CN112238587A - 一种复合材料组合梁挤出成型设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种复合材料组合梁挤出成型设备，包括成型模具、挤出机和输送机构，成型模具靠近自身进料口的一端设有输入孔，输送机构可支承增强杆，并将增强杆通过输入孔输送至成型模具内腔。本公开可实现基于挤出工艺的树脂基复合材料组合梁的连续、绿色、低成本、大规模生产。

Description

一种复合材料组合梁挤出成型设备

技术领域

本公开属于挤出成型设备技术领域，具体涉及一种树脂基复合材料组合梁的挤出成型设备。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

中国专利CN210315076U公开了由一组杆件增强的复合轨枕结构。该复合轨枕由以热塑性树脂为基体的复合材料组成，并用一组竹竿增强，竹竿空腔被硬化水泥砂浆选择性填充。基体所用热塑性树脂是生活废弃塑料的回收产物，由有机填料(例如竹屑和/或竹纤维)和/或矿物填料(例如石英砂)进行离散增强。一组增强竹竿的数量为二或四根，相对于轨枕纵轴对称布置。仅用水泥砂浆对部分竹竿空腔进行填充，例如，仅对轨枕中出现最大弯矩区段的竹腔进行填充。水泥砂浆采用无收缩水泥。

可以理解的，类似于该种通过杆件增强的轨枕结构，还可以制造具有这种(或者类似)结构的轨枕、桥枕和岔枕等轨下基础梁，甚至可以制造其他长度更长的建筑梁体。另外，其增强杆件不仅可采用竹竿，也可采用具有不同截面轮廓及材质的杆件，例如，由凯夫拉或碳纤维制成的复合材料管件、木梁、金属异型管等各式增强杆件。

发明人了解到，现有技术中存在的由挤出机与成型模具组合而成的树脂基复合材料制品生产设备，能够将含有离散增强相的热塑性熔融聚合物输送至成型模具，然后经冷却成型后树脂基复合材料制品从模具出口(口模)挤出、冷却、定型并切割。然而，现有挤出成型设备无法生产上述以热塑性树脂、有机填料及增强杆件组成的复合材料组合梁，制约了上述组合梁的连续式低成本生产与大规模应用。

发明内容

本公开的目的是提供一种复合材料组合梁挤出成型设备，能够实现基于挤出工艺的复合材料组合梁的自动化生产，便于实现其大规模低成本量产。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供一种复合材料组合梁挤出成型设备，包括成型模具、挤出机和输送机构，成型模具靠近自身进料口的一端具有输入孔，输送机构能够支承增强杆，并将增强杆通过输入孔输送至成型模具内腔。

作为进一步的改进，还包括安装在输入孔外侧的具有圆锥形通孔的第一冷却套，圆锥形通孔与输入孔同轴，其内径较大一端朝向输入孔，第一冷却套内设有冷却液回路。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

采用在成型模具靠近自身进料口的一端设置输入孔的方式，便于在成型模具中熔融聚合物还未凝固前输入增强杆件，实现增强杆件与热塑性聚合物复合材料的一体成型。

采用输送机构，可实现向输入孔内输送增强杆，输送机构能够通过控制***操控自动输送增强杆，便于实现自动化操作。

采用在输入孔处设置第一冷却套的方式，第一冷却套锥形圆孔与冷却液回路相互配合，使得从输入孔处溢出的聚合物熔融体进入第一冷却套锥形圆孔内壁与增强杆之间的间隙后，被迅速冷却而显著增加粘度。溢出聚合物黏度升高，进而阻止聚合物从间隙持续流出，避免生产事故的发生。并且，锥形孔的几何形状使得已硬化的热塑性聚合物也容易被从第一冷却套的侧壁分离。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例中整体结构逆时针旋转90度后的示意图；

图2是本公开实施例中输送机构与杆件储存器等结构的示意图；

图3是本公开实施例中挤出机、第一冷却套等部分结构的示意图。

图中，1、***式储存器；2、增强杆；3、磁性套；4、电磁锁；5、托架；6、锥形定位头；7、推杆；8、驱动装置；9、圆锥形通孔；10、导向套管；11、成型模具；12、聚合物熔体分流器；13、隔热套；14、闸门；15、第一冷却套；16、挤出机；17、第二冷却套；18、辊道；19、速度传感器；20、第三位置传感器；21、第一位置传感器；22、第二位置传感器；23、控制单元；24、摆式圆锯；25、复合材料组合梁制品；26、控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供一种复合材料组合梁挤出成型设备，包括成型模具11、挤出机16和输送机构，成型模具11靠近自身进料口的一端具有输入孔，输送机构能够支承增强杆2，并将增强杆2通过输入孔送入成型模具11内腔。

