專利名稱：一種連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法及纏繞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管道生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法及纏繞裝置。
背景技術(shù)：
塑料管道主要分為熱塑性塑料管道和熱固性塑料管道。熱塑性塑料是指能在特定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化和冷卻變硬的塑料，熱塑性管道種類很多，如PE管、PVC管、PP管等。熱塑性管道具有易回收、抗沖擊能力強(qiáng)、斷裂韌性好、成型周期短、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，但其強(qiáng)度和彈性模量低，難以適應(yīng)大口徑、高剛度和高壓力的要求。而熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不熔特性的塑料，熱固性管道的典型代表就是玻璃纖維增強(qiáng)塑料管，俗稱玻璃鋼，是采用玻璃纖維增強(qiáng)熱固性的不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等而成的。熱固性管道因?yàn)橛虚L(zhǎng)纖維纏繞增強(qiáng)，從而具有高強(qiáng)度和較高的彈性模量，能夠適應(yīng)于大口徑、高剛度和較高壓力的要求，但其生產(chǎn)過(guò)程中有一定的污染且很難回收，對(duì)環(huán)境影響大，抗沖擊性能較差。在當(dāng)前的市場(chǎng)上，大口徑、高壓力的管道主要以熱固性為主，小口徑、低壓力的管道主要以熱塑性為主。因?yàn)闊峁绦詷?shù)脂在常溫下便可具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，易與玻璃纖維結(jié)合，工藝性能好，而熱塑性則必須在高溫下才能具有一定的流動(dòng)性，很難與纖維直接結(jié)合，工藝性能差。因此，目前的管道市場(chǎng)上大都是纖維增強(qiáng)熱固性管道，而很少有纖維增強(qiáng)熱塑性管道。但熱固性管道由于其生產(chǎn)過(guò)程中具有一定的污染且不可回收，不符合當(dāng)代社會(huì)綠色環(huán)保的概念，如何生產(chǎn)高強(qiáng)度、高彈性模量以及可回收再利用的纖維增強(qiáng)熱塑性管道成為了當(dāng)前管道生產(chǎn)研究的熱點(diǎn)。如中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?201210152580.7)公開(kāi)了一種連續(xù)長(zhǎng)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作工藝，包括如下步驟:1)由擠塑機(jī)的內(nèi)襯層擠出口直接將熱塑性材料呈帶狀擠出后在圓柱形的迷局上纏繞形成一 層管道內(nèi)襯層；2)連續(xù)長(zhǎng)纖維紗團(tuán)牽引出的連續(xù)長(zhǎng)纖維經(jīng)過(guò)導(dǎo)絲頭處加熱處理后進(jìn)入結(jié)構(gòu)層擠出口與熔融的熱塑性材料相結(jié)合浸透后纏繞到管道內(nèi)襯層外形成管道結(jié)構(gòu)層；外保護(hù)層擠出口將熔融的熱塑性材料呈帶狀擠出后再管道結(jié)構(gòu)層外形成一層管道外保護(hù)層；3)管道內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層和外保護(hù)層固化后，將模具取出。上述的制備工藝雖然能夠用于生產(chǎn)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性管道，但其仍存在著以下缺陷:1、由于熱塑性塑料分子量高，流動(dòng)性差，在擠出過(guò)程中如果對(duì)纖維浸潰不良，則制備的管道中容易出現(xiàn)類似于鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的沙眼，影響管道外壁的光滑性以及管道的結(jié)實(shí)性。2、在生產(chǎn)過(guò)程中，由于熱塑性材料流動(dòng)性差，連續(xù)纖維在加熱的擠出浸潰模頭中容易摩擦造成二次損傷產(chǎn)生毛羽，連續(xù)纖維的性能降低，影響產(chǎn)品的性能。3、在生產(chǎn)過(guò)程中，連續(xù)纖維容易斷裂，而纖維的斷裂不僅很難再接上，而且就算接上了也無(wú)法彌補(bǔ)纖維的強(qiáng)度損傷，制成的管道的強(qiáng)度性能也較不穩(wěn)定
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問(wèn)題，提出了一種種連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法及纏繞裝置，其所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:現(xiàn)有的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作工藝在制備過(guò)程中容易造成連續(xù)纖維的二次損傷產(chǎn)生毛羽或斷裂，降低了連續(xù)纖維的性能，制備的管道外壁的光滑性以及管道的結(jié)實(shí)性差、強(qiáng)度性能不穩(wěn)定。