專利名稱：制造纖維復合制品的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及纖維復合制品以及這種制品的制造的領域。在優(yōu)選的 實施方式中，本發(fā)明涉及玻璃纖維增強接合劑制品。
背景技術：
纖維復合制品是已知的。例如，美國專利5，880，404公開了一種由 基本連續(xù)的玻璃纖維和無機接合劑制成的設備桿(utility pole)。這種 桿具有許多優(yōu)點，如強度和耐久性增加、感應的透明性。為了獲得具 有理想強度和耐久性的桿并滿足成本的目的而制造這種桿是不易理解 的。
一個問題在于已知的用于纏繞玻璃纖維增強樹脂制品的技術并 不必定適用于纏繞玻璃纖維增強接合劑制品、特別是桿。例如，由于 樹脂易于粘附在玻璃纖維上，從而相對容易纏繞覆蓋有樹脂的纖維于 心軸上，從而產(chǎn)生滿意的纖維樹脂基體，因此樹脂一般比較有助于纏 繞技術。然而，接合劑的稠度非常不同于樹脂的稠度，并且通常比較 不易以產(chǎn)生理想基體的方式施加玻璃纖維和接合劑。接合劑常常陷入 較多的空氣，而且不能將纖維保持在基體中理想的位置。
特別是在纏繞桿中出現(xiàn)的另一個問題是由于玻璃纖維的纏繞角 度，纖維相對桿的縱向軸線的角度較大。如果桿根據(jù)已知的技術以桿 水平的軸線纏繞，則結(jié)果是在纏繞和固化過程中，纖維將產(chǎn)生顯著量 的松弛。這種松弛使纏繞變得非常復雜，并且如果桿沿水平定向固化 的話，則將產(chǎn)生變形的產(chǎn)品。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于制造克服由于使用已知的纏繞技術而產(chǎn)生的問題的玻璃纖維增強接合劑制品的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，玻璃纖維增強接合劑制品通過圍繞心軸 纏繞玻璃纖維而制造出來，其中所述心軸圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)。在其它 的優(yōu)點當中，這種技術使所有的纖維受到關于桿的軸線對稱的重力， 這消除了垂直于桿軸線的松弛。這樣在纏繞和固化過程中提供了纖維 圍繞縱向軸線的均勻構(gòu)造，這消除了前面由于纖維旋轉(zhuǎn)性不均勻的松 弛而產(chǎn)生的問題。而且，圍繞豎直軸線纏繞諸如桿之類的伸長的制品 降低或有效消除對維^纖'維張力的需要，這降低了斷裂的可能并增大 了纏繞的效率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，接合劑通過使纖維通過接合劑池而施 加于所述纖維上，所述接合劑池將接合劑有效地施加于纖維，而同時 在施加于纏繞的制品之前除去過量的接合劑。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，對未固化的纖維接合劑制品進行處理， 以確保纖維接合劑基體的均勻性，并且從所述基體除去空氣。在優(yōu)選 的實施方式中，使未固化的基體振動，以產(chǎn)生通常觸變性的接合劑流 體，從而允許接合劑流入未固化基體中的空隙中。在優(yōu)選的實施方式 中，未固化的基體優(yōu)選地通過沿制品移動包圍制品 一 小的縱向部分的 柔性套筒、同時使套筒振動而被物理地振動，，從制品的一端振動到 另一端。由此，振動的套筒使接合劑液化，從而使其流入空隙中，并 使制品的外部變光滑，從而提供理想的外部光潔度。
