有圓弧形分束狹縫，口模後端通過與機體連接的鎖母鎖緊，分束塊前端固定連接芯軸。包括以下步驟：1）將熔融的連續纖維增強熱塑性樹脂基浸漬帶分割成若干圓弧段；2）使分割後的各層浸漬帶進行各層之間的疊加；3）使各層浸漬帶進行各層之間的貼合；4）使各層浸漬帶進行熔合，形成管胚；5）經管材定徑、冷卻裝置冷卻、切割裝置切割，形成管材。本發明是大大提高了管材軸向的承載能力，使管材的軸向剛性大幅度提高。
【專利說明】連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具及成型方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具及成型方法，屬於連續纖維增強熱塑性塑料管材製備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]連續纖維增強熱塑性塑料管材是一種增強纖維沿周向以一定角度纏繞或沿軸向平行排列的熱塑性塑料管材。
[0003]連續纖維增強熱固性塑料管材是早已廣泛生產和使用的管材。連續纖維增強熱塑性塑料管材通常大多是採用纏繞成型的，而纖維沿軸向平行排列增強的較少。
[0004]纏繞成型的熱塑性塑料管材通常是連續纖維增強熱塑性樹脂基預浸帶纏繞增強
塑料管材。
[0005]專利CN201220738914，該連續纖維增強管，包括管體，在管體外固設有外保護層，在管體和外保護層之間設有螺旋繞包在管體外壁上的若干層連續纖維增強熱塑性複合材料預浸帶層。
[0006]專利CN201310705553製備工藝為將內層塑料管塗上內熱熔膠層，然後將連續纖
維浸潰帶預熱後纏繞在內層塑料管，再用塗外熱熔膠層，在外層包覆一層外層塑料管得到複合管。最後對整個複合管加熱，使從內層塑料管到外層塑料管各層互相熔合，互相連接固定即得連續纖維增強聚烯烴複合管。
[0007]專利CN201310545597該生產工藝包括:擠出得到內防護層管材，交叉纏繞多層連續纖維增強片材得半成品，將半成品和外連接層擠出成型得管道主體，纏繞黏接介質層和波紋抗壓層，進行熱塑性複合，得複合管道成品。
[0008]專利CN201320561620，該實用新型屬於管道材料【技術領域】，涉及一種熱塑性纏繞壓力管道，該管道從內到外依次包括內襯層、結構層和外保護層，內襯層與結構層的內壁連接，結構層的外壁與外保護層連接，所述的結構層為連續纖維增強熱塑性塑料預浸帶纏繞層。
[0009]以上為連續纖維增強熱塑性樹脂基浸潰帶沿芯管周向按一定角度纏繞成型技術，耐周向應力效果好，即可大幅度提高管材耐壓能力，但對軸向剛性的提高作用不顯著。
[0010]美國專利USP3993726中介紹了纖維沿軸向平行排列增強的連續纖維增強的熱塑性塑料管材的製備裝置和方法。該專利是將許多纖維粗紗經環形進口進入十字浸潰機頭，再經收緊環將已浸潰的玻纖包在延長芯軸上，纖維增強熱塑性複合管坯出管口模後經噴淋冷卻定型後得到連續纖維增強熱塑性塑料管材。
[0011]該法實現了纖維沿軸向平行排列製備連續纖維增強熱塑性塑料管，但因熱塑性樹脂的黏度較大，簡單浸潰，效果較差，且纖維沿周向的排列難以做到均勻。

【發明內容】

[0012]根據以上現有技術的不足，本發明的目的在於:提供一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，結構簡單，成型容易，使成型後的管材耐壓能力強，軸向剛度高。
[0013]本發明另一目的在於:提供一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型方法，成型方式簡單，效率高，使成型後管材的纖維沿軸向平行排列，沿周向均勻分布。
[0014]本發明所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，包括機體，機體內沿軸向依次設置軸套、分束塊、口模，分束塊通過前側軸套及後側口模固定，其上分布有圓弧形分束狹縫，口模後端通過與機體連接的鎖母鎖緊，分束塊前端固定連接芯軸，芯軸與軸套形成進料通道，分束塊後端固定連接套在口模內的口模芯棒，口模芯棒與口模形成環縫區，環縫區沿走料方向依次分為擠壓區、貼合區、成型區，其中，擠壓區沿走料方向外徑不變，內徑逐漸增大，貼合區沿走料方向內徑與外徑等速率減小，成型區內徑與外徑保持不變。
