一种连续纤维增强热塑性瓦楞板生产方法及系统
阅读说明：本技术 一种连续纤维增强热塑性瓦楞板生产方法及系统 (Production method and system of continuous fiber reinforced thermoplastic corrugated board ) 是由 陶杰 韦加宁 李华冠 项俊贤 陈熹 陶永睿 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种连续纤维增强热塑性瓦楞板生产方法及系统,该系统包括牵引机构、张紧机构、加热装置、轧制机构、引导槽。轧制机构包括下模、校形上模、顶出机构、上模座、固定板、预成形上模、下模座。其中预成形上模固定于上模座上,校形上模上端由顶出机构控制,随顶出机构的收缩上下移动,顶出机构上端固定于上模座上,固定板固定于上模座上。随着固定板下行,带动上模座下行,从而带动顶出机构及预成形上模下行,顶出机构带动校形上模下行,完成轧制过程。本发明生产效率高、模具简单,生产成本低,为连续纤维增强热塑性瓦楞板的批量生产提供了较好的思路。(The invention discloses a method and a system for producing continuous fiber reinforced thermoplastic corrugated boards. The rolling mechanism comprises a lower die, a shape correcting upper die, an ejection mechanism, an upper die holder, a fixed plate, a preforming upper die and a lower die holder. The pre-forming upper die is fixed on the upper die base, the upper end of the sizing upper die is controlled by the ejection mechanism and moves up and down along with the shrinkage of the ejection mechanism, the upper end of the ejection mechanism is fixed on the upper die base, and the fixing plate is fixed on the upper die base. And the fixed plate moves downwards to drive the upper die base to move downwards so as to drive the ejection mechanism and the preformed upper die to move downwards, and the ejection mechanism drives the sizing upper die to move downwards to finish the rolling process. The invention has high production efficiency, simple die and low production cost, and provides a better idea for the batch production of the continuous fiber reinforced thermoplastic corrugated board.)
技术领域
本发明涉及先进复合材料及其制备成形技术领域，特别涉及一种连续纤维增强热塑性瓦楞板生产方法及系统。
背景技术
连续纤维增强热塑性蜂窝芯材作为一种根据蜂巢的仿生原理加工而成的新型结构材料。具有容重轻、比强度比刚度大、抗冲击、抗疲劳、耐腐蚀性能优良。自连续纤维增强热塑性蜂窝芯材问世以来，便迅速在航空、航天、机械、汽车、建筑等众多领域得到广泛的开发应用，常见的连续纤维增强热塑性蜂窝芯材以PP、PPS、PEEK等为原料。
