專利名稱：帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱固性纖維復(fù)合材料拉擠成型工藝及設(shè)備，特別是非直線形、變截面形制品的擠拉成型工藝及設(shè)備，具體地說是一種帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝及設(shè)備。
背景技術(shù)：
用熱固性纖維復(fù)合材料通過拉擠成型工藝制造的制品由于具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕的優(yōu)點，其拉擠成型的制品具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能使其在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的使用，其優(yōu)良的電性能和輕質(zhì)高強特性，在電氣工業(yè)中用于生產(chǎn)電線桿、電工用腳手架、絕緣板、導(dǎo)線管、風(fēng)力發(fā)電機葉片、無線電天線桿、光學(xué)纖維電纜和各種電氣元件。它優(yōu)良的耐化學(xué)、耐環(huán)境腐蝕能力，可用來代替不銹鋼、陶瓷等耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料。拉擠成型制品的優(yōu)良的力學(xué)性使其在建筑、礦山、機械制造業(yè)中得以大顯神通，可用來代替結(jié)構(gòu)鋼、合金鋁、優(yōu)質(zhì)木材等材料。
眾所周知，沿海地區(qū)的建筑物中的螺紋鋼極易受到腐蝕，致使其使用壽命大大低于內(nèi)陸地區(qū)的使用壽命，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在國外，美國每年因鋼筋腐蝕造成的損失高達700億美元，英國建造在海洋及含氯化物介質(zhì)環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕需要重建或更換鋼筋的占三分之一以上。在國內(nèi)，據(jù)1984年對浙江鎮(zhèn)海的22座中小型海工建筑物調(diào)查表明，967根構(gòu)件中的鋼筋結(jié)構(gòu)由于受海風(fēng)、海水的腐蝕也急需更換。
而復(fù)合材料拉擠成型的制品由于具有優(yōu)良的耐腐蝕化學(xué)性能和質(zhì)輕、高強的物理性能，是沿海地區(qū)建筑物用鋼筋最佳的替代品，但由于受傳統(tǒng)工藝和拉擠生產(chǎn)線的影響，現(xiàn)有的拉擠成型制品大多為直線型型材，其任意橫截面的形狀相同，無法替代螺紋鋼用于建筑行業(yè)中。直線型型材的制造工藝和相關(guān)設(shè)備詳見國防工業(yè)出版視2003年5月出版的《高技術(shù)復(fù)合材料制備手冊》第322-325頁。
為了解決熱固性纖維復(fù)合材料在建筑行業(yè)的應(yīng)用，實現(xiàn)代替鋼質(zhì)建筑用螺紋鋼的目的，通過將復(fù)合材料拉擠成型生產(chǎn)線中的成型模改成旋轉(zhuǎn)模的方法可將直線型棒材擠壓成帶螺紋的螺紋桿，但用這種工藝方法得到的螺紋桿其螺紋的纖維方向為縱向，承載力有限，齒頂很容易斷裂，只能用于承載力較小的場合，無法代替螺紋鋼在大型建筑及工礦企業(yè)中廣泛使用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用復(fù)合材料制造的廣泛適用于沿海地區(qū)的建筑物及礦山坑道支護使用的帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝及設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一、工藝方法一種復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝，使用熱固性纖維作為原料，并摻入適量的輔助劑，用于在拉擠旋轉(zhuǎn)模成型設(shè)備上連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料螺紋桿，其特征是a、將熱固性纖維從紗架引出，經(jīng)過集紗輥，在張力器控制的作用下使熱固性纖維呈同一張力成束狀通過樹脂浸漬槽，然后進入冷模擠出多余樹脂并排出氣泡的同時，將束狀纖維壓實得到纖維棒；b、將上述制得的纖維棒以100～600毫米/分鐘的速度通過轉(zhuǎn)速為10～60轉(zhuǎn)/分的勒牙裝置，得到帶有螺紋的縱向纖維螺桿；c、將帶有螺紋的縱向纖維螺桿送入烘道，在110°～150°溫度下進行第一次固化，使固化率達到80％以上，得到帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿；d、將帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿以b步驟所述相同的速度送入纏繞機，纏繞機將經(jīng)過樹脂浸漬的纖維以與b步驟相同的轉(zhuǎn)速纏繞在帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上，纏繞后原帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上的齒頂變成齒底，齒底變成齒頂，從而得到纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿；e、使纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿繼續(xù)以與b步驟相同的速度進入旋轉(zhuǎn)模中，旋轉(zhuǎn)模以與上述纏繞機相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿在轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)模中經(jīng)過預(yù)熱、凝膠、固化，得到橫向纖維經(jīng)過擠壓的螺紋表面光滑的螺紋桿半成品；f、將螺紋桿半成品送入烘箱，在120°～160°的最終固化溫度范圍內(nèi)進行固化，得到由熱固性纖維材料制成的成品螺紋桿。
前述的旋轉(zhuǎn)模中的預(yù)熱溫度為85～95°、凝膠溫度為145°～160°、固化溫度為130°～150°。
二、成套成型設(shè)備一種帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞成套成型設(shè)備，依次由紗架、集紗輥、張力器、樹脂浸漬槽、冷模、勒牙裝置、第一次固化單元、纏繞機、最終固化單元、同步牽引機連接而成，同步牽引機牽引熱固性纖維以恒定的速度從紗架上引出后分別經(jīng)過紗架、集紗輥、張力器、樹脂浸漬槽、冷模、勒牙裝置、第一次固化單元、纏繞機、最終固化單元得到成品，纏繞機包括纏繞轉(zhuǎn)盤，其特征是在纏繞機連接有旋轉(zhuǎn)模，旋轉(zhuǎn)模與纏繞機的纏繞轉(zhuǎn)盤同速轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)模的內(nèi)腔設(shè)有與成品螺紋桿上的螺紋相同的螺紋內(nèi)腔，在旋轉(zhuǎn)模的外部套有加熱元件，加熱元件與旋轉(zhuǎn)模同步轉(zhuǎn)動。
上述的套裝在旋轉(zhuǎn)模外部的加熱元件，可使旋轉(zhuǎn)模得到三段不同的溫度，該三段不同的溫度分別為預(yù)熱溫度85～95°、凝膠溫度為145°～160°、固化溫度為130°～150°。加熱元件的三段不同的加熱溫度可通過常規(guī)的電氣控制裝置加以實現(xiàn)，加熱元件與電源的連接可采用電刷的方法得以實現(xiàn)，而這在電氣控制中是非常容易實現(xiàn)的，普通技術(shù)人員即可實現(xiàn)。
上述的勒牙裝置包括勒牙轉(zhuǎn)盤和安裝在勒牙轉(zhuǎn)盤上的勒牙用纖維架、導(dǎo)紗桿、控制勒牙用的張力器，勒牙轉(zhuǎn)盤安裝在勒牙轉(zhuǎn)盤軸上，勒牙轉(zhuǎn)盤軸通過傳動帶與電機相連。
上述的纏繞轉(zhuǎn)盤的一側(cè)安裝有導(dǎo)紗桿和纖維架，另一側(cè)安裝有張力器，纏繞轉(zhuǎn)盤軸支承在支架上且與旋轉(zhuǎn)模相連，纏繞轉(zhuǎn)盤軸通過傳動帶和減速機相連，減速機由驅(qū)動電機驅(qū)動。
本發(fā)明的有益效果
1、填補了熱固性纖維復(fù)合材料拉擠成型工藝中非直線、曲線截面及螺紋桿制品的制造工藝空白。
2、通過調(diào)節(jié)牽引速度和纏繞模具及旋轉(zhuǎn)擠壓模具的轉(zhuǎn)速可加工出各種變截面或不同螺矩的制品，使拉擠成型工藝制品的應(yīng)用范圍進一步擴大。
3、用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的螺紋桿或曲線截面的制品具有螺矩尺寸精確、表面光滑、位伸強度和橫向強度高、不導(dǎo)磁、絕緣，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的螺紋鋼，在沿海、地下、深山峽谷等腐蝕嚴(yán)重的場所作為建筑材料使用，同時它還具有質(zhì)量輕，壽命長的優(yōu)點，可延長建筑物的使用壽命。既可代替螺紋鋼在沿海地區(qū)建筑物中使用，也可在地下礦山作業(yè)中代替木質(zhì)或金屬的巷道錨桿，具有廣闊的應(yīng)用前景。
4、用本發(fā)明方法生產(chǎn)的螺紋桿或曲線截面的制品還可用于對絕緣和導(dǎo)磁有嚴(yán)格要求的軍事設(shè)施和對透波有特殊要求的電訊設(shè)施中。
