一种高强度聚氨酯门框材料制备装置及方法

本发明属于高分子复合材料制备，特别涉及一种高强度聚氨酯门框材料制备装置及方法。

背景技术：

1、热带海洋环境具有高温、高湿、高盐、强紫外线的特点，对门框材料的耐候性能与力学强度提出严苛要求，玻纤增强聚氨酯门框材料是适配该特殊工况的专用门框材料。

2、现有玻纤增强聚氨酯门框材料实际应用中，普遍存在弯曲、扭曲变形问题，该问题主要来源于纤维受力不均匀，同时材料内部或表面易产生气泡，整体力学强度不足。

3、现有同类增强聚氨酯材料中，木波纤聚氨酯以玻纤棉、玻纤毡作为增强体，材料整体强度偏低。目前较先进的如 2026 年 4 月公开的文献《原位聚合制备的 3d 编织玻纤增强 tpu 复合材料》，其公开的玻纤增强聚氨酯 3d 编织复合材料抗拉强度为 1220mpa。三维编织工艺需要专门的编织工序，纤维在编织过程中容易受机械接触产生损伤；编织结构还容易出现树脂浸润不足，造成内部空泡缺陷，影响成品强度。短纤维复合材料虽可采用真空浸润工艺，生产效率较高，但力学性能上限有限。

4、因此，亟需开发一种高强度聚氨酯门框材料制备装置及方法，解决现有材料易变形、存在气泡缺陷、强度受限、编织工艺复杂、纤维损伤、浸润不足的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高强度聚氨酯门框材料制备装置及方法，旨在解决现有材料易变形、存在气泡缺陷、强度受限、编织工艺复杂、纤维损伤、浸润不足的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种高强度聚氨酯门框材料制备装置，包括真空室及设置于真空室内的放卷单元、聚氨酯槽、连续聚氨酯转向机构、模具、拉拔切断机构及拉拔机械手，其中聚氨酯槽用于容纳短玻纤聚氨酯复合液，放卷单元设置于聚氨酯槽上方，用于输出四组平板连续玻璃纤维束；连续聚氨酯转向机构设置于聚氨酯槽内，用于将放卷单元输出的四组平板连续玻璃纤维束牵引导入聚氨酯槽，使四组平板连续玻璃纤维束在真空环境下浸入短玻纤聚氨酯复合液内；所述模具设置于聚氨酯槽的出料侧，经浸润后的四组平板连续玻璃纤维束导入模具的型材成型空间内；模具用于在设定温度下实施拉热固化，成型得到外形规整、连续纤维沿轴向排布的高强度聚氨酯门框材料型材；拉拔机械手用于将高强度聚氨酯门框材料型材实施连续拉拔，拉拔切断机构用于对高强度聚氨酯门框材料型材进行定长切断。

4、所述放卷单元包括第一连续玻纤维卷、第二连续玻纤维卷、第三连续玻纤维卷和第四连续玻纤维卷，其中第二连续玻纤维卷和第三连续玻纤维卷同轴设置，且位于第一连续玻纤维卷和第四连续玻纤维卷之间，各连续玻纤维卷均沿竖直向下输出平板连续玻璃纤维束。

5、所述模具的型材成型空间包括依次连通的上成型腔、左成型腔、下成型腔和右成型腔，且所述左成型腔、右成型腔并非邻接于上成型腔、下成型腔的边缘位置。

6、所述连续聚氨酯转向机构包括由下至上依次布设的第一至第三组导向棍组件，其中第一组导向棍组件用于将所述第一连续玻纤维卷输出的平板连续玻璃纤维束牵引导入所述模具的下成型腔内；第二组导向棍组件用于将所述二连续玻纤维卷和第三连续玻纤维卷输出的平板连续玻璃纤维束分别牵引转向导入所述模具的左成型腔和右成型腔内；第三组导向棍组件用于将所述第四连续玻纤维卷输出的平板连续玻璃纤维束牵引导入所述模具的上成型腔内。

7、所述第一组导向棍组件包括沿靠近所述模具方向依次布设的第一导向辊、第二导向辊及第三导向辊，第一导向辊位于所述第一连续玻纤维卷的下方，且与第一连续玻纤维卷的轴线平行；所述第一连续玻纤维卷输出的平板连续玻璃纤维束依次经过第一导向辊、第二导向辊和第三导向辊导向后呈水平状态输出。

8、所述第二组导向棍组件包括沿平板连续玻璃纤维束的输送方向依次布设的第四导向辊、第一组对辊、第二组对辊、第三组对辊和第四组对辊；所述第四导向辊设置于所述第二连续玻纤维卷、第三连续玻纤维卷的下方，第四导向辊和第四组对辊的轴线均平行于第二连续玻纤维卷、第三连续玻纤维卷的轴线；所述第二组对辊与第三组对辊并列布置，二者轴线均与第四导向辊的轴线相垂直；