本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，本方法包括以下步驟:A、裝夾部件:模芯設(shè)置在纏繞裝置上；成卷的連續(xù)纖維帶定位在張緊裝置上；連續(xù)纖維帶依次穿過(guò)張緊裝置和加熱件的加熱區(qū)域與模芯相聯(lián)接；B、旋轉(zhuǎn)纏繞及加熱:采用纏繞裝置驅(qū)動(dòng)模芯旋轉(zhuǎn)使連續(xù)纖維帶沿模芯一端部軸向螺旋延伸至另一端部后剪斷；再通過(guò)纏繞裝置驅(qū)動(dòng)模芯反向旋轉(zhuǎn)使連續(xù)纖維帶沿模芯另一端部軸向螺旋延伸至模芯的一端部，剪斷；在連續(xù)纖維螺旋延伸過(guò)程中采用加熱件至少加熱連續(xù)纖維帶的粘貼面并加熱至熔化；C、重復(fù)上述步驟B ;熱塑性管的徑向至少有兩層連續(xù)纖維帶；D、冷卻及脫模:待冷卻定型后進(jìn)行脫模。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法，可用于加工具有內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層和外保護(hù)層的三層結(jié)構(gòu)管道。內(nèi)襯層為已經(jīng)擠出成型的熱塑性塑料管道，套設(shè)在模芯上。內(nèi)襯層的材料為PP (高聚物聚丙烯)、PE (高密度聚乙烯)、尼龍等熱塑性材料。生產(chǎn)時(shí)，連續(xù)纖維帶依次穿過(guò)張緊裝置和加熱件的加熱區(qū)域與內(nèi)襯層熔融連接，采用纏繞裝置驅(qū)動(dòng)模芯旋轉(zhuǎn)并沿其軸線方向移動(dòng)，使得連續(xù)纖維帶軸向螺旋纏繞在內(nèi)襯層上，纏繞一周后剪斷；再通過(guò)纏繞裝置驅(qū)動(dòng)模芯反向旋轉(zhuǎn)并沿其軸線方向往回移動(dòng)，使得連續(xù)纖維帶螺旋纏繞上述已熔融在內(nèi)襯層表面的連續(xù)纖維帶層上，剪斷并重復(fù)上述步驟，纏繞過(guò)程中采用加熱件至少加熱連續(xù)纖維帶的粘貼面至熔融，形成結(jié)構(gòu)層。熱塑性管的徑向至少有兩層連續(xù)纖維帶；可根據(jù)實(shí)際管道生產(chǎn)的需求來(lái)設(shè)定連續(xù)纖維帶纏繞的層數(shù)，只需重復(fù)上述步驟即可。之后再通過(guò)模頭擠出熱塑性塑 料覆蓋連續(xù)纖維帶所形成的管到的外保護(hù)層，然后待冷卻定型后進(jìn)行脫模，便形成連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法，也可用于加工具有內(nèi)襯層和結(jié)構(gòu)層的兩層結(jié)構(gòu)管道，內(nèi)襯層也為已經(jīng)擠出成型的熱塑性塑料管道，套設(shè)在模芯上。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法，還可用于生產(chǎn)只有結(jié)構(gòu)層的大口徑管道，即生產(chǎn)時(shí)，連續(xù)纖維帶直接在模芯上纏繞熔融形成管道；裝夾時(shí)，連續(xù)纖維帶與模芯之間通過(guò)雙面膠粘貼，也可卡設(shè)在模芯上的卡口機(jī)構(gòu)上。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法可用于加工多種結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管，通用性較佳。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法在纏繞過(guò)程中還采用壓輪幫助滾壓熔融的連續(xù)纖維帶使其與管道面充分接觸，保持表面的光滑性，更有利于多層連續(xù)纖維帶的重復(fù)纏繞，制備的管道中不會(huì)產(chǎn)生氣泡，管道外壁的光滑性以及管道的結(jié)實(shí)性均較好。同時(shí)，本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法采用成型后的連續(xù)纖維帶直接纏繞，無(wú)需擠出浸潰，不會(huì)摩擦造成二次損傷產(chǎn)生毛羽，也不會(huì)出現(xiàn)纖維的斷裂，保證了連續(xù)纖維的性能和強(qiáng)度不會(huì)降低，制備的管道強(qiáng)度、剛度、抗沖擊性能、韌性均較好。在上述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法中，所述的步驟A中連續(xù)纖維帶通過(guò)張緊裝置張緊后的張緊力為ION 35N。連續(xù)纖維帶的張緊力過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致連續(xù)纖維帶繞模芯纏繞后較為寬松，各層纖維帶之間容易產(chǎn)生間隙，熔融的效果較差，從而影響成型后管道的性能。連續(xù)纖維帶的張緊力過(guò)大，在纏繞過(guò)程中連續(xù)纖維帶被扯緊，由于其本身具有較好的韌性，纏繞成型后容易收縮，從而會(huì)影響管道的性能。連續(xù)纖維帶的張緊力在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)，連續(xù)纖維帶纏繞后熔融的效果最佳，也不會(huì)產(chǎn)生間隙和收縮，制備的管道的性能最佳。在上述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法中，所述的步驟B中連續(xù)纖維帶螺
旋纏繞的角度與連續(xù)纖維帶的寬度之間的關(guān)系為:
