一种热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺，首先通过挤出机挤出热塑性树脂浸渍连续性增强纤维得到预浸渍片材，或者将增强纤维和热塑性纤维复合得到复合纤维纱；然后经过放卷、预热、熔融过程使得预浸渍材料重新熔融，并缠绕到芯模上，最后进行辊压、冷却固化、脱模即可。与现有技术相比，本发明专利技术成型得到的缠绕制品具有非常好的粘结性能，产品具有更高的韧性、抗冲击、耐水压性能、可回收以及、重量轻等优点，同时该工艺能够优化员工工作环境。

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺
本专利技术涉及一种管材及其成型工艺，尤其是涉及一种热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺。
技术介绍
纤维缠绕技术在复合材料成型技术中是一种非常重要的成型工艺，也是一种应用非常广的成型技术，比如在工业给排水、油管道、通风管道、高压容器、腐蚀液体储存罐等。目前纤维缠绕技术主要是通过玻璃纤维浸渍粘度较低的乙烯基不饱和树脂或者环氧树脂等热固性树脂进行缠绕、固化成型。在玻璃纤维浸渍乙烯基不饱和树脂或者环氧树脂的缠绕过程中，由于增强纤维经过浸胶槽浸渍树脂时树脂的滴落，在芯模快速旋转时离心力的作用导致树脂飞溅，和热固性树脂中小分子物质的挥发导致了工作环境污染很大，长期接触对操作人员身体伤害很大。于此同时，热固性树脂性脆、抗冲击性能较差，在一些管道的安装施工当中，由于操作人员的失误很容易造成管道的破坏。加之，热固性树脂不可回收的特性，导致其在未来的发展势必会遇到瓶颈。热塑性树脂无小分子挥发，而且粘度大也不容易滴落和飞溅，其抗冲击性能也较热固性树脂好，并且可回收，可以预测在未来热塑性纤维缠绕成型工艺将会成为一种趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有热固性纤维缠绕成型工艺的不足缺陷而提供一种热塑性纤维缠绕成型工艺，尤其是热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：首先通过挤出机挤出热塑性树脂浸渍连续性增强纤维得到预浸渍片材，或者将增强纤维和热塑性纤维复合得到复合纤维纱；然后经过放卷、预热、熔融过程使得预浸渍材料重新熔融，并缠绕到芯模上，最后进行辊压、冷却固化、脱模即可，具体包括以下步骤：(1)根据工艺需要将制备的预浸渍材料加工成所需的宽度；(2)将芯模预先加热到一定的温度：(3)将步骤(1)中加工好的预浸渍材料通过放卷装置放卷，并牵引至芯模处固定，然后对放卷装置和芯模之间的预浸渍材料进行预热；(4)启动缠绕程序，将步骤(3)中预浸渍材料缠绕到经过步骤(2)处理的芯模上，保持对芯模处的预浸渍材料加热至缠绕结束，一边加热一边缠绕，使得缠绕到芯模上的每一层预浸渍材料完全熔融，在缠绕的过程进行适当的张力调节；(5)缠绕完成后，在管材表面还未冷却固化时立即使用压辊在管材表面进行辊压，使得管材表面平整且更加质密，当表面已冷却时，可以加热熔融后再进行辊压；(6)对管材进行冷却固化，固化完成后使用脱模机进行脱模即可。步骤(1)中所述的预浸渍材料为单向预浸渍材料或复合纤维纱；所述的单向预浸渍材料通过以下方法制得：经由单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机挤出热塑性树脂，然后将连续性增强纤维经过可旋转交错双挤出模头，通过模头的挤压作用浸渍热塑性树脂，制得所需单向预浸渍材料；所述的复合纤维纱是将连续性增强纤维和热塑性树脂在拉丝过程中进行复合得到的。所述的热塑性树脂为聚烯烃、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或者几种。所述的连续性增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、硼纤维或聚酯纤维中的一种或者几种。