连续纤维增强热塑性瓦楞板是制备连续纤维增强热塑性蜂窝芯材的重要原料，目前针对连续纤维增强热塑性蜂窝芯材的制备方式为滚压成型粘接法，该方法将片材经特定滚压模具滚压制成波纹状表面瓦楞板，瓦楞板经冷却定型后在其节点位置涂覆粘接剂，或直接由瓦楞板所含热塑性基体，将瓦楞板由下至上堆叠后热压制成蜂窝芯。但该方法存在一定局限性，成形轧辊的尺寸精度较难控制，瓦楞板冷却过程中易发生收缩变形，轧制时间较短使其难以保证尺寸精度，轧制时各机构的进给控制难度较大，生产效率较低。
对于连续纤维增强热塑性材料本身而言，该材料在制成蜂窝芯的过程中，纤维取向易发生偏移，表面质量较差，纤维与树脂的组分比例控制较难，材料的刚度和强度较低，使得连续纤维增强热塑性蜂窝芯材较难实现批量生产。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种连续纤维增强热塑性瓦楞板生产方法及系统，该系统包括牵引机构，加热装置，保温装置，轧制机构，冷却输送带，轧制机构，其中轧制机构采用预成形与校形相结合的轧制方式，有效提升连续纤维增强热塑性瓦楞板的生产效率及尺寸精度，可实现连续纤维增强热塑性瓦楞板的批量生产。
本发明技术方案如下：
一种连续纤维增强热塑性瓦楞板的系统，依次包括牵引机构(1)、张紧机构(2)、加热装置(3)、轧制机构(4)、引导槽(5)；其中轧制机构包括下模(6)、校形上模(7)、顶出机构(8)、上模座(9)、固定板(10)、预成形上模(11)、下模座(12)；其中预成形上模(11)固定于上模座(9)上，校形上模(7)上端由顶出机构(8)控制，随顶出机构的收缩上下移动，顶出机构(8)上端固定于上模座(9)上，固定板(10)固定于上模座(9)上；片材经牵引机构(1)输送至加热装置(3)加热至软化温度；片材送入轧制机构(4)的预成形段，牵引机构停止进给，顶出机构(8)将校形上模(7)上拉，使其距下模(6)的距离大于预成形上模(11)，避免校形上模(7)与下模(6)相合，此时预成形上模(11)下压，与下模(6)相合，片材成形，完成预成形工序，保压；保压结束后，预成形上模(11)上移回归原位后等待校形，随后牵引机构开始进给，片材预成形部分送入校形段；片材预成形部分送入校形段后，牵引机构停止进给，顶出机构(8)下移将校形上模(7)复位，模具开始下压，校形上模(7)与下模(6)相合，随后顶出机构(8)因模具下压而被压缩，从而对校形上模(7)施加压力，而预成形上模(11)与下模(6)不相合，从而对已完成预成形的片材再一次进行校形，保压，冷却，随后校形上模(7)上移完成校形工序；片材成型完毕后，牵引机构开始进给，送至引导槽(5)进行切割。
一种连续纤维增强热塑性瓦楞板的生产方法，包括以下步骤：
步骤1：设计所成形瓦楞板的形状、尺寸，将连续纤维增强热塑性片材经牵引机构(1)进给，由张紧机构(2)保证片材光滑平整；
步骤2：片材经牵引机构(1)输送至加热装置(3)加热至软化温度；
步骤3：片材送入轧制机构(4)的预成形段，牵引机构停止进给，顶出机构(8)将校形上模(7)上拉，使其距下模(6)的距离大于预成形上模(11)，避免校形上模(7)与下模(6)相合，此时预成形上模(11)下压，与下模(6)相合，片材成形，完成预成形工序，保压；保压结束后，预成形上模(11)上移回归原位后等待校形，随后牵引机构开始进给，片材预成形部分送入校形段；
步骤4：片材预成形部分送入校形段后，牵引机构停止进给，顶出机构(8)下移将校形上模(7)复位，模具开始下压，校形上模(7)与下模(6)相合，随后顶出机构(8)因模具下压而被压缩，从而对校形上模(7)施加压力，而预成形上模(11)与下模(6)不相合，从而对已完成预成形的片材再一次进行校形，保压，冷却，随后校形上模(7)上移完成校形工序；
步骤5：片材成型完毕后，牵引机构开始进给，送至引导槽(5)进行切割，重复步骤3至步骤5的操作，完成瓦楞板制备。
所述的方法，所述步骤1中连续纤维增强热塑性片材若以PP为基体，当厚度小于0.5mm时，牵引机构(1)进给速度为12-15mm/s，当厚度为0.5-1mm时，牵引机构(1)进给速度为8-12mm/s，以上述速度所进给的连续纤维增强热塑性片材经加热装置加热后温度约170-210℃。
所述的方法，所述步骤1中连续纤维增强热塑性片材若以PPS为基体，当片材厚度小于0.5mm时，牵引机构(1)进给速度9-12mm/s，当片材厚度为0.5-1mm时，牵引机构(1)进给速度6-8mm/s，以上述速度所进给的连续纤维增强热塑性片材经加热装置加热后温度约290-330℃。