[0015]分束塊上的分束狹縫對熔融的連續纖維增強熱塑性樹脂基浸潰帶進行分割，分束狹縫的分布結構決定了分割後浸潰帶的排列方式，通過合理設置分束狹縫，使分割後的浸潰帶沿軸向平行排列，沿周向均勻分布。分割後的各層浸潰帶在環縫區經擠壓區被擠壓緊密併疊加在一起，經貼合區進行各層之間的浸潰帶進行貼合及融合，經成型區，各層浸潰帶完成最終的融合，形成管胚，由於纖維沿軸向平行排列，沿周向均勻分布，因此形成的管材耐壓能力強，軸向剛度高。
[0016]所述的分束塊包括芯部、本體部，分束狹縫沿本體部由內向外分層分布，層數至少為一層，同一層分束狹縫具有相同的直徑，每一層內設有至少二個分束狹縫，同一層分束狹縫圍成一環形，分束狹縫的層數及每層個數可根據實際管材需求確定，合理布置分束狹縫，保證管材性能。
[0017]所述的分束狹縫層數為I?10層，每層由2?100個分束狹縫組成。
[0018]所述的分束狹縫寬度為0.1?2mm,弧長為4?100mm。
[0019]所述的同一層的分束狹縫組成一環形，且每一分束狹縫具有相等的弧長。
[0020]所述的相鄰層分束狹縫相互交錯分布，中間層分束狹縫之間的分隔段由相鄰的內層及外層分束狹縫同時對應覆蓋，最內層分束狹縫之間的分隔段由相鄰的外層分束狹縫對應覆蓋，最外層分束狹縫之間的分隔段由相鄰的內層分束狹縫對應覆蓋，通過這種交錯布置，使經分束狹縫分割後的浸潰帶各層之間相互疊壓後封閉缺口，避免出現薄弱環節，保證管材的物理性能沿周向一致性。
[0021]所述的分束塊通過芯部分別與芯軸、口模芯棒螺紋連接，鎖母與機體螺紋連接，將鎖母擰在機體上，鎖母通過卡肩鎖緊口模。
[0022]所述的口模芯棒沿走料方向依次分為增徑區、減徑區、等徑區，沿走料方向，增徑區直徑逐漸增大，減徑區直徑逐漸減小，等徑區直徑恆定，相應的口模分成直徑恆定區、直徑漸小區、直徑恆定區，口模芯棒與口模配合形成環縫區的擠壓區、貼合區、成型區。
[0023]所述的增徑區直徑增大速率大於減徑區直徑減小速率，增徑區最小直徑大於減徑區最小直徑。
[0024]一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型方法，包括以下步驟:
[0025]I)將熔融的連續纖維增強熱塑性樹脂基浸潰帶分割成若干沿軸向平行排列、周向均勻分布並具有空間分層的圓弧段；
[0026]2)使分割後的各層浸潰帶經截面厚度逐步減小的環形區域進行各層之間的疊加；[0027]3)使經步驟2)處理後的各層浸潰帶進入截面等厚度且內徑逐步收縮的環形區域進行各層之間的貼合；
[0028]4)使經步驟3)處理後的各層浸潰帶進入恆定直徑及厚度的環形區域進行熔合，形成管胚；
[0029]5)經管材定徑、冷卻裝置冷卻、切割裝置切割，形成管材。
[0030]其中，將熔融的連續纖維增強熱塑性樹脂基浸潰帶進行分割，分割後的浸潰帶排列方式決定成型管材的中纖維的排列順序，通過使浸潰帶分割成若干圓弧段，使這種沿軸向平行排列、周向均勻分布的排布易於實現，具有此種排布方式的多層浸潰帶在截面厚度逐步減小的環形區域受到逐步的壓縮和擠壓，使初始間隔的各層浸潰帶逐步緊密，最終在最小厚度區域實現緊密疊加，疊加後，隨著內徑的逐步收縮，同層之間及各層之間的浸潰帶貼合越來越密切，並逐步熔合，最後進入恆定直徑及厚度的環形區域進行最終融合，形成管胚。
[0031]與現有技術相比，本發明具有的有益效果是:
[0032]本發明是將連續纖維已進行了充分浸潰、分散之後的熔融的浸潰帶以圓弧帶狀進入管狀環縫區，經環縫區流道中口模芯棒和口模的擴張和收縮，對各層浸潰帶之間、同層各帶之間充分熔合，故纖維在管壁中浸潰良好、分布均勻，大大提高了管材軸向的承載能力，使管材的軸向剛性大幅度提高；成型方法簡便，成型模具結構簡單，容易成型，生產效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具結構示意圖；
[0034]圖2是分束塊與機體裝配圖。
[0035]圖中:1、機體；2、分束塊；3、芯軸；4、浸潰帶；5、軸套；6、環縫區；7、口模芯棒；8、口模；9、鎖母;10、管胚;201、芯部;202、分束狹縫;203、本體部;601、擠壓區;602、貼合區；603、成型區；701、增徑區；702、減徑區；703、等徑區。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對發明的實施例做進一步描述。
