專利名稱：一種連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法及纏繞裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于管道生產技術領域，涉及一種連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法及纏繞裝置。
背景技術：
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，能反復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、斷裂韌性好、成型周期短、生產效率高等特點，但其強度和彈性模量低，難以適應大口徑、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塑料管，俗稱玻璃鋼，是采用玻璃纖維增強熱固性的不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂等而成的。熱固性管道因為有長纖維纏繞增強，從而具有高強度和較高的彈性模量，能夠適應于大口徑、高剛度和較高壓力的要求，但其生產過程中有一定的污染且很難回收，對環境影響大，抗沖擊性能較差。在當前的市場上，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。因為熱固性樹脂在常溫下便可具有較強的流動性，易與玻璃纖維結合，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性，很難與纖維直接結合，工藝性能差。因此，目前的管道市場上大都是纖維增強熱固性管道，而很少有纖維增強熱塑性管道。但熱固性管道由于其生產過程中具有一定的污染且不可回收，不符合當代社會綠色環保的概念，如何生產高強度、高彈性模量以及可回收再利用的纖維增強熱塑性管道成為了當前管道生產研究的熱點。如中國專利申請(申請號:201210152580.7)公開了一種連續長纖維纏繞增強熱塑性管的制作工藝，包括如下步驟:1)由擠塑機的內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 層管道內襯層；2)連續長纖維紗團牽引出的連續長纖維經過導絲頭處加熱處理后進入結構層擠出口與熔融的熱塑性材料相結合浸透后纏繞到管道內襯層外形成管道結構層；外保護層擠出口將熔融的熱塑性材料呈帶狀擠出后再管道結構層外形成一層管道外保護層；3)管道內襯層、結構層和外保護層固化后，將模具取出。上述的制備工藝雖然能夠用于生產連續纖維增強熱塑性管道，但其仍存在著以下缺陷:1、由于熱塑性塑料分子量高，流動性差，在擠出過程中如果對纖維浸潰不良，則制備的管道中容易出現類似于鑄造過程中產生的沙眼，影響管道外壁的光滑性以及管道的結實性。2、在生產過程中，由于熱塑性材料流動性差，連續纖維在加熱的擠出浸潰模頭中容易摩擦造成二次損傷產生毛羽，連續纖維的性能降低，影響產品的性能。3、在生產過程中，連續纖維容易斷裂，而纖維的斷裂不僅很難再接上，而且就算接上了也無法彌補纖維的強度損傷，制成的管道的強度性能也較不穩定
發明內容
本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種種連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法及纏繞裝置，其所要解決的技術問題是:現有的連續纖維纏繞增強熱塑性管制作工藝在制備過程中容易造成連續纖維的二次損傷產生毛羽或斷裂，降低了連續纖維的性能，制備的管道外壁的光滑性以及管道的結實性差、強度性能不穩定。本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種連續纖維纏繞增強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:模芯設置在纏繞裝置上；成卷的連續纖維帶定位在張緊裝置上；連續纖維帶依次穿過張緊裝置和加熱件的加熱區域與模芯相聯接；B、旋轉纏繞及加熱:采用纏繞裝置驅動模芯旋轉使連續纖維帶沿模芯一端部軸向螺旋延伸至另一端部后剪斷；再通過纏繞裝置驅動模芯反向旋轉使連續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；在連續纖維螺旋延伸過程中采用加熱件至少加熱連續纖維帶的粘貼面并加熱至熔化；C、重復上述步驟B ;熱塑性管的徑向至少有兩層連續纖維帶；D、冷卻及脫模:待冷卻定型后進行脫模。本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法，可用于加工具有內襯層、結構層和外保護層的三層結構管道。內襯層為已經擠出成型的熱塑性塑料管道，套設在模芯上。內襯層的材料為PP (高聚物聚丙烯)、PE (高密度聚乙烯)、尼龍等熱塑性材料。生產時，連續纖維帶依次穿過張緊裝置和加熱件的加熱區域與內襯層熔融連接，采用纏繞裝置驅動模芯旋轉并沿其軸線方向移動，使得連續纖維帶軸向螺旋纏繞在內襯層上，纏繞一周后剪斷；再通過纏繞裝置驅動模芯反向旋轉并沿其軸線方向往回移動，使得連續纖維帶螺旋纏繞上述已熔融在內襯層表面的連續纖維帶層上，剪斷并重復上述步驟，纏繞過程中采用加熱件至少加熱連續纖維帶的粘貼面至熔融，形成結構層。熱塑性管的徑向至少有兩層連續纖維帶；可根據實際管道生產的需求來設定連續纖維帶纏繞的層數，只需重復上述步驟即可。之后再通過模頭擠出熱塑性塑 料覆蓋連續纖維帶所形成的管到的外保護層，然后待冷卻定型后進行脫模，便形成連續纖維纏繞增強熱塑性管。本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法，也可用于加工具有內襯層和結構層的兩層結構管道，內襯層也為已經擠出成型的熱塑性塑料管道，套設在模芯上。本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法，還可用于生產只有結構層的大口徑管道，即生產時，連續纖維帶直接在模芯上纏繞熔融形成管道；裝夾時，連續纖維帶與模芯之間通過雙面膠粘貼，也可卡設在模芯上的卡口機構上。