所述的方法，所述步骤1中连续纤维增强热塑性片材若以PEEK为基体，当片材厚度小于0.5mm时，牵引机构(1)进给速度8-10mm/s，当片材厚度为0.5-1mm时，牵引机构(1)进给速度5-7mm/s，以上述速度所进给的连续纤维增强热塑性片材经加热装置加热后温度约370-410℃。
所述的方法，所述步骤1中张紧机构(2)张紧力为0.5-1MPa。
所述的方法，所述步骤2中加热装置(3)内置多根红外加热灯管。
所述的方法，所述步骤3中的保压时间为0.5-0.8Ls，等待校形的时间间隔为0.3-0.6Ls，其中L为预成形上模(11)的工作面的底部宽度。
所述的方法，所述步骤3中的轧制机构由下模(6)，校形上模(7)，顶出机构(8)，上模座(9)，固定板(10)，预成形上模(11)，下模座(12)组成。预成形上模(11)固定于上模座(9)上，校形上模(7)上端由顶出机构(8)控制，可上下移动，顶出机构(8)上端固定于固定板(10)上，固定板(10)固定于上模座(9)上。
所述的方法，所述预成形上模(11)及校形上模(7)工作面的形状为半六边形或圆形。
所述的方法，所述半六边形预成形上模(11)及校形上模(7)的工作面边长L为8-20mm，行程为35-50mm，工作面棱角处设有倒角，半径为0.5-2mm。
所述的方法，所述半圆形预成形上模(11)及校形上模(7)的工作面底部平面宽度H为8-20mm，圆弧部分半径为R为8-20mm，圆弧角度θ为30-70°。
所述的方法，所述下模(6)的工作面轮廓与预成型上模(11)及校形上模(7)相一致，下模校形段下部设有冷却水回路。
所述的方法，所述预成形上模(11)下压压力为0.4-2MPa。
所述的方法，所述顶出机构(8)的长度为20-40mm，直径为10-20mm，弹力为0.4-2MPa。
所述的方法，所述校形上模(7)的行程为15mm-35mm。
所述的方法，所述步骤5中引导槽(5)长度M为2-3Amm，宽度N为1.2-1.5Bmm，且底板下设有加热装置控制瓦楞板降温速率，加热温度为0.3-0.6T℃，其中A为瓦楞板长度，B为瓦楞板宽度，T为片材软化温度。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提出采用预成形与校形相结合的轧制模具，显著提升了连续纤维增强热塑性瓦楞板的成形质量，使其具有较高的成形精度及粘结性能。且该轧制模具结构简单、成本低廉、生产效率高，具有可靠的实用性。
2、本发明方法实现了对连续纤维增强热塑性片材的均匀加热和冷却，保证在生产过程中连续纤维增强热塑性片材在熔融状态下不易流失，厚度均匀、纤维方向一致，解决了连续纤维增强热塑性瓦楞板的批量制备的难题，为连续纤维增强热塑性蜂窝芯材的高效生产提供新的思路。
附图说明
图1为本发明生产线流程图；
图2为连续纤维增强热塑性半六边形轧制模具图；
图3为连续纤维增强热塑性半圆形预成形上模及校形上模示意图；
图4为半圆形瓦楞板轧制模具中的预成形上模尺寸示意图；
图5为引导槽示意图(左为主视图，右为侧视图)
图中，1为牵引机构，2为张紧机构，3为加热装置，4为轧制机构，5为引导槽，6为下模，7为校形上模，8为顶出机构，9为固定板，10为上模座，11为预成形上模，12为下模座，13为半圆形下模，14为半圆形校形上模，15为半圆形预成形上模。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
第一步选用厚度为0.1mm，以PP为基体的连续纤维增强热塑性片材为原材料，安置于牵引机上。选择所制备的瓦楞板形状：边长L为8mm的半六边形，长度为30cm，宽度为5cm。对轧制机构零件进行设计：预成形上模、校形上模、下模的工作面形状为边长L为8cm的半六边形，工作面棱角处设有倒圆角，半径为0.5mm。预成形上模行程为35mm，下压压力为0.4MPa，顶出机构压力为0.3MPa，直径为10mm，长度为20mm。对引导槽进行设计：长度为60cm，宽度为6cm。打开牵引机构，牵引机构开始旋转，进给速度15mm/s，由张紧机构向片材施加0.5MPa保证片材光滑平整。
第二步片材经牵引机构输送至加热装置，进给速度为10mm/s，使片材加热至170℃左右，等待成形。
第三步片材送入轧制机构的预成形段，牵引机构停止进给，顶出机构将校形上模上拉，使其距下模的距离大于预成形上模，避免与下模相合，此时预成形上模下压，与下模相合，片材成形，完成预成形工序，预成形上模下压压力为0.4MPa，保压4s。保压结束后，预成形上模与校形上模上移回归原位，等待2s后牵引机构开始进给，片材预成形部分送入校形段后等待校形。
