[發明專利]一種同極線圈內置成型裝置及制備纖維復合材料管體方法

在審

• 申請號: 201910305345.0
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110239110A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 許家忠;付天宇;劉美軍;楊海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B29C70/32
• 分類號: B29C70/32;B29C70/54;B29C35/08;B29C35/16;B29L23/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種同極線圈內置成型裝置及制備纖維復合材料管體方法，屬于纖維復合材料成型技術領域。內外殼體之間填充導熱介質，熱管與冷卻管均設置在導熱介質中，多根冷卻管均布固定在內殼體外周表面上，且首尾相接形成蛇形冷卻管，多根熱管呈環形陣列式設置在外殼體外側，且兩端均與外殼體兩端板固接，蛇形冷卻管的進水端通過散熱器與水泵連接，溫度傳感器內置在外殼體內，溫度傳感器的信號輸出端與旋轉式溫度變送器的信號輸入端相連，電磁加熱線圈設置在內殼體內側，并纏繞在漸開線鐵芯上，漸開線鐵芯固定在管體內部支架上，電磁加熱線圈兩端與電磁加熱控制器及電磁加熱電源相連，旋轉式溫度變送器與電磁加熱控制器相連。本發明用于纖維復合材料管體成型。

技術領域

本發明涉及一種內加熱固化成型裝置及使用該裝置制備纖維復合材料管體的方法，屬于纖維復合材料成型技術領域。

背景技術

纖維增強熱固性樹脂基復合材料管體，具有比強度高、耐腐蝕、成型方便、彈性優良、存放簡單等優點，因此在航空航天、汽車、能源、化工等領域得到廣泛應用，如玻璃鋼護線管、碳纖維傳動軸、汽車零部件及機械產品外殼等。采用纏繞工藝制備復合材料管體，其制造過程為：利用纏繞機進行纖維復合材料管體進行纏繞成型，其次根據固化工藝參數要求對芯模表面纏繞的復合材料管體進行加熱，使樹脂和纖維發生物理和化學反應實現固化成型，最后進行纖維復合材料管體降溫及脫模處理。

目前纖維復合材料管體固化工藝主要采用外加熱及內加熱固化成型兩種工藝。外加熱固化成型即纖維復合材料在芯模上纏繞成型后，將其放入固化爐中對復合材料纏繞層按設定的固化工藝進行升溫加熱，促使樹脂發生理化反應，實現材料的固化成型。采用外固化工藝導致復合材料表面層升溫迅速，材料固化由外層逐漸向內層進行，固化反應中產生的熱量和氣體無法排除，從而影響制品質量，外加熱固化成型工藝的特點決定了制品的纏繞與固化在兩個獨立的設備上分別進行，因此需要多次拆卸和搬運過程，且外加熱固化需先進行固化爐的升溫后，再通過熱空氣與復合材料的熱傳導對復合材料管體進行升溫，導致能量的過多浪費、工人勞動強度大、成本高、效率低。

內加熱固化工藝是采用加熱纏繞芯模，由芯模將熱量傳導給復合材料進行加熱固化的。內加熱固化工藝是樹脂由復合材料內層向外層逐漸固化，有效的將固化反應中產生的熱量和氣泡排出，降低管材內應力，提高制品的力學性能。已公布的專利：公開號為CN201979646U的中國實用新型專利公開了一種《玻璃鋼纏繞管芯模全封閉式內加熱固化裝置》，中國專利《一種用于纏繞玻璃鋼管的加熱固化模具》，公開號為CN2701615的中國實用新型專利公開了《一種纏繞玻璃鋼管的加熱固化模具》以及公開號為EP1359786A2的歐洲專利，上述專利均描述了復合材料內加熱固化的方法，上述裝置和方法應用于實際生產過程中有如下問題：

第一、如果采用導熱油作為芯模內循環加熱介質，導熱油在通過旋轉接頭進入芯模內部時在接頭處易發生泄漏污染，且導熱油易燃，有重大安全隱患；管材加熱固化后需要通過空氣熱交換進行降溫，降溫緩慢，影響生產效率，造成能源浪費。

第二、如果采用蒸汽作為加熱介質，需要架設獨立的鍋爐并鋪設蒸汽運輸管道，增加了設備成本、占地面積和管理成本。蒸汽加熱容易造成芯模整體溫度不均勻，當芯模較長時首尾溫差較大，芯模內的冷凝水不易排出，造成局部溫度下降影響固化質量；蒸汽溫度固定，在固化過程中難以控制升溫歷程和最終固化溫度，從而難以控制固化質量造成產品質量同一性差；產品固化成型后降溫過程緩慢，無法快速冷卻，從而極大影響復合材料管體生產效率。

公開號為CN104260328A的中國發明專利公開了《一種電磁加熱固化成型裝置及使用其制備纖維纏繞復合材料管體的方法》，它采用的是電磁線圈外加熱手段，電磁線圈過短且放置在芯模一段，導致芯模加熱均勻性差，升溫速度緩慢，芯模兩端溫差大，嚴重影響了復合材料管體成型質量和效率。