如果纏繞制品在纏繞過程中被提供了過量的接合劑，則振動的套 筒隨著沿所述制品移動時而將有效地去除過量的接合劑。然而，在其 它情況時，理想的是，在纏繞之后給制品提供另外的接合劑，而且這 可以通過在套筒沿制品移動時，給套筒提供另外的接合劑而進行。在 后一種情況時，振動的套筒使得另外的接合劑進入未固化的基體中，從而填充纏繞的玻璃纖維中的任何空隙。實際上，可以想到是，纖維 可纏繞最小量的接合劑，或者甚至進行干式纏繞，并且隨后由振動的 套筒提供理想量的接合劑。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，未固化的制品最終被纏繞上不透水帶子， 此不透水帶子壓縮未固化材料并且防止水分通過蒸發(fā)、或者在固化期 間損失。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這增強了基體的強度。
為了便于從心軸移開纏繞制品，將一可壓縮套在纏繞之前設置在 心軸上。所述套在心軸和纏繞制品之間提供了具有可變rf度的屏障， 從而防止制品和心軸之間緊密的接合，且由此允許制品比較容易地與 心軸分開。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的豎直纏繞裝置的側(cè)視圖。
圖1A是沿圖1的線1A-1A切開的橫截面。
圖2是圖1示出的裝置一部分的側(cè)視圖，其中纏繞浴槽示出為局部 斷開。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二方面區(qū)域精煉設備的側(cè)視圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的繞帶設備的側(cè)視圖。
具體實施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的豎直纏繞裝置包括用于纏繞根據(jù)本發(fā)明 的伸長制品(諸如，桿)的三軸線的纏繞機器。所述纏繞機器包括安 裝在纏繞工具的底板上、或安裝于其它方便位置的基部驅(qū)動器2。頂部 支撐軸承4由轉(zhuǎn)向架6承載。心軸8由軸承4支撐，用于旋轉(zhuǎn)，并且 心軸接合來自基部驅(qū)動器的軸，以允許基部驅(qū)動器使心軸圍繞旋轉(zhuǎn)軸 線IO旋轉(zhuǎn)，其中所述旋轉(zhuǎn)軸線10在軸承4和基部驅(qū)動器2之間延伸。 軸線10優(yōu)選地為豎直的，但也可具有其它定向。心軸8除了通過基部 驅(qū)動器驅(qū)動以外，例如還可以通過安裝在心軸頂部的馬達驅(qū)動。桅桿組件12靠近基部驅(qū)動器安裝并大體平行于軸線10延伸。桅
桿組件承載托架14，用于沿桅桿運動。托架包括橫向工作臺16，所述 橫向工作臺16與軸線10的方向橫交，以用于向著心軸8及遠離心軸8 運動。
纏繞組件18安裝至橫向工作臺，以用于與所述橫向工作臺一起向 著心軸及遠離心軸運動。纏繞組件的元件將在下文中詳細地進行描述，
但在此應當注意的是纏繞組件從纖維源(未示出)接收玻璃纖維， 并引導所述玻璃纖維通過接合劑浴槽、去除過量接合劑的緊壓輥，并 然后通過將纖維準確施加于心軸上的吐絲嘴(payout eye)。
在操作中，托架14沿桅桿12、在平行于軸線IO的方向上驅(qū)動， 而同時纏繞組件沿橫向方向驅(qū)動，從而將纖維施加于心軸8。
心軸、托架以及橫向工作臺的運動優(yōu)選地通過計算機進行電控制， 其中對所述計算機進行編程，以提供相配合的運動，從而產(chǎn)生理想的 纏繞圖案。此纏繞圖案的主要特征是纖維相對軸線IO的角度。在優(yōu)選 的實施方式中，所述角度為11至15度。
圖1A示出了一種減少纏繞制品粘附于心軸的趨勢的優(yōu)選技術。由 1/16至l/8英寸厚的聚乙烯泡沫片材制成的"套"包覆有PVC帶，從 而提供一個可壓縮層。之前已經(jīng)噴漆并且上蠟的心軸被撒上干燥的潤 滑劑(如，滑石粉)，然后在開始纏繞之前將套拉到心軸上。將纖維 22 (參見圖2)纏繞在所述套上。因為套是可壓縮的，因此在固化過程 中纏繞制品的任何收縮都將被套吸收并由此防止過多粘附于心軸8。
通過去除殘留在套和心軸之間間隙中的空氣，例如在制品固化之 后并且在移開心軸的過程中通過將真空泵連接至所述間隙，將進一步 有助于移開芯軸。另外，可能理想的是將套設置有一個或多個周向間
