CN105583987A - 一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，以PP、PE等热塑性基材混合玻纤为原料，经破碎混合、高温熔融、计量称重、模压成型、冷却定型等处理得到纤维增强热塑性模压制品，所述模压制品内部辅以正交各向异性钢筋骨架增强，模具内部的钢筋定位机构实现钢筋包覆完整、左右均匀、定位准确、厚度可控。本发明突破了传统制品的选材及结构，具有韧性好、质量轻、施工方便、承载能力强等优点，具有十分广阔的发展前景及良好的经济与社会效益。

Description

一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法

技术领域

本发明涉及一种模压制品的制造方法，尤其是一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法。

技术背景

随着社会发展及城市化进程的推进，井盖、护树板、水篦子等市政工程产品在城市规划、道路建设中得到广泛运用，如自来水、电信电力、燃气热力、消防环卫等公用设施。市政工程产品早期以钢筋混凝土材质为主，但因其质量重、不易施工的缺陷，逐渐被铸铁材质所取代；近年来，因铸铁具备回收价值，造成大量产品偷盗缺失而引起安全事故。目前，市场上以玻璃短纤维及不饱和聚酯树脂（简称BMC）为代表的复合材料，经模具热压固化形成的产品逐渐增多。其特点在于：单纯BMC材料承载力不够，且产品在使用过程中破碎易断裂，需添加钢筋骨架作为增强。传统的BMC复合井盖内部辅以钢筋骨架增强，通常存在三个比较明显的缺点：1）由于钢筋骨架预先置于模具内型腔底部，在压制时BMC材料很难将钢筋完全包覆，导致钢筋外露，产生锈迹影响使用性能；2）复合材料与钢筋在模具合模时需承受较大压力，在此过程中钢筋会发生偏移甚至变形，导致材料包覆不均匀或钢筋回弯而产生产品的应力变形；3）钢筋随合模压力的增大在模具内产生无规则移动，采用传统的BMC材料包覆钢筋工艺，在结构设计上需要较大的宽度余量以确保材料能完全包覆钢筋。因此，该工艺存在包覆原材料的浪费，产品内置的预埋件无法较为精确的定位等问题。中国专利CN104099949A，公开了一种球墨铸铁井盖及其制备方法，采用V法模具结构，降低设计和加工难度，但无法彻底解决该材料偷盗缺失弊端。此外，硅塑产品采用热塑性基材，辅以各廉价填充混合物模压制成。该产品由于基材存在较大的冷却收缩率，约2～2.6%，若采用钢筋骨架增强，钢筋与基材之间的收缩率存在较大的差距而导致产品严重变形，故无法在产品内部实现钢筋骨架增强。

综上所述，传统钢筋混凝土材质质量重、不易施工；铁质产品因偷盗问题而易丢失造成事故；复合材料热固性产品则存在破碎易断裂；硅塑产品因基材收缩率大，无法在内部辅以钢筋增强。这些在应用中存在的诸多缺陷，一直没有被很好解决。开发一种新型材料的市政工程产品，解决上述传统材料存在的众多问题是目前研究所需要迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，特别是井盖、护树板、水篦子等产品。其有益效果在于，利用纤维增强的热塑性材料生产的市政工程产品，与其他材质产品相比，具有韧性好、质量轻、易施工、承载力强等优点；能有效解决传统复合材料产品内部钢筋包覆效果差、跑位变形、包覆材料浪费等缺陷，尤其能很好的解决BMC材料易碎易断裂的问题。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案：如图1～4所示，一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于，以PP、PE等热塑性基材混合玻纤为原料，经破碎混合、高温熔融、计量称重、模压成型、冷却定型处理得到纤维增强热塑性模压制品，所述模压制品内部辅以正交各向异性结构的钢筋骨架增强，模具内部设置钢筋定位结构，所述方法包括具体如下步骤：步骤1、机械破碎：将幅面尺寸大于规定尺寸的块状原料送入粉碎机进行破碎，得到长度2～30mm，宽度1～20mm的破碎原材料；

