用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺制造技术

本发明专利技术属于复合材料加工技术领域，特别涉及一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺，该拉挤模具包括顺序连接的纱团放置架、浸胶装置、预成型装置、预热装置、二次成型装置、缠绕装置、高温固化成型装置、冷却装置、牵引装置以及切割装置；预成型装置用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆；预热装置用于对预成型装置输出的混杂纤维次杆进行加热处理，入口与所述预成型装置通过刮胶装置连接，出口与所述二次成型装置通过刮胶装置连接；二次成型装置用于将预热后的多根混杂纤维次杆挤压形成一根主杆。本发明专利技术能够解决生产HFRP杆时低应变纤维不能按照预设方式均匀分散在HFRP杆横截面上的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺


[0001]本专利技术属于复合材料加工
，特别涉及一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺。

技术介绍

[0002]钢筋、锚杆和钢绞线等在工程领域的应用非常广泛，比如钢筋作为增强材料与混凝土结合使用，极大的提高了钢筋混凝土的整体性能，但钢筋的锈蚀很大程度上影响钢筋混凝土受力构件的力学性能或结构的耐久性，往往是还在服役期限内的结构或构件提前退出正常使用极限状态，像钢筋锈蚀这种情况，锚杆和钢绞线在工程实践中也是屡见不鲜。
[0003]纤维增强聚合物(FRP)材料作为一种新型复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳且可塑性强等优点，因此，用FRP筋、FRP锚杆和FRP绞线等来取代钢筋、锚杆和钢绞线是一种非常有效的方法。
[0004]而在工程实践应用中对FRP杆(包括FRP筋、FRP锚杆和FRP绞线)的力学性能要求非常严格，例如FRP杆的延性，即FRP杆在破坏前要有明显的塑性变形和破坏预兆。但是，单纤维增强聚合物材料拉伸时的破坏类型以脆性破坏为主，即破坏前没有发生塑性变形和给出明显预警。而混杂纤维增强聚合物(Hybrid Fiber Reinforced Polymer，简称HFRP)可以解决这一问题，HFRP是指用两种或者两种以上的长纤维作为增强相加入以树脂为基体的材料中，通过各种成型方法高温固化而形成的一种新型材料，常用的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、长合成纤维和钢绞线等，常用的树脂包括环氧树脂、乙烯树脂和不饱和聚酯树脂等，常用的纤维混杂方式包括层内混杂和层间混杂，以HFRP层压板为例，层内混杂是指在同一薄层中含有多种纤维，层间混杂是指单层中只含有一种纤维而相邻层中纤维的种类不同。
[0005]以现有的纤维生产技术来说，在同一纤维丝束中同时包括多种纤维是无法实现的，因此市场上存在的纤维多以单种纤维丝束的形式存在，而不同型号纤维的单个丝束中纤维单丝的数量也不等，以碳纤维为例单个丝束中碳纤维单丝的数量有1K、3K、6K、12K、24K和48K等。所以纤维的存在形式决定了生产混杂HFRP杆时纤维在其截面上的分布方式。以生产混杂HFRP杆为例，低应变纤维束(以碳纤维为主)常常以分散的方式均匀的分布在HFRP杆的横截面上或居中分布。
[0006]HFRP杆的制备工艺以拉挤技术为主，而起挤压作用的现有模具并不能把低应变纤维束按着预设的方式均匀的分散在HFRP杆的横截面上，常常会出现聚集现象。而低应变纤维束在横截面上的分散程度决定了HFRP杆力学性能的优越程度。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺，能够解决生产HFRP杆时低应变纤维不能按照预设方式均匀分散在HFRP杆横截面上的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，包括顺序连接的纱团放置架、浸胶装置、预成型装置、预热装置、二次成型装置、缠绕装置、高温固化成型装置、冷却装置、牵引装置以及切割装置；
[0010]预成型装置，用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆，包括预成型模具，在所述预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，出口端面上设置有与挤纱孔数量相等的混杂纤维次杆出口；
[0011]预热装置，用于对预成型装置输出的混杂纤维次杆进行加热处理，入口与所述预成型装置通过刮胶装置连接，出口与所述二次成型装置通过刮胶装置连接；
[0012]二次成型装置，用于将预热后的多根混杂纤维次杆挤压形成一根主杆，包括二次成型模具。
[0013]进一步地，所述预成型模具为三节变径圆柱；在所述预成型模具的入口端面上以多边形或者圆形方式阵列有多个挤纱孔。
[0014]进一步地，每个所述挤纱孔的布纱方式为：中心是浸渍树脂的低伸长率纤维束，外围包裹的是浸渍树脂的高伸长率纤维束。
[0015]进一步地，所述预热装置包括预热室和位于预热室下方的管线室；所述预热室的正面设置预热室箱门，所述管线室的正面设置显示屏。