9隔開的軸向肋(例如，具有高抗張強度的玻璃纖維帶)，以用于將套 和制品從心軸上拉下來。
現(xiàn)在參考圖2，托架14以任意的不同方式安裝至桅桿12，以沿桅
桿運動。例如，托架可連接至由安裝在桅桿底部的馬達而沿桅桿驅(qū)動 的鏈條。橫向工作臺例如通過轉(zhuǎn)動球形螺釘?shù)鸟R達而被向著心軸及遠
離心軸驅(qū)動。纏繞組件18包括入口梳齒20，所述入口齒20接收玻璃 纖維束22并將所述玻璃纖維束引導至第一桿24，所述第一桿24將纖 維引導至包含接合劑28的接合劑浴槽26中。纖維22進入接合劑28， 經(jīng)過固定桿30下方，并離開接合劑，從而接合固定緊壓桿32和可移 動緊壓桿34。緊壓桿從纖維去除過量的接合劑并將所述纖維引導至吐 絲嘴36?？梢苿泳o壓桿安裝為用于相對固定緊壓桿32豎直運動，并且 作用于纖維的豎直作用力優(yōu)選地由桿34的重量來提供。用于提供理想 緊壓力的其它機構(gòu)對本領域的技術人員是顯而易見的。
還應當理解的是在圖2的設置中，緊壓桿32使纖維沿與通過桿 24和30引起的轉(zhuǎn)動相反的方向轉(zhuǎn)動。接合劑自然地稍微地從接合劑浴 槽中拉出，并且這種反向轉(zhuǎn)動保證纖維的所有側(cè)面都涂覆有接合劑。
在另一種實施方式中，接合劑浴槽26可設置有移動條(滑動的或 旋轉(zhuǎn)的)或者其它攪動接合劑而使固態(tài)材料重新懸浮的元件，其中所 述固態(tài)材料在長時間的操作過程中將從接合劑中沉淀出來。
另外，優(yōu)選地設置有泵，用以從遠處容器給接合劑浴槽供應接合 劑。這樣將使接合劑浴槽中的接合劑的水平面保持相對恒定，由于所 有纖維將暴露于相同量的接合劑，所以這會產(chǎn)生更均勻的產(chǎn)品。
在又一種實施方式中，振動接合劑浴槽的諸如緊壓機構(gòu)和吐絲嘴 之類的接觸纖維的元件，以維持流動性并提高纖維通過接合劑的潤濕 性。吐絲嘴相對心軸的位置是重要的，并且此位置通過橫向工作臺的 運動進行控制。其目的是維持纏繞圖案的精確度和纏繞的效率。在優(yōu) 選的實施方式中，纖維在纏繞的過程中被包覆在心軸的端部上。艮P， 當心軸旋轉(zhuǎn)并且托架14沿桅桿移動時，纖維被設置于心軸上。吐絲嘴 對應于此運動向著心軸及遠離心軸移動，從而將纖維以理想的圖案
(pattern)施加于心軸的表面上。當吐絲嘴到達心軸的一端時，橫向工 作臺將徑向向內(nèi)移動吐絲嘴，由此纖維越過心軸8的端部并且圍繞心 軸的軸部8'。然，，纖維往回沿反向過程施加在心軸上。
在一種替代性的設置中，若干徑向銷(未示出)例如通過圓形環(huán) 而安裝在心軸8的端部上，其中這些銷向外延伸，以在纏繞過程結(jié)束 時接收并支撐纖維。
現(xiàn)在參考圖3，區(qū)域精煉設備通過安裝板38和樞轉(zhuǎn)連接件40而 安裝至托架14和橫向工作臺16。安裝軛42接合樞轉(zhuǎn)連接件并通過隔 振器41而支撐環(huán)44。套筒48安裝至環(huán)，以接合纏繞制品50。套筒像 橡膠滾子(squeegee)—樣地操作，以擠壓及壓緊纏繞纖維接合劑制品 并去除陷入的空氣和過量的接合劑，以使所述制品具有光滑的外表面。 優(yōu)選的是，套筒由具有足夠彈性和回彈性的彈性聚合物制成，以將徑 向作用力作用于制品，同時適應縱向漸縮制品直徑上的增大。在優(yōu)選 的實施方式中，套筒由Smooth-On公司以商標"Dragon Skin"出售的 硅樹脂制成。
套筒具有接合纏繞制品的上部54，其用以作用理想的徑向壓緊 力；以及擴張入口端56，其具有連接至環(huán)44的凸緣。
