CN103568307A - 一种热塑性缠绕管的热处理成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，该方法包括以下步骤：(1)通过红外加热器对预浸带进行预热和熔融；(2)将步骤(1)预热和熔融后的预浸带缠绕在芯模上，并对芯模进行加热；或者将步骤(1)中熔融的预浸带直接缠绕在未加热的芯模上，然后将缠绕好预浸带的芯模放入烘箱中进行加热，使已缠绕在芯模上的预浸带与待缠绕的预浸带之间更好的粘结；(3)缠绕完成后所得管材通过压辊对其表面进行辊压，使得预浸带之间的空隙更少，管材的强度更高。与现有技术相比，本发明能够很好的解决热塑性缠绕管缠绕出现的预浸带材料层与层之间粘结性能不高的问题，进而获得高性能的热塑性缠绕管。
Description
技术领域
本发明涉及一种热塑性缠绕管的成型方法，尤其是涉及一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，属于热塑性复合材料成型加工领域。
背景技术
热塑性复合材料因为其环保概念，可以回收再利用，将在未来复合材料领域占据主导地位。目前缠绕管材领域使用的都是连续玻璃纤维增强热固性树脂缠绕管材(简称热固性玻璃钢管)，热固性玻璃钢管在使用几十年后的回收处置将是难题，因此开发一种热塑性缠绕管替代热固性玻璃钢管具有重大意义。然而由于热固性树脂和热塑性树脂本身特性的因素，即热固性树脂一般为液体，而热塑性树脂为固体，这使得热塑性缠绕管的缠绕工艺较热固性玻璃钢管相比稍显困难。热塑性缠绕管的生产的两个核心问题是预浸带材料的制备和预浸带材料缠绕后的粘结强度。随着上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司对连续纤维增强热塑性预浸带材料(以下简称预浸带)的产业化批量投产，以及纤维混合纱的推广，热塑性缠绕管的原材料得到了解决，目前最大的问题就是解决热塑性预浸带材料的粘结问题。
热固性玻璃钢管由于使用的热固性树脂是液体，在缠绕过程中层与层之间的能够很好的粘结。但是热塑性缠绕管使用的是热塑性树脂，热塑性树脂在缠绕过程中容易冷却固化，从而使得预浸渍材料之间的粘结性能很差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种粘结性能良好的热塑性缠绕管热处理的成型方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)通过红外加热器对预浸带进行预热和熔融；
(2)将步骤(1)预热和熔融后的预浸带缠绕在芯模上，并对芯模进行加热；或将步骤(1)中熔融的预浸带直接缠绕在未加热的芯模上，然后将缠绕好预浸带的芯模放入烘箱中进行加热；使已缠绕在芯模上的预浸带与待缠绕的预浸带之间更好的粘结；
(3)缠绕完成后所得管材通过压辊对其表面进行辊压，使得预浸带之间的空隙更少，管材的强度更高。
步骤(1)所述的红外加热器为红外灯管或红外陶瓷片，红外加热器对预浸带材料进行预热的温度高于室温低于预浸带材料的熔点温度，熔融温度为预浸带材料熔点温度，根据不同的预浸带材料的熔点进行调节。在预浸带材料缠绕到芯模之前的加热部分，红外加热器的数量可以根据实际需要进行设定。
步骤(2)对芯模进行加热为在芯模内部进行油加热或电加热，或者在芯模外部进行红外加热，优选红外加热。
所述的在芯模外部进行红外加热为红外灯管或者红外陶瓷片加热，加热温度高于预浸带熔点0～300℃，具体加热温度根据缠绕速度设定，最终以达到缠绕在芯模上的预浸带熔融为目的。
所述的油加热或电加热的温度为预浸带的熔点温度。
所述的预浸带材料为上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产的连续纤维增强热塑性树脂，所述连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或其他高强度有机纤维中的一种；所述热塑性树脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺或聚氯乙烯中的一种。
将步骤(2)中缠绕好预浸带的芯模放入烘箱中加热，使得整根管材熔融；对熔融后的管材进行辊压，压力为0.1～0.4MPa，使得管材强度更高，同时消除由于热膨胀带来的管材尺寸的变化。