步骤2、计量称重：将称量后的原料送入挤出机或多层热压机进行加热熔融，使原材料具备要求的流动性，热熔温度120℃～280℃；步骤3、加热熔融：根据制件产品体积及原材料密度称取定量原料；步骤4、模压成型：将熔融状态下的原料经铺装放入模具，模具内放置正交各向异形结构的增强骨架，模压成型得到制品，所述制品表面可选择性带有立体装饰性花纹或艺术图案，成型压力5Mpa～25Mpa，保压时间30S～720S；步骤5、冷却定型：将步骤4中模压成型的胚体放入固定的冷却工装做冷却定型处理，根据所述制品厚度及幅面尺寸，控制冷却时间1min～120min，冷却压力3-800T；步骤6、砂光修边：将冷却定型完毕的所述制品进行砂光并清除边缘溢料、飞边，使所述制品表面光滑便于后期装饰上色；步骤7、表面装饰：修边后的所述制品先用热塑性材料透明底漆做表面处理，再对所述制品表面做装饰油漆。

上述技术方案中，优选的，所述步骤1中热塑性材料经机械破碎得到的原材料含有或混入玻璃纤维质量分数5～50%，玻纤长度2～60mm，以减少热塑性基材冷却定型时产品收缩率。

上述技术方案中，优选的，所述步骤4中上模具表面设置带有产品花纹雕刻图案，下模具设置正交各向异性结构槽，所述上模具、下模具通过导向定位机构合模，所述钢筋定位结构设置于所述结构槽内，所述钢筋定位结构下端开导通槽，所述上模具、下模具表面镀铬。

上述技术方案中，优选的，所述结构槽可以为U型或V型的一种或两种，所述结构槽的宽度为6～50mm，深度为5～70mm。

上述技术方案中，优选的，所述钢筋定位结构可以为等间距设置或不等间距设置的一种或多种。

上述技术方案中，优选的，所述钢筋定位结构开口宽度为4～32mm。

上述技术方案中，优选的，所述导通槽宽度为2～26mm，深度为2～45mm。

上述技术方案中，优选的，所述钢筋骨架直径为φ4～φ36mm。

上述技术方案中，优选的，所述步骤五中特制冷却工装为水喷淋，金属模具与产品形状尺寸相吻合并采用堆高放置。

上述技术方案中，优选的，所述步骤七中对制品表面做装饰，采用陶瓷漆、丙烯酸地坪漆、水性环保漆等。

综上所述，本发明提供的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，以PP、PE等热塑性基材混合纤维为原料，将原料进行破碎混合，送入挤出机或多层热压机高温熔融处理，按制件产品体积及原材料密度称取适量原料，将熔融状态的原料送入预先放置有纤维加强骨架的模具内，模压成型得到市政工程类制品，其表面可选择性的带有立体的装饰性花纹或艺术图案，经冷却定型并对其表面进行砂光及修边处理，表面装饰及检验后得到市政工程制件，尤其是井盖、护树板、水篦子等产品。其中，以PP、PE等热塑性基材混合纤维为原料，解决热塑性基材与增强钢筋骨架之间的收缩率差别，确保产品尺寸稳定，以及解决钢筋骨架在与原材料包覆成型过程中的预埋钢筋准确定位、包覆材料定厚是本发明的创新之处，投入了大量的人力、物力，该工艺是本发明人在市政工程制品加工技术领域中的长期科研实践，并结合现有技术的不足而探索出的一种能够有效提高产品力学性能、节约原材料，使其满足实际生产及应用的发明结果。

与现有传统制品的制作方法相比，本发明的优点具体如下：

1）原料选用以PP、PE混合玻纤为代表的热塑性材料，其韧性好、质量轻，解决了传统市政工程制品脆性大、易断裂的缺点；2）选用热塑性材料，模压制品无回收价值，从根源上解决了传统市政工程制品因偷盗缺失造成的损失以及安全问题，节约制造成本；3）本发明在原料中加入玻璃纤维成分，能有效的解决热塑性基材在冷却定型过程中存在的收缩率大的技术难题，使正交各向异性结构的钢筋骨架得以应用于热塑性材料内且不产生变形；4）本发明所述的钢筋增强热塑性模压制品模具，通过模具定位机构能有效解决传统复合材料钢筋包覆存在的钢筋包覆效果差、跑位变形、包覆材料浪费等缺陷，实现钢筋包覆完整、左右均匀、定位准确、厚度可控的显著优点；5）本发明可通过回收废旧热塑材料得以实现，甚至可以由汽车行业加工剩余的固废获得，实现了工业资源的再生循环利用，符合国家的宏观政策及未来大趋势发展方向。