振動器52安裝在環(huán)44上，并且其使環(huán)和套筒48振動。這種振動 利用接合劑的觸變性特性的優(yōu)點，以在纏繞制品中產(chǎn)生相當狹窄的液 化區(qū)域。在使用中，套筒被設置在纏繞制品的上端，并且當套筒被向下拉動經(jīng)過纏繞制品時，套筒向下移動，以液化并壓縮纏繞制品的連 續(xù)區(qū)域；并且纏繞制品通過近似纏繞部分的纏繞角度或略大于此纏繞 角度的相當狹小的角度慢慢地往復振蕩。這使所述區(qū)域中的接合劑填 充制品中的任意空隙，并且去除了空氣和過量的接合劑。此外，在纏 繞之后對所述區(qū)域中的接合劑進行液化，使得纖維的張力平衡，由此 能夠生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品。應當注意的是，沿豎直定向纏繞制品的另一 個優(yōu)點是由于作用于纖維上的重力是軸向?qū)ΨQ的，因而纖維的張力 將周向地平衡，而這個效果在區(qū)域精煉(zone refining)施加的過程中 進一步得到增強。
在另一種實施方式中，彈性聚合物套筒通過位于套筒的上部分的 外部上的彈性帶而進一步得到增強，從而增大了徑向向內(nèi)的作用力并 進一步壓緊纖維接合劑。這些彈性帶在向下移動行程中必須定期手動 地或者以其他方式調(diào)節(jié)，以適應纖維接合劑桿和心軸的錐度。在另一 種實施方式中，套筒的上部分可以安裝有類似套筒的囊狀物，所述囊 狀物充有氣體或流體，以獲得理想的向內(nèi)壓力。在另一種實施方式中， 囊狀物通過流體被加壓，從而獲得理想的壓力，同時通過使用適合于 在可變作用力和頻率下施加振動的外部振動器和連接管而被振動。在 另一種實施方式中，彈性套筒及與其連接的環(huán)可由盤狀隔膜閥代替。 盤狀隔膜閥通過沿相對的方向扭動浸漬聚合物的織物套筒的端部而進 行工作，從而產(chǎn)生沙漏形狀并且最終閉合。通過這種方法，徑向向內(nèi) 的壓力并不是通過彈性聚合物提供，而是通過作用于閥的閉合機構(gòu)的 作用力提供，由此對閥的織物套筒提供扭曲運動并產(chǎn)生理想的壓縮效 果。這種作用力通過使用以力反饋設置的控制器、例如通過在進行區(qū) 域精煉時監(jiān)測驅(qū)動托架在桅桿上的運動的馬達電流而進行調(diào)整。
圖4示出了繞帶設備60，所述繞帶設備60用于將帶子62施加于 纏繞制品的外部。繞帶設備安裝至可以連接至橫向工作臺16的板58， 所述設備安裝為圍繞水平軸線樞轉(zhuǎn)運動。帶子62 (如，聚乙烯)從支 承于由制動器控制的紡軸上的輥64提供，由此在帶子的施加過程中可以將理想的作用力作用于帶子上。優(yōu)選地，帶子的張力通過換能器輥 66測量。制動器由從在閉環(huán)反饋電路中的換能器輥66接收到的信號進 行控制，以獲得理想的張力。隨著纏繞制品依照預定的運動控制程序
旋轉(zhuǎn)時，帶子通過沿桅桿12移動托架14而呈螺旋狀地纏繞在纏繞制
品的表面上。繞帶的目的是壓緊接合劑，以增大最終產(chǎn)品的強度并提 供光滑的外部光潔度。
盡管可以使用多種接合劑合成物，然而優(yōu)選的接合劑是并不包括
降低纖維強度的材料的Portland接合劑。例如，諸如美國臨時專利申請 60/703,460中公開的不含沙子的接合劑合成物是優(yōu)選的。然而，本發(fā)明 并不限于使用這種材料，以上公開的實施方式可適用于多種制品和用 于纏繞玻璃纖維增強制品的多種材料。
修改對于本領域的技術人員將是顯而易見的，并且在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下，可以做出各種變型。由此，本說明書中公 開的實施方式以及本發(fā)明的其它實施方式包括這些修改和變型，只要 其落入權利要求書及其等同物的范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種制造纖維復合制品的方法，所述方法包括以下步驟提供心軸，所述心軸被安裝為圍繞基本豎直的軸線旋轉(zhuǎn)；將多個玻璃纖維施加于所述心軸上，以在所述心軸旋轉(zhuǎn)時形成所述制品，以及將接合劑施加于所述玻璃纖維。
2. 權利要求l所述的方法，其中，施加多個玻璃纖維的所述步驟包括將所述玻璃纖維引導至相對所述豎直軸線定位的吐絲嘴。