第四步片材预成形部分送入校形段后，牵引机构停止进给，顶出机构下移将校形上模复位，模具开始下压，校形上模与下模相合，随后顶出机构因模具下压而被压缩，从而对校形上模施加压力，顶出机构对校形上模施加的压力为0.4MPa，此时预成形上模与下模不相合，从而对已完成预成形的片材再一次进行校形，保压4s，同时下部所放置的冷却回路将片材冷却至固态，校形上模上移完成校形工序。
第五步打开引导槽的加热装置，加热温度约为80℃，将瓦楞板送至引导槽进行切割。瓦楞板成型完毕后在冷却输送带上降至室温，并送至置物箱。
实施例2
第一步选用厚度为0.5mm，以PPS为基体的连续纤维增强热塑性片材为原材料，安置于牵引机上。选择所制备的瓦楞板形状为半圆形，长度为40cm,宽度为7cm，工作面底部平面宽度H为15mm，圆弧部分半径为R为15mm，圆弧角度θ为50°。对轧制机构零件进行设计：预成形上模、校形上模、下模的工作面形状与瓦楞板尺寸相一致。预成形上模行程为40mm，下压压力为1MPa，顶出机构压力为1MPa，直径为15mm，长度为30mm。对引导槽进行设计：长度为1m，宽度为8cm。打开牵引机构，牵引机构开始旋转，进给速度为10mm/s，由张紧机构向片材施加0.8MPa保证片材光滑平整。
第二步片材经牵引机构输送至加热装置，进给速度为10mm/s，使片材加热至300℃左右，等待成形。
第三步片材送入轧制机构的预成形段，牵引机构停止进给，顶出机构将校形上模上拉，使其距下模的距离大于预成形上模，避免与下模相合，此时预成形上模下压，与下模相合，片材成形，完成预成形工序，预成形上模下压压力为1MPa，保压10s。保压结束后，预成形上模与校形上模上移回归原位，等待6s后牵引机构开始进给，片材预成形部分送入校形段后等待校形。
第四步片材预成形部分送入校形段后，牵引机构停止进给，顶出机构下移将校形上模复位，模具开始下压，校形上模与下模相合，随后顶出机构因模具下压而被压缩，从而对校形上模施加压力，顶出机构对校形上模施加的压力为1MPa，此时预成形上模与下模不相合，从而对已完成预成形的片材再一次进行校形，保压10s，同时下部所放置的冷却回路将片材冷却至固态，校形上模上移完成校形工序。
第五步打开引导槽的加热装置，加热温度约为180℃，将瓦楞板送至引导槽进行切割。瓦楞板成型完毕后在冷却输送带上降至室温，并送至置物箱。
实施例3
第一步选用厚度为1mm，以PEEK为基体的连续纤维增强热塑性片材为原材料，安置于牵引机上。选择所制备的瓦楞板形状：边长L为20mm的半六边形，长度为50cm，宽度为10cm。对轧制机构零件进行设计：预成形上模、校形上模、下模的工作面形状为边长L为20cm的半六边形，工作面棱角处设有倒圆角，半径为1mm。预成形上模行程为50mm，下压压力为2MPa，顶出机构压力为2MPa，直径为20mm，长度为40mm。对引导槽进行设计：长度为125cm，宽度为15cm。打开牵引机构，牵引机构开始旋转，进给速度15mm/s，由张紧机构向片材施加1MPa保证片材光滑平整。
第二步片材经牵引机构输送至加热装置，进给速度为15mm/s，使片材加热至410℃左右，等待成形。
第三步片材送入轧制机构的预成形段，牵引机构停止进给，顶出机构将校形上模上拉，使其距下模的距离大于预成形上模，避免与下模相合，此时预成形上模下压，与下模相合，片材成形，完成预成形工序，预成形上模下压压力为2MPa，保压16s。保压结束后，预成形上模与校形上模上移回归原位，等待12s后牵引机构开始进给，片材预成形部分送入校形段后等待校形。
第四步片材预成形部分送入校形段后，牵引机构停止进给，顶出机构下移将校形上模复位，模具开始下压，校形上模与下模相合，随后顶出机构因模具下压而被压缩，从而对校形上模施加压力，顶出机构对校形上模施加的压力为2MPa，此时预成形上模与下模不相合，从而对已完成预成形的片材再一次进行校形，保压16s，同时下部所放置的冷却回路将片材冷却至固态，校形上模上移完成校形工序。
第五步打开引导槽的加热装置，加热温度约为220℃，将瓦楞板送至引导槽进行切割。瓦楞板成型完毕后在冷却输送带上降至室温，并送至置物箱。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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