需要指出的是，本实施例中提及的挤出机与成型模具相互配合可实现被挤出的含有离散增强相的热塑性熔融聚合物的固化成型。挤出机与成型模具本身属于热塑性聚合物制品挤出成型设备，此处不再对挤出机及其前置工序中的造粒机等结构进行赘述，可以由本领域技术人员根据现有技术自行设置。

可以理解的是，本实施例中成型模具用于装载热塑性熔融聚合物，熔融聚合物沿成型模具的进料口向出料口方向流动过程中逐渐被冷却降温并凝聚为固态。为避免熔融聚合物与内壁的粘结，成型模具的内表面设有防粘涂层，且其内腔横截面与所成型复合材料组合梁横截面轮廓一致。在成型模具11出料口处，形成具有与成型模具11内腔横截面相同轮廓的已定型的复合材料组合梁。所述成型模具的出料口配有活塞，以辅助实现成型模具11内腔被来自挤出机16的熔融聚合物首次填充。成型模具靠近挤出机16的一端具有聚合物熔体分流器12。

本实施例中，还可以在成型模具出料口一端配置第二冷却套，第二冷却套中布置冷却水环路，适当加快熔融聚合物在成型模具中冷凝固化成型的速度。

在本实施例中，所述输送机构包括用于支承增强杆2的托架5，托架5的一侧设有推杆7，推杆7能够在驱动装置8带动下将托架5上的增强杆2送入成型模具的内腔。驱动装置8由马达和传动机构组成，可将动力传递给推杆7。在其中一种结构形式中，驱动装置8内的传动机构为蜗轮，推杆7的一部分为蜗杆结构，蜗轮与蜗杆配合，通过马达旋转带动蜗轮转动，进而实现推杆在设定方向的往复直线运动。

可以理解的，也可以采用其他的结构形式驱动推杆的往复直线运动，例如将推杆与齿条固定，利用齿轮齿条啮合，马达带动齿轮的转动转化成齿条的往复直线运动。又或者可以采用气缸、电动推杆、直线电机等部件直接提供直线方向的驱动力。即推杆的往复直线运动可以由不同的驱动装置实现，此处不再赘述，可由本领域技术人员自行设置。

可以理解的是，为定位增强杆2，并防止增强杆在推杆7推送过程中因轴向荷载作用而发生失稳，在输送机构与增强杆输入孔之间设置导向套管10，导向套管10与输入孔同轴。

当增强杆为被水泥砂浆选择性填充内腔的竹竿时，可以理解的是，在竹竿两端预留一定的缺口不进行填充的情况下，在推杆的末端设置锥形定位头，便于传递动力，确保增强杆件的平稳推送。

可以理解的是，输送机构用于间歇性的向成型模具内腔输送增强杆，为实现向输送机构供给增强杆，可以设置供料机构，以解决人工供料的繁琐性，并提高工作效率和供料时机的准确性。同时供料机构还应与增强杆件储存机构相连接。

本实施例中，在输送机构的一侧设有杆件储存器，杆件储存器能够完成增强杆2向输送机构的供料，即杆件储存器同时实现储存与供料操作。所述杆件储存器具有储存仓，储存仓的开口处安装有电磁锁，以实现间歇性供料。

在本实施例中，杆件储存器可以采用***式储存器，即储存仓中可以设置弹性件，能够将储存仓中的增强杆向着开口处推动，当电磁锁打开后能够将增强杆从开口处推送至托架上。在另外一些实施例中，可以不采用弹性件，仅利用重力使得增强杆从开口处排出，在这种情况下，储存仓的上端可以设置输送口，从输送口向储存仓中定时补给增强杆。

在其他实施方式中，储存与供料可以由不同的部件来完成，其具体的结构形式可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。