步骤(1)中所述的预浸渍材料加工成的宽度为10～400mm，优选20～100mm。步骤(1)中所述的预浸渍材料加工成的厚度为0.1～0.5mm。步骤(2)中所述的芯模表面预先加热的温度为100～160℃。步骤(3)中所述的预热的温度范围为50℃至树脂熔点，采用红外加热器进行预热。步骤(4)采用可移动的红外加热器对芯模处的预浸渍材料进行持续加热，加热温度控制在树脂熔点以上，保证树脂在缠绕过程中完全熔融，但不会降解和滴落。红外加热器安装在缠绕机的小车上，可随着小车一起移动对芯模进行持续加热。步骤(4)中所述的预浸渍材料采用的缠绕方式可以为环向缠绕、螺旋缠绕或者二者混合使用，缠绕的缠绕角度为0～90°，优选45～87°。步骤(4)中所述的张力调节采取由内之外逐层递减的原则，缠绕张力小于30N。步骤(5)中所述的压辊采用气动压辊，压辊表面镀聚四氟乙烯防止树脂粘辊，其在缠绕完成后对管材表面进行辊压，也可以根据需要在缠绕过程中进行辊压。步骤(5)中所述的辊压的压力为0.1～0.5MPa，优选0.15～0.4MPa。辊压方式为直接用压辊与管材接触进行辊压，或者在管材表面缠绕上一层聚酯薄膜或者聚四氟乙烯布，然后再进行辊压。利用上述方法可以制作得到热塑性纤维缠绕成型管材。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)在缠绕过程中无小分子等有毒物质挥发，工作环境更好，对操作人员无伤害；(2)缠绕制品之间具有非常好的粘结性能；(3)产品具有更高的韧性、抗冲击和耐水压性能；(4)产品具有更轻的重量；(5)产品的成型周期短，无需固化，只需冷却即可；(6)操作工艺简单易行；(7)产品具有可回收性。附图说明图1为本专利技术热塑性纤维缠绕成型工艺流程示意图。图中，1为放卷装置；2为预热红外加热器；3为红外测温仪；4为芯模红外加热器；5为芯模；6为气动压辊；7为预浸带；8为导辊。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1所用的预浸渍材料为被加工成50mm宽的玻纤含量为50％的玻璃纤维/聚丙烯预浸渍带材，带材厚度为0.2mm，整个缠绕过程采用螺旋缠绕，缠绕角度为75度，缠绕层数为14层，使用的芯模直径为150mm。缠绕开始前将芯模红外加热器4开启对芯模5进行加热，当芯模温度被升温至140℃时，开始进行缠绕。将带材由放卷装置1进行放卷，经过导辊8牵引至芯模5处并固定端头，防止在缠绕过程中由于张力的作用打滑。预浸带7经过预热红外加热器2进行预热，使用红外测温仪测量预热红外加热器2出口处预浸带7的温度，通过调节预热红外加热器2的温度和缠绕速度将温度控制在130℃。开始缠绕前3层时，缠绕速度控制的低一些，使得预浸带能够熔融，4~14层时将缠绕速度加快。在缠绕过程中芯模红外加热器4始终保持对芯模的加热，温度控制在能够使得缠绕到芯模上的预浸带基材完全熔融即可。缠绕过程中适当的逐层减小缠绕张力。缠绕完成后，将气动压辊6放下进行辊压，压力控制在0.2MPa。辊压完成后，待管材冷却固化后，使用脱模机将管材从芯模上脱下。经测试，所得管材性的环刚度为63KPa，水压爆破压力为15MPa。实施例2所用的预浸渍材料为被加工成50mm宽的、玻纤含量为50％的玻璃纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯预浸渍带材，带材厚度为0.2mm，整个缠绕过程采用环向缠绕，缠绕角度为85度，缠绕层数为14层，使用的芯模直径为150mm。缠绕开始前将芯模红外加热器4开启对芯模5进行加热，当芯模温度被升温至140℃时，开始进行缠绕。将带材由放卷装置1进行放卷，经过导辊8牵引至芯模5处并固定端头，防止在缠绕过程中由于张力的作用打滑。预浸带7经过预热红外加热器2进行预热，使用红外测温仪测量预热红外加热器2出口处预浸带7的温度，通过调节预热红外加热器2的温度和缠绕速度将温度控制在150℃。开始缠绕前3层时，缠绕速度控制的低一些，使得预浸带能够熔融，4~14层时将缠绕速度加快。