5、用本發(fā)明方法生產(chǎn)的螺紋桿可用來代替塑料擠出機中的螺桿，對改善塑料擠出機的性能和傳動性能有明顯的效果。
6、本發(fā)明成套成型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。
7、使用本發(fā)明方法的制造的工藝設(shè)備既可生產(chǎn)出本發(fā)明的螺紋桿，也可通過拆除相應(yīng)的纏繞機及旋轉(zhuǎn)模具而作為常規(guī)設(shè)備使用，生產(chǎn)常規(guī)的直線型拉擠成型制品。
圖1是本發(fā)明工藝流程示意圖。
圖2是本發(fā)明的拉擠成型成套裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的勒牙裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是發(fā)明的纏繞機及旋轉(zhuǎn)模裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本明的旋轉(zhuǎn)模具結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的成品結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
一種復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝，使用熱固性纖維作為原料，用于在拉擠旋轉(zhuǎn)模成型設(shè)備上連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料螺紋桿，其特征是a、將熱固性纖維從紗架引出，經(jīng)過集紗輥，在張力器控制的作用下使熱固性纖維呈同一張力成束狀通過樹脂浸漬槽，然后進入冷模擠出多余樹脂并排出氣泡的同時，將束狀纖維壓實得到纖維棒；b、將上述制得的纖維棒以100～600毫米/分鐘的速度通過轉(zhuǎn)速為10～60轉(zhuǎn)/分的勒牙裝置，得到帶有螺紋的縱向纖維螺桿；c、將帶有螺紋的縱向纖維螺桿送入烘道，在110°～150°溫度下(最佳為120°～160°)進行第一次固化，使固化率達到80％以上，得到帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿；d、將帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿以b步驟所述相同的速度送入纏繞機，纏繞機將經(jīng)過樹脂浸漬的纖維以與b步驟相同的轉(zhuǎn)速纏繞在帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上，纏繞后原帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上的齒頂變成齒底，齒底變成齒頂，從而得到纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿；e、使纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿繼續(xù)以與b步驟相同的速度進入旋轉(zhuǎn)模中，旋轉(zhuǎn)模以與上述纏繞機相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿在轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)模中經(jīng)過預(yù)熱(溫度為為85～95°)、凝膠(溫度為145°～160°)、固化(溫度為130°～150°)，得到橫向纖維經(jīng)過擠壓的螺紋表面光滑的螺紋桿半成品；f、將螺紋桿半成品送入烘箱，在120°～160°的最終固化溫度(最佳為160°～145°)范圍內(nèi)進行固化，得到由熱固性纖維材料制成的成品螺紋桿。
本發(fā)明的成套成型設(shè)備依次由紗架1、集紗輥2、張力器3、樹脂浸漬槽4、冷模5、勒牙裝置6、第一次固化單元7、纏繞機8、最終固化單元10、同步牽引機11連接而成，同步牽引機11牽引熱固性纖維以恒定的速度從紗架1上引出后分別經(jīng)過紗架1、集紗輥2、張力器3、樹脂浸漬槽4、冷模5、勒牙裝置6、第一次固化單元7、纏繞機8、最終固化單元10得到成品。勒牙裝置6可包括轉(zhuǎn)盤12和安裝在轉(zhuǎn)盤12上的勒牙用纖維架15、導(dǎo)紗桿16、控制勒牙用的張力器17，纏繞轉(zhuǎn)盤12安裝在轉(zhuǎn)盤軸18上，轉(zhuǎn)盤軸18通過傳動帶19與電機20相連。