因此，本发明提供的以热塑性材料配辅以纤维骨架模压成型的制品及其制造方法，突破了传统制品的选材及结构，具有韧性好、质量轻、施工方便、承载能力强等优点，具有十分广阔的发展前景及良好的经济与社会效益。

附图说明

图1模压制品工艺流程图。

图2上模具结构示意图。

图3下模具正交各向异性结构槽及钢筋定位结构图。

图4正交各向异性结构槽及钢筋定位结构横向局部剖面图。

图5下正交各向异性结构槽及钢筋定位结构纵向局部剖面图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1

如图1～4所示，一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法以圆井为例，其直径500mm，厚度35mm，表面具有装饰性花纹，其制做过程如下：步骤1、机械破碎：将幅面尺寸大于规定尺寸的块状原料送入粉碎机进行破碎，得到长度3～16mm、宽度4～12mm原材料，玻纤质量分数为25%，玻纤长度10～25mm；步骤2、计量称重：将称量后的原料送入挤出机或多层热压机进行加热熔融，使原材料具备要求的流动性，热熔温度120℃～140℃；步骤3、加热熔融：根据井盖尺寸，称取17kg原料；步骤4、模压成型：将熔融状态下的原料经铺装放入模具，模具内部放置正交各向异形结构增强骨架。模压成型得到井盖，其表面可选择性的带有立体装饰性花纹或艺术图案。此处选用钢筋做增强骨架，规格为φ14，成型压力15Mpa～20Mpa，保压时间160s；步骤5、冷却定型：将步骤4中模压成型的胚体放入固定的冷却工装做冷却定型处理，根据所述制品厚度及幅面尺寸，控制冷却时间20min，冷却压力250T；步骤6、砂光修边：将冷却定型完毕的所述制品进行砂光并清除边缘溢料、飞边，使所述制品表面光滑便于后期装饰上色；步骤7、表面装饰：修边后的所述制品先用热塑性材料透明底漆做表面处理，再对所述制品表面做装饰油漆，可以是陶瓷漆、丙烯酸地坪漆、水性环保漆等。

所述步骤4中上模具1表面设置带有产品花纹雕刻图案，下模具4设置正交各向异性结构槽3，所述上模具1、下模具4通过导向定位机构2合模，所述钢筋定位结构5设置于所述结构槽3内，所述钢筋定位结构5下端开导通槽6，所述上模具1、下模具4表面镀铬。

所述结构槽3为U型，宽度为25mm，深度为45mm。

所述钢筋定位结构5为U型，间距为四等分设置。

所述钢筋定位结构5开口宽度为15mm。

所述导通槽6宽度为6mm，深度为15mm。

所述钢筋骨架直径为φ14mm。

所述步骤5中特制冷却工装为水喷淋，金属模具与产品形状尺寸相吻合并采用堆高放置。

上述实施例1制得的井盖可用于住宅小区、绿化带。

实施例2

如图1～4所示，一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法以圆井为例，其直径700mm，厚度70mm，表面具有装饰性花纹，其制做过程如下：步骤1、机械破碎：将幅面尺寸大于规定尺寸的块状原料送入粉碎机进行破碎，得到长度5～8mm、宽度2～6mm原材料，玻纤质量分数45%，玻纤长度20～30mm；步骤2、计量称重：将称量后的原料送入挤出机或多层热压机进行加热熔融，使原材料具备一定的流动性。热熔温度180℃～200℃之间；步骤3、加热熔融：根据井盖尺寸，称取28kg原料；步骤4、模压成型：将熔融状态下的原料经铺装放入模具，模具内部放置正交各向异形结构增强骨架。模压成型得到井盖，其表面可选择性的带有立体装饰性花纹或艺术图案。此处选用钢筋做增强骨架，规格为φ20，成型压力22Mpa～25Mpa，保压时间240s；步骤五、冷却定型：将步骤四中模压成型的胚体放入固定的冷却工装做冷却定型处理，根据产品厚度及幅面尺寸；步骤六、砂光修边：将冷却定型完毕的制品进行砂光并清除其边缘溢料、飞边，使其表面光滑便于后期的装饰上色；步骤5、冷却定型：将步骤4中模压成型的胚体放入固定的冷却工装做冷却定型处理，根据所述制品厚度及幅面尺寸，冷却时间40min，冷却压力500T；步骤6、砂光修边：将冷却定型完毕的所述制品进行砂光并清除边缘溢料、飞边，使所述制品表面光滑便于后期装饰上色；步骤7、表面装饰：修边后的所述制品先用热塑性材料透明底漆做表面处理，再对所述制品表面做装饰油漆，可以是陶瓷漆、丙烯酸地坪漆、水性环保漆等。