在缠绕过程中芯模红外加热器4始终保持对芯模的加热，温度控制在能够使得缠绕到芯模上的预浸带基材完全熔融即可。缠绕过程中适当的逐层减小缠绕张力。缠绕完成后，将气动压辊6放下进行辊压，压力控制在0.15MPa。辊压完成后，待管材冷却固化后，使用脱模机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热塑性纤维缠绕成型工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：(1)根据工艺需要将制备的预浸渍材料加工成所需的宽度；(2)将芯模预先加热到一定的温度；(3)将步骤(1)中加工好的预浸渍材料通过放卷装置放卷，并牵引至芯模处固定，然后对放卷装置和芯模之间的预浸渍材料进行预热；(4)启动缠绕程序，将步骤(3)中预浸渍材料缠绕到经过步骤(2)处理的芯模上，保持对芯模处的预浸渍材料加热至缠绕结束，一边加热一边缠绕，使得缠绕到芯模上的每一层预浸渍材料完全熔融，在缠绕的过程进行适当的张力调节；(5)缠绕完成后，在管材表面还未冷却固化时立即使用压辊在管材表面进行辊压，使得管材表面平整且更加质密，当表面已冷却时，可以加热熔融后再进行辊压；(6)对管材进行冷却固化，固化完成后使用脱模机进行脱模即可。

【技术特征摘要】
1.一种热塑性纤维缠绕成型工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：(1)根据工艺需要将制备的预浸渍材料加工成所需的宽度；(2)将芯模预先加热到100～160℃；(3)将步骤(1)中加工好的预浸渍材料通过放卷装置放卷，并牵引至芯模处固定，然后对放卷装置和芯模之间的预浸渍材料进行预热；(4)启动缠绕程序，将步骤(3)中预浸渍材料缠绕到经过步骤(2)处理的芯模上，保持对芯模处的预浸渍材料加热至缠绕结束，一边加热一边缠绕，使得缠绕到芯模上的每一层预浸渍材料完全熔融，在缠绕的过程进行适当的张力调节；(5)缠绕完成后，在管材表面还未冷却固化时立即使用压辊在管材表面进行辊压，使得管材表面平整且更加质密；(6)对管材进行冷却固化，固化完成后使用脱模机进行脱模即可。2.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维缠绕成型工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的预浸渍材料为单向预浸渍材料或复合纤维纱；所述的单向预浸渍材料通过以下方法制得：经由单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机挤出热塑性树脂，然后将连续性增强纤维经过可旋转交错双挤出模头，通过模头的挤压作用浸渍热塑性树脂，制得所需单向预浸渍材料；所述的复合纤维纱是将连续性增强纤维和热塑性树脂在拉丝过程中进行复合得到的。3.根据权利要求2所述的一种热塑性纤维缠绕成型工艺，其特征在于，所述的热塑性树脂为聚烯烃、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或者几种；所述的连续性增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、硼纤维或聚酯纤维中的一种或者几种。4.根据权利要求1所述的一种热塑性纤维缠绕成型工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的预浸渍材料加工成的宽度为10～400mm，厚度为0.1～0.5mm。5.根据权利要求4所述的一种热塑性纤维缠绕成型工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的预浸渍材料加工成的宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐龙彬，
申请(专利权)人：合肥杰事杰新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：