与现有技术相比，本发明热塑性缠绕管热处理方法能够使得粘结的预浸带材料和已缠绕在芯模上的基材都充分的熔融，能够很好的解决热塑性缠绕管缠绕出现的预浸带材料层与层之间粘结性能不高的问题；另外，烘箱加热后热处理能够使得树脂对纤维进行再次浸润，提高管材的强度和耐压性。
附图说明
图1为热塑性缠绕管在线热处理方法示意图。
图中：1为红外加热器a，2为红外加热器b，3为红外加热器c，4为红外加热罩，5为芯模。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
热塑性缠绕管使用的预浸带材料选用连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产。如图1所示，缠绕过程中采用红外在线加热处理方法，其中预浸带缠绕在芯模5上之前采用3个红外灯管加热器对其进行加热，对芯模5的加热采用红外加热罩4。红外加热器1处的温度设置为70～80℃，红外加热器2处的温度设置为120～140℃，红外加热器3处的温度设置为160～190℃，上述温度均为预浸带出加热器时的温度。对芯模加热的红外加热罩4的温度设置为200～250℃。上述温度均为预浸带出加热器时的测量温度，加热器的温度设置根据缠绕速度进行相应的调整。缠绕完成后通过气动压辊进行辊压，压力辊压力设置为0.1MPa。所得热塑性玻璃钢缠绕管材的性能见表1。
实施例2
热塑性缠绕管使用的预浸带材料选用连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产。缠绕过程中采用将受热熔融的预浸带直接缠绕在芯模上，然后将缠绕好预浸带芯模放入200℃烘箱中加热1.5小时，取出，进行辊压，压力为0.4MPa。其中预浸带缠绕在芯模5上之前采用3个红外灯管加热器对其进行加热。红外加热器1的温度设置为70～80℃，红外加热器2的温度设置为120～140℃，红外加热器3的温度设置为160～190℃，上述温度均为预浸带出加热器时的测量温度，加热器的温度设置根据缠绕速度进行相应的调整。所得热塑性玻璃钢缠绕管材的性能见表1。
实施例3
热塑性缠绕管使用的预浸带材料选用连续芳纶纤维增强聚乙烯预浸带，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产。采用如图1所示红外在线加热处理方法，红外加热器采用红外陶瓷片。其中预浸带缠绕在芯模5上之前采用3个红外陶瓷片加热器对其进行加热，对芯模5的加热采用红外陶瓷片加热罩4。红外加热器1处的温度设置为50～60℃，红外加热器2处的温度设置为90～100℃，红外加热器3处的温度设置为140～160℃，上述温度均为预浸带出加热器时的温度。对芯模加热的红外加热罩4的温度设置为190～220℃。上述温度均为预浸带出加热器时的测量温度，加热器的温度设置根据缠绕速度进行相应的调整。缠绕完成后通过气动压辊进行辊压，压力辊压力设置为0.1MPa。所得热塑性玻璃钢缠绕管材的性能见表1。
实施例4
热塑性缠绕管使用的预浸带材料选用连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产。其加热方式为预浸带缠绕在芯模5上之前采用3个灯管加热器对其进行加热，对芯模5的加热采用油加热。红外加热器1处的温度设置为70～80℃，红外加热器2处的温度设置为120～140℃，红外加热器3处的温度设置为170～190℃，上述温度均为预浸带出加热器时的温度。对芯模油加热的温度设置为160℃。上述温度均为预浸带出加热器时的测量温度，加热器的温度设置根据缠绕速度进行相应的调整。缠绕完成后通过气动压辊进行辊压，压力辊压力设置为0.1MPa。所得热塑性玻璃钢缠绕管材的性能见表1。
实施例5
热塑性缠绕管使用的预浸带材料选用连续碳纤维增强尼龙-66预浸带，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产。如图1所示，缠绕过程中采用红外在线加热处理方法，其中预浸带缠绕在芯模5上之前采用3个红外灯管加热器对其进行加热，对芯模5的加热采用红外加热罩4。红外加热器1处的温度设置为100～120℃，红外加热器2处的温度设置为150～160℃，红外加热器3处的温度设置为250～260℃，上述温度均为预浸带出加热器时的温度。对芯模加热的红外加热罩4的温度设置为300～350℃。上述温度均为预浸带出加热器时的测量温度，加热器的温度设置根据缠绕速度进行相应的调整。缠绕完成后通过气动压辊进行辊压，压力辊压力设置为0.1MPa。所得热塑性玻璃钢缠绕管材的性能见表1。