9、由所述第二连续玻纤维卷和第三连续玻纤维卷输出的两组平板连续玻璃纤维束，依次经过第四导向辊和第一组对辊后分别发生扭转，再对应进入第二组对辊和第三组对辊后，呈立式状态同步送入第四组对辊，所述第四组对辊用于对平板连续玻璃纤维束的两侧边缘进行整形，两组平板连续玻璃纤维束后续导入所述模具的左成型腔和右成型腔。

10、所述第三组导向棍组件包括第十一导向辊，第十一导向辊设置于所述第四连续玻纤维卷的下方，且轴线与所述第四连续玻纤维卷的轴线平行；所述第四连续玻纤维卷输出的平板连续玻璃纤维束经过第十一导向辊导向后，进入所述模具的上成型腔内。

11、所述模具为分体式结构，由两个半模具沿分型面对合组装而成；所述半模具包括外模具、芯模及椭圆截面柱，

12、所述外模具为块状本体，块状本体内侧开设凹腔，凹腔内侧壁设置防刮伤圆角，所述芯模悬空布置于凹腔内部，所述椭圆截面柱贯穿芯模的芯模容纳孔，其两端分别与块状本体上下侧的外模具容纳孔插配，所述椭圆截面柱上端通过螺钉与块状本体锁定；所述椭圆截面柱上开设有椭圆截面柱螺钉孔，所述芯模于分型面上设置有芯模螺钉沉孔，所述芯模借组依次穿设于芯模螺钉沉孔和椭圆截面柱螺钉孔内的螺钉实现锁定；所述凹腔与芯模外壁围合形成半个型材成型空间。

13、所述真空室包括第一真空室和第二真空室，所述第一真空室配置有第一真空室门，所述第二真空室配置有第二真空室门；所述第一真空室门、第二真空室门分别用于物料的输入与输出； 所述放卷单元、聚氨酯槽和连续聚氨酯转向机构设置于第一真空室内；所述模具、拉拔切断机构和拉拔机械手设置于第二真空室内；

14、所述第一真空室的真空度为-0.12mpa，所述第二真空室的真空度为-0.14mpa。

15、本发明另一方面提供一种利用如上所述装置的高强度聚氨酯门框材料制备方法，包括以下步骤：

16、s1：制备四组连续玻璃纤维卷；

17、s2：通过连续聚氨酯转向机构，将四组连续玻璃纤维卷输出的四组平板连续玻璃纤维束牵引送入聚氨酯槽内，在真空条件下使平板连续玻璃纤维束浸渍短玻纤聚氨酯复合液，浸渍温度控制为 24±2℃；浸渍后的四组平板连续玻璃纤维束分别被导向送入模具的上成型腔、左成型腔、下成型腔和右成型腔；

18、s3：浸渍后的四组平板连续玻璃纤维束在模具中进行拉挤热固化成型，获得高强度聚氨酯门框材料型材，固化温度设置为 180±10℃；

19、s4：对连续产出的高强度聚氨酯门框材料型材进行定长切断；

20、s5：对材料切断端头抽样检测，检验材料抗拉强度是否达到 1240mpa-1260mpa，达到则为合格。

21、本发明具有以下有益效果及优点：

22、1.本装置采用两级压差式真空室实现玻璃纤维的负压浸渍，利用真空压差完成纤维排泡挤压，搭配可调整纤维姿态的转向机构，能够使经偶联剂改性的玻璃纤维充分浸润短切玻纤-聚氨酯复合液，减少制品气孔、缺胶缺陷；模具采用分体开合式结构，螺钉全部布置于分型面，成型流道光滑无孔，拆装清模维护便捷；整套设备可适配连续拉挤成型工艺，纤维排布方向与型材走向保持一致，充分发挥玻纤增强效果，所制备的门框型材抗拉强度高，生产成品率与生产效率显著提升。

23、2.本发明采用连续纤维平行于型材方向排布，门框材料抗拉强度可达 1260mpa，优于现有 3d 编织玻纤增强聚氨酯复合材料；省去三维编织工序，避免编织造成的玻纤机械损伤；采用真空浸润工艺，生产效率高，解决树脂浸润不足导致的内部空泡、气泡缺陷；改善纤维受力不均的问题，抑制型材弯曲、扭曲变形；产品适配热带海洋高温、高湿、高盐、强紫外线的苛刻使用环境，适合作为海洋环境专用门框材料。

24、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。