纏繞機8包括纏繞轉(zhuǎn)盤27，纏繞機8連接有旋轉(zhuǎn)模9，旋轉(zhuǎn)模9與纏繞機8的纏繞轉(zhuǎn)盤12同速轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)模9的內(nèi)腔設(shè)有與成品螺紋桿上的螺紋相同的螺紋內(nèi)腔13，在旋轉(zhuǎn)模9的外部套有加熱元件14，加熱元件14與旋轉(zhuǎn)模9同步轉(zhuǎn)動，纏繞轉(zhuǎn)盤12的一側(cè)安裝有導(dǎo)紗桿21和纖維架22，另一側(cè)安裝有張力器23，纏繞轉(zhuǎn)盤軸24支承在支架上且與旋轉(zhuǎn)模9相連，纏繞轉(zhuǎn)盤軸24通過傳動帶25和減速機26相連，減速機26由驅(qū)動電機驅(qū)動。第一次固化單元7和最終固化單元10均可采用常規(guī)的烘箱或烘道來代替，烘箱或烘道的工作溫度如前所述。
下面結(jié)合本發(fā)明的設(shè)備及工藝過程對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖2所示。
一種復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型設(shè)備依次由紗架1、集紗輥2、張力器3、樹脂浸漬槽4、冷模5、勒牙裝置6、第一次固化單元7(烘道)、纏繞機8、旋轉(zhuǎn)模9、最終固化單元10(烘道)、同步牽引機11連接而成，纏繞機8和旋轉(zhuǎn)模9同步轉(zhuǎn)動。具體生產(chǎn)時，首先將熱固性纖維從紗架1引出，經(jīng)過集紗輥2，在張力器3的作用下使熱固性纖維呈相同的張力成束狀通過樹脂浸漬槽4，然后進入冷模5擠出多余樹脂并排出氣泡的同時，將束狀纖維壓實得到纖維棒；從冷模5出口端牽引出的纖維棒在同步牽引機10的牽引下進入勒牙裝置6(如圖3)中勒出帶有齒頂和齒底的縱向纖維螺桿，然后進入第一次第一次固化單元7(烘道)中，在125°的溫度下對樹脂進行第一次固化，當(dāng)帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿從第一次固化烘道6牽引出來時，其固化率可達到80％以上；帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿繼續(xù)前進，進入纏繞機8中(纏繞機8的結(jié)構(gòu)見圖4所示)，并以600毫米/分鐘的速度通過纏繞機，纏繞機8上預(yù)裝有經(jīng)過樹脂浸漬的纖維，纏繞機8以20轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速將經(jīng)過樹脂浸漬的纖維纏繞在帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上，纏繞后原帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上的齒頂變成齒底，齒底變成齒頂，從而得到纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿；然后使纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿繼續(xù)以600毫米/分鐘的速度進入旋轉(zhuǎn)模9中(旋轉(zhuǎn)模9的結(jié)構(gòu)如圖4所示)，旋轉(zhuǎn)模9以20轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，進入旋轉(zhuǎn)模9的纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿上的螺紋經(jīng)過旋轉(zhuǎn)模9預(yù)熱(溫度為為90°)、凝膠(溫度為140)、固化(溫度為125°)后，排出多余的空氣，得到橫向纖維經(jīng)過擠壓的螺紋表面光滑的螺紋桿半成品，螺紋桿半成品在同步牽引機11的牽引下進入最終固化單元10(烘道)中，最終固化單元10(烘道)的最終固化溫度為160°，在同步牽引機11的牽引下，螺紋桿半成品經(jīng)過最終烘箱9后即可得到由熱固性纖維材料制成的成品螺紋桿，該螺紋桿繼續(xù)在同步牽引機11的牽引下離開生產(chǎn)線進入下道切斷、包裝、發(fā)運工序。
權(quán)利要求