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，本方法包括以下步驟: A、裝夾部件:模芯(4)設(shè)置在纏繞裝置上；成卷的連續(xù)纖維帶定位在張緊裝置上；連續(xù)纖維帶依次穿過(guò)張緊裝置和加熱件的加熱區(qū)域與模芯(4)相聯(lián)接； B、旋轉(zhuǎn)纏繞及加熱:采用纏繞裝置驅(qū)動(dòng)模芯(4)旋轉(zhuǎn)使連續(xù)纖維帶沿模芯(4)一端部軸向螺旋延伸至另一端部后剪斷；再通過(guò)纏繞裝置驅(qū)動(dòng)模芯(4)反向旋轉(zhuǎn)使連續(xù)纖維帶沿模芯(4)另一端部軸向螺旋延伸至模芯(4)的一端部，剪斷；在連續(xù)纖維螺旋延伸過(guò)程中采用加熱件至少加熱連續(xù)纖維帶的粘貼面并加熱至熔化； C、重復(fù)上述步驟B;熱塑性管的徑向至少有兩層連續(xù)纖維帶； D、冷卻及脫模:待冷卻定型后進(jìn)行脫模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟A中連續(xù)纖維帶通過(guò)張緊裝置張緊后的張緊力為ION 35N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟B中連續(xù)纖維帶螺旋纏繞的角度與連續(xù)纖維帶的寬度之間的關(guān)系為:SinA= I *:;其中: A為連續(xù)纖維帶螺旋纏繞的角度；d為連續(xù)纖維帶的寬度；D為所3.14 *要制備的熱塑性管的直徑；n為連續(xù)纖維帶的根數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟B中連續(xù)纖維帶的纏繞速度為2m/min 20m/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟B中電熱件加熱的溫度為450 750°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟B中加熱件為激光加熱器、陶瓷紅外加熱器和/或不銹鋼加熱器。
7.一種用于生產(chǎn)連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的纏繞裝置，包括基座(I)、移動(dòng)架(2)和夾具(3);所述的夾具(3)定位在移動(dòng)架(2)上；上述的加熱件設(shè)置在基座(I)上；所述的移動(dòng)架(2 )上固定有能驅(qū)動(dòng)夾具(3 )轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)一(5 );所述的模芯(4)能固定在夾具(3 )上；所述的基座(I)上設(shè)有能夠使移動(dòng)架(2)上沿模芯(4)軸線方向做來(lái)回直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向件；所述的移動(dòng)架(2)與基座(I)之間通過(guò)導(dǎo)向件相連接；所述的基座(I)上還設(shè)有能夠驅(qū)動(dòng)移動(dòng)架(2)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于生產(chǎn)連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的纏繞裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)向件為設(shè)置在基座(I)上的直線滑軌(6);所述的直線滑軌(6)的延伸方向與模芯(4)的軸線方向相同；所述的移動(dòng)架(2)上設(shè)有滑輪，所述的滑輪穿設(shè)在直線滑軌(6)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于生產(chǎn)連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的纏繞裝置，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)二(7)和絲桿絲母組件；所述的電機(jī)二(7)固定在基座(I)上；所述的絲桿絲母組件中的絲桿一端定位在移動(dòng)架(2)上，另一端與電機(jī)二(7)的轉(zhuǎn)軸相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于生產(chǎn)連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的纏繞裝置，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括油缸(8)和推桿(9);所述的油缸(8)固定在基座(I)上；所述的推桿(9) 一端與油缸(8)相連接，另一端與移動(dòng)架(2)相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法及纏繞裝置，屬于管道生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管在制備過(guò)程中容易造成連續(xù)纖維的二次損傷產(chǎn)生毛羽或斷裂，降低了連續(xù)纖維的性能，制備的管道外壁的光滑性以及管道的結(jié)實(shí)性差、強(qiáng)度性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管的制作方法包括以下步驟A、裝夾部件；B、旋轉(zhuǎn)纏繞及加熱；C、重復(fù)上述步驟B；D、冷卻及脫模。本連續(xù)纖維纏繞增強(qiáng)熱塑性管制作方法采用成型后的連續(xù)纖維帶通過(guò)纏繞裝置直接纏繞，無(wú)需擠出浸漬，不會(huì)造成二次損傷產(chǎn)生毛羽，也不會(huì)出現(xiàn)纖維的斷裂，保證了連續(xù)纖維的性能和強(qiáng)度，制備的管道強(qiáng)度、剛度、抗沖擊性能、韌性均較好。
文檔編號(hào)B29C53/64GK103231508SQ201310123058
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者阮金剛 申請(qǐng)人:臺(tái)州市家得寶科技有限公司