对比例1
热塑性缠绕管使用的预浸带材料选用连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带(玻纤质量百分含量为60％)，由上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司生产。缠绕过程中采用将受热熔融的预浸带直接缠绕在芯模上，然后脱模得到样管，其中预浸带缠绕在芯模5上之前采用3个红外灯管加热器对其进行加热。红外加热器1的温度设置为70～80℃，红外加热器2的温度设置为120～140℃，红外加热器3的温度设置为160～190℃。上述温度均为预浸带出加热器时的测量温度，加热器的温度设置根据缠绕速度进行相应的调整。所得热塑性玻璃钢缠绕管材的性能见表1。
表1
其中环刚度测试按照标准GB/T5352-2005，***水压测试参照标准GB/T5351-2005，层间剪切强度测试参照标准ASTM D2344/D2344M，缠绕管管径为150mm，壁厚为4.5mm，增强纤维的质量百分数均为50％。
从表1中可以看到，未对芯模加热得到管材时，由于管材预浸带层与层之间的缝隙，管材的***压力较小，而经过对芯模的加热后，由于预浸带与缠绕在芯模上的基材均熔融，两者之间的粘结非常好，层与层之间的缝隙也很少，管材的环刚度、水压***压力和层间剪切强度均得到大幅度的提高。而且经过烘箱后热处理后，管材的环刚度、水压***压力和层间剪切强度均得到较大的提高。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）通过红外加热器对预浸带进行预热和熔融；
（2）将步骤（1）预热和熔融后的预浸带缠绕在芯模上，并对芯模进行加热；或将步骤（1）中熔融的预浸带直接缠绕在未加热的芯模上，然后将缠绕好预浸带的芯模放入烘箱中进行加热；使已缠绕在芯模上的预浸带与待缠绕的预浸带之间更好的粘结；
（3）缠绕完成后所得管材通过压辊对其表面进行辊压，使得预浸带之间的空隙更少，管材的强度更高。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，所述的预浸带材料为上海杰事杰新材料（集团）股份有限公司生产的连续纤维增强热塑性树脂。
3.根据权利要求2所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，所述连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或其他高强度有机纤维中的一种；所述热塑性树脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺或聚氯乙烯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，步骤（1）所述的红外加热器为红外灯管或红外陶瓷片，红外加热器对预浸带材料进行预热的温度高于室温低于预浸带材料的熔点温度；熔融温度为预浸带材料熔点温度，根据不同的预浸带材料的熔点进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，步骤（2）对芯模进行加热为在芯模内部进行油加热或电加热，或者在芯模外部进行红外加热。
6.根据权利要求5所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，所述的在芯模外部进行红外加热为红外灯管或者红外陶瓷片加热，加热温度高于预浸带熔点0～300℃，以预浸带熔融为目的。
7.根据权利要求5所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，所述的油加热或电加热的温度为预浸带的熔点温度。
8.根据权利要求1所述的一种热塑性缠绕管的热处理成型方法，其特征在于，将步骤（3）中辊压压力为0.1～0.4MPa。
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