1.一種帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝，使用熱固性纖維作為原料，用于連續(xù)生產(chǎn)帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿，其特征是a、將熱固性纖維從紗架引出，經(jīng)過集紗輥，在張力器控制的作用下使熱固性纖維呈同一張力成束狀通過樹脂浸漬槽，然后進入冷模擠出多余樹脂并排出氣泡的同時，將束狀纖維壓實得到纖維棒；b、將上述制得的纖維棒以100～600毫米/分鐘的速度通過轉(zhuǎn)速為10～60轉(zhuǎn)/分的勒牙裝置，得到帶有螺紋的縱向纖維螺桿；c、將帶有螺紋的縱向纖維螺桿送入烘道，在110°～150°溫度下進行第一次固化，使固化率達到80％以上，得到帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿；d、將帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿以b步驟所述相同的速度送入纏繞機，纏繞機將經(jīng)過樹脂浸漬的纖維以與b步驟相同的轉(zhuǎn)速纏繞在帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上，纏繞后原帶有螺紋的縱向纖維毛坯螺桿上的齒頂變成齒底，齒底變成齒頂，從而得到纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿；e、使纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿繼續(xù)以與b步驟相同的速度進入旋轉(zhuǎn)模中，旋轉(zhuǎn)模以與上述纏繞機相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，纏繞有橫向纖維的帶螺紋的毛壞桿在轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)模中經(jīng)過預(yù)熱、凝膠、固化，得到橫向纖維經(jīng)過擠壓的螺紋表面光滑的螺紋桿半成品；f、將螺紋桿半成品送入烘箱，在120°～160°的最終固化溫度范圍內(nèi)進行固化，得到由熱固性纖維材料制成的成品螺紋桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝，其特征是所述的旋轉(zhuǎn)模中的預(yù)熱溫度為85～95°、凝膠溫度為145°～160°、固化溫度為130°～150°。
3.一種帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型設(shè)備，依次由紗架、集紗輥、張力器、樹脂浸漬槽、冷模、勒牙裝置、第一次固化單元、纏繞機、最終固化單元、同步牽引機連接而成，同步牽引機牽引熱固性纖維以恒定的速度從紗架上引出后分別經(jīng)過紗架、集紗輥、張力器、樹脂浸漬槽、冷模、勒牙裝置、第一次固化單元、纏繞機、最終固化單元得到成品，纏繞機包括纏繞轉(zhuǎn)盤，其特征是在纏繞機連接有旋轉(zhuǎn)模，旋轉(zhuǎn)模與纏繞機的纏繞轉(zhuǎn)盤同速轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)模的內(nèi)腔設(shè)有與成品螺紋桿上的螺紋相同的螺紋內(nèi)腔，在旋轉(zhuǎn)模的外部套有加熱元件，加熱元件與旋轉(zhuǎn)模同步轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型設(shè)備，其特征是所述的勒牙裝置包括勒牙轉(zhuǎn)盤和安裝在勒牙轉(zhuǎn)盤上的勒牙用纖維架、導(dǎo)紗桿、控制勒牙用的張力器，勒牙轉(zhuǎn)盤安裝在勒牙轉(zhuǎn)盤軸上，勒牙轉(zhuǎn)盤軸通過傳動帶與電機相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型設(shè)備，其特征是所述的纏繞轉(zhuǎn)盤的一側(cè)安裝有導(dǎo)紗桿和纖維架，另一側(cè)安裝有張力器，纏繞轉(zhuǎn)盤軸支承在支架上且與旋轉(zhuǎn)模相連，纏繞轉(zhuǎn)盤軸通過傳動帶和減速機相連，減速機由驅(qū)動電機驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用復(fù)合材料制造的廣泛適用于沿海地區(qū)的建筑物及礦山坑道支護使用的帶橫向纖維螺紋的復(fù)合材料螺紋桿拉擠纏繞旋轉(zhuǎn)成型工藝及設(shè)備。首先將熱固性纖維從紗架引出，經(jīng)過集紗輥，在張力器控制的作用下使成束狀通過樹脂浸漬槽，然后經(jīng)過冷模擠出多余樹脂并排出氣泡；再經(jīng)過勒牙后固化；纏繞機將經(jīng)過樹脂浸漬的纖維纏繞在固化后的螺桿上，使原齒頂變成齒底，齒底變成齒頂，同時送入旋轉(zhuǎn)模中，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)模的預(yù)熱、凝膠、固化，最后將其在烘箱定型，得到由熱固性纖維材料制成的成品螺紋桿。
文檔編號B29C69/00GK1562618SQ200410014588
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者程逸建, 翟光中 申請人:程逸建