本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法可用于加工多種結構的連續纖維纏繞增強熱塑性管，通用性較佳。本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法在纏繞過程中還采用壓輪幫助滾壓熔融的連續纖維帶使其與管道面充分接觸，保持表面的光滑性，更有利于多層連續纖維帶的重復纏繞，制備的管道中不會產生氣泡，管道外壁的光滑性以及管道的結實性均較好。同時，本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法采用成型后的連續纖維帶直接纏繞，無需擠出浸潰，不會摩擦造成二次損傷產生毛羽，也不會出現纖維的斷裂，保證了連續纖維的性能和強度不會降低，制備的管道強度、剛度、抗沖擊性能、韌性均較好。在上述的連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法中，所述的步驟A中連續纖維帶通過張緊裝置張緊后的張緊力為ION 35N。連續纖維帶的張緊力過小，會導致連續纖維帶繞模芯纏繞后較為寬松，各層纖維帶之間容易產生間隙，熔融的效果較差，從而影響成型后管道的性能。連續纖維帶的張緊力過大，在纏繞過程中連續纖維帶被扯緊，由于其本身具有較好的韌性，纏繞成型后容易收縮，從而會影響管道的性能。連續纖維帶的張緊力在本申請的范圍內，連續纖維帶纏繞后熔融的效果最佳，也不會產生間隙和收縮，制備的管道的性能最佳。在上述的連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法中，所述的步驟B中連續纖維帶螺
旋纏繞的角度與連續纖維帶的寬度之間的關系為:
權利要求
1.一種連續纖維纏繞增強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)設置在纏繞裝置上；成卷的連續纖維帶定位在張緊裝置上；連續纖維帶依次穿過張緊裝置和加熱件的加熱區域與模芯(4)相聯接； B、旋轉纏繞及加熱:采用纏繞裝置驅動模芯(4)旋轉使連續纖維帶沿模芯(4)一端部軸向螺旋延伸至另一端部后剪斷；再通過纏繞裝置驅動模芯(4)反向旋轉使連續纖維帶沿模芯(4)另一端部軸向螺旋延伸至模芯(4)的一端部，剪斷；在連續纖維螺旋延伸過程中采用加熱件至少加熱連續纖維帶的粘貼面并加熱至熔化； C、重復上述步驟B;熱塑性管的徑向至少有兩層連續纖維帶； D、冷卻及脫模:待冷卻定型后進行脫模。
2.根據權利要求1所述的連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟A中連續纖維帶通過張緊裝置張緊后的張緊力為ION 35N。
3.根據權利要求1所述的連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟B中連續纖維帶螺旋纏繞的角度與連續纖維帶的寬度之間的關系為:SinA= I *:;其中: A為連續纖維帶螺旋纏繞的角度；d為連續纖維帶的寬度；D為所3.14 *要制備的熱塑性管的直徑；n為連續纖維帶的根數。
4.根據權利要求1所述的連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法，其特征在于，所述的步驟B中連續纖維帶的纏繞速度為2m/min 20m/min。
5.根據權利要求1所述的連續纖維纏繞增強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.根據權利要求1或5所述的連續纖維纏繞增強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。
7.一種用于生產連續纖維纏繞增強熱塑性管的纏繞裝置，包括基座(I)、移動架(2)和夾具(3);所述的夾具(3)定位在移動架(2)上；上述的加熱件設置在基座(I)上；所述的移動架(2 )上固定有能驅動夾具(3 )轉動的電機一(5 );所述的模芯(4)能固定在夾具(3 )上；所述的基座(I)上設有能夠使移動架(2)上沿模芯(4)軸線方向做來回直線運動的導向件；所述的移動架(2)與基座(I)之間通過導向件相連接；所述的基座(I)上還設有能夠驅動移動架(2)運動的驅動機構。
8.根據權利要求7所述的用于生產連續纖維纏繞增強熱塑性管的纏繞裝置，其特征在于，所述的導向件為設置在基座(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；所述的移動架(2)上設有滑輪，所述的滑輪穿設在直線滑軌(6)內。
9.根據權利要求7或8所述的用于生產連續纖維纏繞增強熱塑性管的纏繞裝置，其特征在于，所述的驅動機構包括電機二(7)和絲桿絲母組件；所述的電機二(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架(2)上，另一端與電機二(7)的轉軸相連接。
10.根據權利要求7或8所述的用于生產連續纖維纏繞增強熱塑性管的纏繞裝置，其特征在于，所述的驅動機構包括油缸(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，另一端與移動架(2)相連接。
全文摘要
本發明提供了一種連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法及纏繞裝置，屬于管道生產技術領域。它解決了現有的連續纖維纏繞增強熱塑性管在制備過程中容易造成連續纖維的二次損傷產生毛羽或斷裂，降低了連續纖維的性能，制備的管道外壁的光滑性以及管道的結實性差、強度性能不穩定的問題。本連續纖維纏繞增強熱塑性管的制作方法包括以下步驟A、裝夾部件；B、旋轉纏繞及加熱；C、重復上述步驟B；D、冷卻及脫模。本連續纖維纏繞增強熱塑性管制作方法采用成型后的連續纖維帶通過纏繞裝置直接纏繞，無需擠出浸漬，不會造成二次損傷產生毛羽，也不會出現纖維的斷裂，保證了連續纖維的性能和強度，制備的管道強度、剛度、抗沖擊性能、韌性均較好。
文檔編號B29C53/64GK103231508SQ201310123058
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者阮金剛 申請人:臺州市家得寶科技有限公司