[发明专利]一种高性能热塑性复合材料工字梁的拉挤成型方法

说明书

本发明公开了一种高性能热塑性复合材料工字梁的拉挤成型方法，属于热塑性复合材料技术领域。拉挤成型方法包括：根据工字梁的截面积尺寸设计拉挤成型模具和冷却定型模具，依据连续纤维增强热塑性复合材料预浸带中连续纤维的含量计算预浸带理论进料量，按照一定倍数放大得到预浸带实际进料量，进料，设定模具加工温度/加工温度梯度并升温后依次进行拉挤成型和冷却定型得到。本发明得到的工字梁结构件具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，工艺简单且可连续生产，加工长度不受限制，采用自主设计的拉挤成型模具和冷却定型模具可根据工字梁结构件尺寸灵活调整，产品灵活性好且自动化程度高。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料技术领域，具体涉及一种高性能热塑性复合材料工字梁的拉挤成型方法。

背景技术

工字梁在房屋、桥梁、电站、交通基础设施等建筑领域有着广泛的应用，市面上常见的钢质工资梁和木质工字梁由于存在耐腐蚀性较差、单位质量较大等缺点，难以满足现代建设要求。为获得力学性能高且具有良好适应能力的工字梁制品，需要综合考虑原材料以及加工工艺对其制备过程和性能的影响。

热塑性复合材料是一种力学性能优异、化学稳定性好、耐湿热能力强、加工性能优良、贮存期长且可回收重复使用的材料，用于汽车、风能、航空航天等领域。相较于金属与木质材料，其具有更好的力学性能和环境适应性，作为工字梁制品的原料具有广泛的应用潜力。现有技术中，热塑性复合材料的成型工艺有模压成型、铺放成型、缠绕成型以及拉挤成型等，其中拉挤成型是制造有效等截面复合型材的一种高效方法，与其他聚合物成型工艺相比最大的特点是连续成型，生产制品长度不受限制，具有产品灵活性好、自动化程度高和制造速度快等优势。由于工字梁是一种定截面的制品，采用拉挤成型加工方法可以与其生产要求相匹配，为开发具有力学性能高、化学稳定性好和耐腐蚀性强的工字梁提供新的加工途径。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明的主要目的是提供一种高性能热塑性复合材料工字梁的拉挤成型方法，将连续纤维增强热塑性复合材料预浸带通过拉挤成型和冷却定型，赋予工字梁结构件良好的力学性能和耐腐蚀性能，工艺简单且可连续生产，工字梁结构件长度不受限制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供高性能热塑性复合材料工字梁的拉挤成型方法，包括以下步骤：

(1)根据工字梁的截面积尺寸设计拉挤成型模具和冷却定型模具；

(2)依据连续纤维增强热塑性复合材料预浸带中连续纤维的含量计算预浸带理论进料量，按照一定倍数放大得到预浸带实际进料量，进料；

(3)设定所述拉挤成型模具的加工温度为220–290℃和所述冷却定型模具的加工温度梯度为(55–85)℃–(75–105)℃–(115–145)℃，升温至设定温度并稳定后，在拉挤速度为50–110mm/min的条件下依次进行拉挤成型和冷却定型，得到高性能热塑性复合材料工字梁；

或还包括纤维网格布经过处理剂处理后添加到步骤(2)中所述连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的进料中进行补强的步骤。

优选地，步骤(1)中，所述拉挤成型模具的截面积为工字梁结构件截面积的10–30倍，依次分为进料段、渐缩段和出料段，且所述渐缩段的锥度为2–5：50。

更优选地，步骤(1)中，所述进料段、渐缩段和出料段的长度比值为3:5:2。

优选地，步骤(1)中，所述冷却定型模具的截面积为工字梁结构件截面积的10–30倍，其冷却水流道的总截面积为2×10^-5–6×10^-5m²。

优选地，步骤(2)中，所述连续纤维增强热塑性复合材料预浸带中采用的连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、高硼硅纤维或芳纶纤维中的一种或两种以上组合。