[0016]进一步地，所述预热装置还包括设置于预热室顶部的加热装置，所述加热装置包括驱热扇和加热器，所述驱热扇用于将加热器产生的热量均匀扩散到预热室中，所述加热器用于给预热室提供热量。
[0017]进一步地，所述刮胶装置包括盖帽、刮胶片和连接件，所述盖帽包括孔口、固定螺栓和刮胶片固定槽，所述刮胶片放置在刮胶片固定槽内，所述固定螺栓将盖帽固定在连接件上，所述连接件的端部将刮胶片顶在刮胶片固定槽内。
[0018]进一步地，所述连接件的外部开设有两个环形的卡槽，在卡槽内锁死弹簧卡，其中一个弹簧卡卡在预成型装置箱体一侧的内部或者二次成型装置箱体一侧的内部，另一个弹簧卡卡在预热室的内部。
[0019]进一步地，所述二次成型模具为三节变径圆柱；所述二次成型模具的两端面分别设置有一个进纱孔和一个出纱孔。
[0020]进一步地，所述预成型模具的挤纱孔、盖帽的孔口和二次成型模具的进纱孔设置倒台钝化坡面。
[0021]本专利技术还提供了一种利用上述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具的制备工艺，包含以下步骤：
[0022]确定目标混杂纤维增强聚合物杆的参数；
[0023]根据挤纱孔的布纱方式有规律的把纤维纱团搁置在纱团放置架上；
[0024]纤维束通过浸胶装置浸渍树脂；
[0025]浸渍树脂的纤维束由牵引装置带动进入预成型装置，预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，浸渍树脂的纤维束以高伸长率纤维束包裹低伸长率纤维束的方式进入对应的挤纱孔中；
[0026]经预成型装置挤压成型的阵列混杂纤维次杆由牵引装置带动进入预热装置加热；
[0027]经预热后的混杂纤维次杆由牵引装置带动进入二次成型装置，二次成型模具将阵列的混杂纤维次杆挤压在一起形成一根主杆；
[0028]经过二次成型模具挤压后的混杂纤维增强聚合物杆再经缠绕装置缠绕，对混杂纤维增强聚合物杆进行束缚并在混杂纤维增强聚合物杆表面产生缠绕肋；
[0029]带有缠绕肋的混杂纤维增强聚合物杆受牵引进入高温固化成型装置，树脂受热固化形成混杂纤维增强聚合物杆，再经过冷却装置降温处理和切割装置定长切割。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0031]本专利技术的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具及制备工艺，该制备工艺通过改进预成型装置并与二次成型装置相结合，通过两步成型的方式可使低伸长率纤维均匀分布在目标混杂纤维增强聚合物杆截面上，即低伸长率纤维在截面上均匀分散，采用大直径杆是由小直径杆组成的思路，将目标混杂纤维增强聚合物杆划分成由多个阵列的混杂纤维次杆组成，而在混杂纤维次杆中采用纤维层间分布，即中间是低伸长率纤维芯，外围是高伸长率纤维层，再通过二次成型模具将阵列的混杂纤维次杆整合成一根主杆，从而实现低应变纤维在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，包括顺序连接的纱团放置架、浸胶装置、预成型装置、预热装置、二次成型装置、缠绕装置、高温固化成型装置、冷却装置、牵引装置以及切割装置；其特征在于，预成型装置，用于将浸渍树脂的成阵列分布的纤维束挤压形成阵列的混杂纤维次杆，包括预成型模具，在所述预成型模具的入口端面上阵列有多个挤纱孔，出口端面上设置有与挤纱孔数量相等的混杂纤维次杆出口；预热装置，用于对预成型装置输出的混杂纤维次杆进行加热处理，入口与所述预成型装置通过刮胶装置连接，出口与所述二次成型装置通过刮胶装置连接；二次成型装置，用于将预热后的多根混杂纤维次杆挤压形成一根主杆，包括二次成型模具。2.根据权利要求1所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预成型模具为三节变径圆柱；在所述预成型模具的入口端面上以多边形或者圆形方式阵列有多个挤纱孔。3.根据权利要求2所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，每个所述挤纱孔的布纱方式为：中心是浸渍树脂的低伸长率纤维束，外围包裹的是浸渍树脂的高伸长率纤维束。4.根据权利要求1所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预热装置包括预热室和位于预热室下方的管线室；所述预热室的正面设置预热室箱门，所述管线室的正面设置显示屏。5.根据权利要求4所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述预热装置还包括设置于预热室顶部的加热装置，所述加热装置包括驱热扇和加热器，所述驱热扇用于将加热器产生的热量均匀扩散到预热室中，所述加热器用于给预热室提供热量。6.根据权利要求4所述的用于生产混杂纤维增强聚合物杆的拉挤模具，其特征在于，所述刮胶装置包括盖帽、刮胶片和连接件，所述盖帽包括孔口、固定螺栓和刮胶片固定槽，所述刮胶片放...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丹盈，张雨，庞育阳，房栋，谷志强，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：