[0037]如圖1?2所示，本連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具包括機體1，機體I內沿軸向依次設置軸套5、分束塊2、口模8，分束塊2包括芯部201、本體部203，分束狹縫202沿本體部203由內向外分層分布，層數為I?10層，同一層分束狹縫202具有相同的直徑，每一層內設有至少2?100個分束狹縫202，分束狹縫202寬度為0.1?2mm，弧長為4?100mm，具體分束狹縫202層數及每層個數可根據需製作的管材性能要求確定，層數及每層個數越多，管材的耐壓能力及軸向剛度越好。同一層分束狹縫202圍成一環形，且同層每一分束狹縫202具有相等的弧長，相鄰層分束狹縫202相互交錯分布，中間層分束狹縫202之間的分隔段由相鄰的內層及外層分束狹縫202同時對應覆蓋，最內層分束狹縫202之間的分隔段由相鄰的外層分束狹縫202對應覆蓋，最外層分束狹縫202之間的分隔段由相鄰的內層分束狹縫202對應覆蓋，通過這種交錯布置，使經分束狹縫202分割後的浸潰帶4各層之間相互疊壓後封閉缺口，避免出現薄弱環節，保證管材的物理性能沿周向一致性。
[0038]分束塊2通過前側軸套5及後側口模8固定，口模8後端通過與機體I螺紋連接的鎖母9鎖緊，口模8後端具有臺階，相應的鎖母9內側具有卡肩，鎖母9的卡肩卡在口模8的臺階處，從而鎖緊口模8，分束塊2通過芯部201與前端的芯軸3通過螺紋緊固連接，與後埠模芯棒7通過螺紋緊固連接。
[0039]芯軸3在軸套5內，並與軸套5形成進料通道，口模芯棒7與口模8形成環縫區6，環縫區6沿走料方向依次分為擠壓區601、貼合區602、成型區603，其中，擠壓區601沿走料方向外徑不變，內徑逐漸增大，貼合區602沿走料方向內徑與外徑等速率減小，成型區603內徑與外徑保持不變。口模芯棒7沿走料方向依次分為增徑區701、減徑區702、等徑區703，沿走料方向，增徑區701直徑逐漸增大，減徑區702直徑逐漸減小，等徑區703直徑恆定，增徑區701直徑增大速率大於減徑區702直徑減小速率，增徑區701最小直徑大於減徑區702最小直徑。相應的口模8內表面分成直徑恆定區、直徑漸小區、直徑恆定區，口模芯棒7與口模8配合形成環縫區6的擠壓區601、貼合區602、成型區603.[0040]本連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型方法，包括以下步驟:
[0041]I)將熔融的連續纖維增強熱塑性樹脂基浸潰4帶分割成若干沿軸向平行排列、周向均勻分布並具有空間分層的圓弧段；
[0042]2)使分割後的各層浸潰帶4經截面厚度逐步減小的環形區域進行各層之間的疊加；
[0043]3)使經步驟2)處理後的各層浸潰帶4進入截面等厚度且內徑逐步收縮的環形區域進行各層之間的貼合；
[0044]4)使經步驟3)處理後的各層浸潰帶4進入恆定直徑及厚度的環形區域進行熔合，形成管胚；
[0045]5)經管材定徑、冷卻裝置冷卻、切割裝置切割，形成管材。
[0046]結合本連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型方法，本連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具工作過程如下:
[0047]通過熱熔機將連續纖維增強熱塑性樹脂基浸潰帶熔融，將熔融後的浸潰帶14由進料通道擠入分束塊2，分束狹縫202對浸潰帶14進行分割，形成若干沿軸向平行排列、周向均勻分布並具有空間分層的圓弧段，分層後的浸潰帶14進入擠壓區601，經擠壓區601逐步擠壓，各層浸潰帶14相互緊密疊加並進入貼合區602，在貼合區602作用下，各層浸潰帶14層與層之間及同層之間進行貼合及融合後進入成型區603，在成型區603完成最後的熔合，形成管胚10拉出，經管材定徑、冷卻裝置冷卻、切割裝置切割，形成管材。
【權利要求】