所述步骤4中上模具1表面设置带有产品花纹雕刻图案，下模具4设置正交各向异性结构槽，所述上模具1、下模具4通过导向定位机构2合模，所述钢筋定位结构5设置于所述结构槽内3，所述钢筋定位结构5下端开导通槽6，所述上模具1、下模具4表面镀铬。

所述结构槽3为V型。

所述结构槽3的宽度为40mm，深度为60mm。

所述钢筋定位结构5可以为U型，间距为四等分设置。

所述钢筋定位结构5开口宽度为22mm。

所述导通槽6宽度为12mm，深度为20mm。

所述钢筋骨架直径为φ20mm。

所述步骤5中特制冷却工装为水喷淋，金属模具与产品形状尺寸相吻合并采用堆高放置。

上述实施例2制得的井盖可用于小区住宅、人行道等禁止机动车辆驶入的区域。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于，以PP、PE等热塑性基材混合玻纤为原料，经破碎混合、高温熔融、计量称重、模压成型、冷却定型处理得到纤维增强热塑性模压制品，所述模压制品内部辅以正交各向异性结构的钢筋骨架增强，模具内部设置钢筋定位结构（5），所述方法包括具体如下步骤：

步骤1、机械破碎：将幅面尺寸大于规定尺寸的块状原料送入粉碎机进行破碎，得到长度2～30mm，宽度1～20mm的破碎原材料；

步骤2、计量称重：将称量后的原料送入挤出机或多层热压机进行加热熔融，使原材料具备要求的流动性，热熔温度120℃～280℃；

步骤3、加热熔融：根据制件产品体积及原材料密度称取定量原料；

步骤4、模压成型：将熔融状态下的原料经铺装放入模具，模具内放置正交各向异形结构的增强骨架，模压成型得到制品，所述制品表面具有立体装饰性花纹或艺术图案，成型压力5Mpa～25Mpa，保压时间30S～720S；

步骤5、冷却定型：将步骤4中模压成型的胚体放入固定的冷却工装做冷却定型处理，根据所述制品厚度及幅面尺寸，控制冷却时间1min～120min，冷却压力3～800T；

步骤6、砂光修边：将冷却定型完毕的所述制品进行砂光并清除边缘溢料、飞边，使所述制品表面光滑便于后期装饰上色；

步骤7、表面装饰：修边后的所述制品先用热塑性材料透明底漆做表面处理，再对所述制品表面做装饰油漆。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于，所述步骤1中热塑性材料经机械破碎得到的原材料含有或混入玻璃纤维质量分数5～50%，玻纤长度2～60mm。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于：所述步骤4中上模具（1）表面设置带有产品花纹雕刻图案，下模具（4）设置正交各向异性结构槽（3），所述上模具（1）、下模具（4）通过导向定位机构（2）合模，所述钢筋定位结构（5）设置于所述结构槽（3）内，所述钢筋定位结构（5）下端开导通槽（6），所述上模具（1）、下模具（4）表面镀铬。

4.根据权利要求3所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于：所述结构槽（3）为U型或V型，所述结构槽（3）的宽度为6～50mm，深度为5～70mm。

5.根据权利要求1或3所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于：所述钢筋定位结构（5）开口宽度为4～32mm。

6.根据权利要求3所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于：所述导通槽（6）宽度为2～26mm，深度为2～45mm。

7.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于：所述钢筋骨架增强内钢筋直径为φ4～φ36mm。

8.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于：所述步骤5中特制冷却工装为水喷淋，金属模具与产品形状尺寸相吻合并采用堆高放置。

9.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性模压制品的制造方法，其特征在于，所述步骤7中对制品表面设置有装饰层，所述装饰层为陶瓷漆、丙烯酸地坪漆或水性环保漆。