[发明专利]一种热塑性纤维缠绕成型的管材及其成型工艺

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。