1.一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，包括機體(1)，其特徵在於:機體(I)內沿軸向依次設置軸套(5)、分束塊(2)、口模(8)，分束塊(2)通過前側軸套(5)及後側口模(8)固定，其上分布有圓弧形分束狹縫(202)，口模(8)後端通過與機體(1)連接的鎖母(9 )鎖緊，分束塊(2 )前端固定連接芯軸(3 )，芯軸(3 )與軸套(5 )形成進料通道，分束塊(2)後端固定連接套在口模(8)內的口模芯棒(7)，口模芯棒(7)與口模(8)形成環縫區(6)，環縫區(6)沿走料方向依次分為擠壓區(601)、貼合區(602)、成型區(603)，其中，擠壓區(601)沿走料方向外徑不變，內徑逐漸增大，貼合區(602)沿走料方向內徑與外徑等速率減小，成型區(603)內徑與外徑保持不變。
2.根據權利要求1所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的分束塊(2)包括芯部(201)、本體部(203)，分束狹縫(202)沿本體部(203)由內向外分層分布，層數至少為一層，同一層分束狹縫(202)具有相同的直徑，每一層內設有至少二個分束狹縫(202)，同一層分束狹縫(202)圍成一環形。
3.根據權利要求2所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的分束狹縫(202)層數為I~10層，每層由2~100個分束狹縫(202)組成。
4.根據權利要求3所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的分束狹縫(202)寬度為0.1~2mm，弧長為4~100mm。
5.根據權利要求2所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的同一層的分束狹縫(202)組成一環形，且每一分束狹縫(202)具有相等的弧長。
6.根據權利要求2~5任一所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的相鄰層分束狹縫(202)相互交錯分布，中間層分束狹縫(202)之間的分隔段由相鄰的內層及外層分束狹縫(202)同時對應覆蓋，最內層分束狹縫(202)之間的分隔段由相鄰的外層分束狹縫(202)對應覆蓋，最外層分束狹縫(202)之間的分隔段由相鄰的內層分束狹縫(202)對應覆蓋。
7.根據權利要求2所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的分束塊(2)通過芯部(201)分別與芯軸(3)、口模芯棒(7)螺紋連接，鎖母(9)與機體(O螺紋連接。
8.根據權利要求1所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的口模芯棒(7)沿走料方向依次分為增徑區(701)、減徑區(702)、等徑區(703)，沿走料方向，增徑區(701)直徑逐漸增大，減徑區(702)直徑逐漸減小，等徑區(703)直徑恆定。
9.根據權利要求8所述的連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型模具，其特徵在於:所述的增徑區(701)直徑增大速率大於減徑區(702)直徑減小速率，增徑區(701)最小直徑大於減徑區(702)最小直徑。
10.一種連續纖維增強熱塑性塑料管材的成型方法，其特徵在於:包括以下步驟: 1)將熔融的連續纖維增強熱塑性塑料浸潰帶(4)分割成若干沿軸向平行排列、周向均勻分布並具有空間分層的圓弧段； 2)使分割後的各層浸潰帶(4)經截面厚度逐步減小的環形區域進行各層之間的疊加； 3)使經步驟2)處理後的各層浸潰帶(4)進入截面等厚度且內徑逐步收縮的環形區域進行各層之間的貼合； 4)使經步驟3)處理後的各層浸潰帶(4)進入恆定直徑及厚度的環形區域進行熔合，形成管胚；.5)經管材定徑、冷卻裝置冷卻、切割裝置切割，形成管材。
【文檔編號】B29C70/54GK103878992SQ201410134851
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】譚洪生, 李麗平, 譚哲興, 劉雪靜, 公豔豔, 曹峰 申請人:山東理工大學