可以理解的是，在增强杆未从输入孔送入成型模具内腔之前，若输入孔处于打开状态，则此时成型模具内的熔融聚合物会流出而引发生产事故。因此，本实施例中，在所述输入孔处安装有闸门14，闸门14用于控制输入孔的开闭。优选的，闸门采用电动驱动以实现开闭转换。例如可以采用闸门片与电动推杆的组合，或者闸门片与旋转电机的组合，具体的电动驱动结构与方式可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。

为确保当增强杆送达闸门时，闸门能够适时打开，可在闸门处设置压力传感器或者接近开关(适配于增强杆两端的磁性套)。

可以理解的是，在本实施例中，增强杆从输入孔送入成型模具内腔，熔融聚合物直接从输入孔与增强杆之间的间隙泄露时，会造成生产事故。为解决该问题，本实施例中设置第一冷却套15。

第一冷却套15安装在输入孔外侧且具有圆锥形通孔9，圆锥形通孔9与输入孔同轴贯通，圆锥形通孔9中直径较大的一端朝向增强杆的输入孔，第一冷却套15中设有冷却液回路。在本实施例中，第一冷却套和输入孔之间还设置有隔热套，以避免热量从高温的模具经输入孔流向低温的第一冷却套。

在本实施例中，为便于固定隔热套，在输入孔处设置有外凸的接头。输入孔、隔热套的内孔以及第一冷却套的圆锥形通孔9依次连通并形成圆锥形通道，圆锥形通道沿增强杆2的前进方向逐渐扩大。此部分所有零件内表面都设有防粘涂层，如特氟龙涂层。

第一冷却套15的侧壁内设置冷却液回路，以使得第一冷却套的内侧壁温度明显低于熔融聚合物温度，所述圆锥形通孔9较小一端的内廓与增强杆2的外廓为间隙配合，以确保熔融聚合物在该处因粘度增大而凝固，避免流动泄露。此处冷却液回路的入口可以与外界压力水源连通，出口与水箱连通。

可以理解的是，本实施例中复合材料组合梁在冷却成型后从模具的出口处输出，成型模具11的出口处设有传送机构，传送机构能够支承并输送出口处输出的成型组合梁制品。

在本实施例中，传送机构可采用并排设置的多个托辊，至少其中一个托辊为主动辊，为复合材料组合梁制品的输送提供动力。

可以理解的是，成型模具输出的复合材料组合梁为整体的梁体，为分割成设定长度，在所述成型模具11的出口处设有切割机构，切割机构能够在运动组件的带动下与成型梁体同步运动，并将梁体按设定长度切割。

具体的，在本实施例中，切割机构为摆臂式圆锯，摆臂式圆锯安装在丝杆滑台等直线运动部件上，随成型梁体同步运动，然后沿着横截面方向截取设定长度的梁体。

需要指出的是，为了实现本实施例中输送机构、闸门及摆臂式圆锯等部件的运动，需设置控制器、控制单元以及相关的传感器。

具体的，包括用于响应增强杆2两端磁性套3的第一位置传感器21和第二位置传感器22，以判断成型梁体是否到达待切割位置。还包括一个用于响应增强杆2其中一端磁性套3的第三位置传感器20，以判断成型梁体是否到达需要向模具输入孔提供新增强杆2的位置。

速度传感器19用于测量成型模具出口处成型梁体的输出速度。具体的，速度传感器可以安装于其中一个从动托辊处。

工作原理：

当启动设备时，在成型模具11出口处安装的活塞(图中未绘出)辅助实现自挤出机16供入的熔融聚合物首次填充成型模具11内腔。同时，该临时活塞可帮助排出熔融聚合物中产生的空气或其他气体。在该阶段，闸门14被关闭以阻止熔融聚合物从增强杆输入孔处泄露。在成型模具11的内腔被完全填满后，第二冷却套17内开始流通冷却介质，开始对聚合物进行冷却。随着新的熔融聚合物被输送到成型模具11进料口处而先前的熔融聚合物在模具出口处凝固，成型模具11出口处的活塞被固化成型的复合材料梁体挤出。随后，从控制器26发送一系列指令以从弹匣式储存器1中投出新的增强杆，通过推杆7及其驱动装置8将其推送直至接触闸门14。接着，闸门14被打开，增强杆2继续向成型模具11内推送，推送速度与出口处固化成型的梁体的移动速度一致，其速度由控制器26根据传感器19的信号确定。当增强杆2进入由闸门14、隔热套13和第一冷却套15组成的输送模块之中时，自挤出机16泵送至模具之中的熔融聚合物将增强杆包裹，少量熔融聚合物从成型模具中输入孔流出，经隔热套13到达第一冷却套15，在此处被迅速冷却，进而因粘度显著增加而停止流动。第一冷却套15入口的直径对应于增强杆直径公差的上限。高粘度阻止了从挤出机16输送的熔融聚合物从窄缝流出。

同时，由于通道9的圆锥形内轮廓，已硬化的聚合物容易被从输送模块的侧壁分离。该通道在增强杆2前进方向逐渐扩大，其内表面具有防粘涂层。

随着成型梁体的移动，控制器调节增强杆2的输送速度、闸门14的关闭以及推杆7返回初始位置。当聚合物梁体到达例如第三位置传感器20位置的时，控制器26发出指令从弹匣式储存器1中装载新一批增强杆到托架5，增强杆沿托架向成型模具11内腔中输送的速度与成型模具中聚合物梁体的运动速度一致。

当聚合物梁体内的增强杆到达第一位置传感器21和第二位置传感器22之间时，传输给控制单元23的第一位置传感器21和第二位置传感器22信号重合，就会启动摆臂式圆锯24的驱动装置。控制单元23启动摆臂式圆锯24，以实现将复合材料组合梁平整切割至制品所需长度。在切割的同时，圆锯既沿着切割半径旋转，也在水平方向与聚合物梁体同步运动。

成型并完成切割的复合材料组合梁制品25通过辊道被移动到包装与运输地点(图中未绘出)。在后续挤出成型生产循环中，将会以给定的时间间隔持续周期性地输送新的增强杆。

由于在现有技术条件下可制造该设备所有元件，故本专利所公开设备的实施不存在任何困难。

该设备不仅可用于制造铁路复合轨枕、桥枕及岔枕，还可以制造长度更长的建筑梁体。另外，其增强杆不仅可采用竹竿，也可采用具有不同截面轮廓及材质的杆件，例如，由凯夫拉或碳纤维制成的复合材料管件、木梁、金属异型管等各式增强杆件。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (15)

1.一种复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，包括成型模具、挤出机和输送机构，成型模具靠近自身进料口的一端具有输入孔，输送机构能够支承增强杆，并将增强杆通过输入孔输送至成型模具内腔。

2.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述输送机构的一侧设有杆件储存器，杆件储存器能够向输送机构供给增强杆。

3.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述输入孔处安装有闸门，闸门用于控制输入孔的开闭。

4.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，还包括安装在输入孔外侧且具有圆锥形通孔的第一冷却套，圆锥形通孔与输入孔同轴，其内径较大一端朝向输入孔，第一冷却套内设有冷却液回路。

5.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述成型模具的出口处设有传送机构，传送机构能够支承并输送出口处输出的固化成型梁体。

6.根据权利要求1或5所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述成型模具的出口一侧设有切割机构，切割机构能够在运动组件的带动下与固化成型梁体同步运动，并将成型梁体按设定长度切割。

7.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，还包括用于响应增强杆两端磁性套的第一位置传感器和第二位置传感器，以判断成型梁体是否到达待切割位置。

8.根据权利要求1或7所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，还包括一个用于响应增强杆其中一端磁性套的第三位置传感器，以判断固化成型梁体是否到达需要向模具输入孔推送新的增强杆的位置。

9.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述成型模具的出口处设有活塞，以辅助实现成型模具内腔被来自挤出机的熔融聚合物首次填充。

10.根据权利要求2所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述杆件储存器具有储存仓，储存仓的开口处安装有电磁锁，以实现间歇性供料。

11.根据权利要求1或2所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述输送机构包括用于支承增强杆的托架，托架的一侧设有推杆，推杆能够在驱动件的带动下将托架上的增强杆推送至成型模具内腔。

12.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，输送机构与输入孔之间设有导向套管，导向套管与输入孔同轴。

13.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，成型模具靠近挤出机的一端设有聚合物熔体分流器。

14.根据权利要求1所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，还包括速度传感器，速度传感器用于测量在成型模具出口处固化成型梁体的输出速度。

15.根据权利要求4所述的复合材料组合梁挤出成型设备，其特征在于，所述圆锥形通孔较小一端的内廓与增强杆的外廓为间隙配合。

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