3. 權利要求l所述的方法，其中，施加接合劑的所述步驟包括在 將所述多個玻璃纖維施加于所述心軸上之前，將所述多個玻璃纖維引 導通過接合劑浴槽。
4. 權利要求3所述的方法，所述方法還包括以下步驟將所述纖維引導至緊壓桿，以去除過量的接合劑。
5. 權利要求2所述的方法，其中，施加多個玻璃纖維的所述步驟 包括沿所述制品的長度平行于所述豎直軸線移動所述吐絲嘴。
6. 權利要求l所述的方法，所述方法還包括以下步驟攪動所述接合劑浴槽內(nèi)的接合劑。
7. 權利要求l所述的方法，所述方法還包括以下步驟通過套筒擠壓形成所述制品的施加的所述多個玻璃纖維。
8. 權利要求l所述的方法，所述方法還包括以下步驟使在所述 制品上施加的所述多個玻璃纖維振動。
9. 權利要求2所述的方法，其中，所述接合劑是
10. —種纏繞組件，所述纏繞組件包括工作臺，其可沿相對于豎直軸線橫向的方向移動；第一桿，其將多個玻璃纖維引導至接合劑浴槽中的至少一個固定桿；一對緊壓桿，其接合所述多個玻璃纖維并去除過量的接合劑，其 中所述多個玻璃纖維沿與由所述第一桿引起運動的方向相對的方向轉(zhuǎn) 動，以及吐絲嘴，其具有由所4工#臺控制的位置，以豎直施加所述多個 纖維。
11. 權利要求10所述的纏繞組件，其中，所述緊壓桿對包括可移 動緊壓桿和固定緊壓桿，其中所述固定緊壓桿構(gòu)造為轉(zhuǎn)動所述多個玻 璃纖維。
12. 權利要求10所述的纏繞組件，其中，所述吐絲嘴施加所述多 個玻璃纖維，以形成相對所述豎直軸線具有大約11度至大約15度角的 纏繞圖案。
13. 權利要求10所述的纏繞組件，其中，所述工作臺沿所述橫向 方向移動所述吐絲嘴。
14. 權利要求10所述的纏繞組件，所述纏繞組件還包括沿所述豎 直軸線移動所述工作臺的托架。
15. —種纏繞裝置，所述纏繞裝置包括套筒，其圍繞纏繞制品并可沿豎直軸線移動，其中所述套筒構(gòu)造 為將壓緊力作用于所述纏繞制品； 環(huán)，其聯(lián)結(jié)至所述套筒；以及振動器，其被安裝在所述環(huán)上，以使所述套筒振動。
16. 權利要求15所述的豎直纏繞裝置，其中，所述套筒包括接合所述纏繞制品以施加所述壓緊力的上部。
17. 權利要求15所述的豎直纏繞裝置，所述纏繞裝置還包括在所 述豎直軸線上支撐所述纏繞制品的心軸。
18. —種精煉纏繞制品的方法，所述方法包括以下步驟沿所述纏繞制品移動套筒，其中所述套筒圍繞所述纏繞制為；' 利用所述套筒，將壓緊力作用于所述纏繞制品；以及 使所述套筒振動，，以使所述纏繞制品振動。
19. 權利要求18所述的方法， 述套筒，擠壓所述纏繞制品。
20. 權利要求18所述的方法， 纏繞制品去除過量的材料。
21. 權利要求18所述的方法， 接合劑制品。
22. 權利要求18所述的方法， 纏繞制品。
23. 權利要求18所述的方法， 述壓緊力。
24. 權利要求18所述的方法， 施加于所述纏繞制品的外部。所述方法還包括以下步驟利用所所述方法還包括以下步驟從所述其中，所述纏繞制品包括纏繞纖維其中，所述作用步驟包括壓縮所述所述方法還包括以下步驟改變所所述方法還包括以下步驟將帶子
25. 權利要求24所述的方法，所述方法還包括以下步驟豎直移 動繞帶設備，以施加所述帶子。
26. 權利要求18所述的方法，所述方法還包括以下步驟經(jīng)由所 述套筒將另外的材料施加于所述纏繞制品。
27. —種制造復合物制品的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括心軸，其具有豎直定向，以支撐所述復合物制品，其中有套被設置在所述心軸和所述復合物制品之間；纏繞組件，其施加在包括所述復合物制品的接合劑中浸浴的多個 玻璃纖維，其中所述纏繞組件包括多個桿，其沿著期望方向轉(zhuǎn)動所 述多個玻璃纖維；以及吐絲嘴，其可沿與所述豎直定向橫交的方向移 動，從而以一種圖案形式將所述多個玻璃纖維施加在所述復合物制品 上；精煉組件，其包括圍繞所述復合物制品以使所述復合物制品的表 面光滑的套筒；以及繞帶設備，其將帶子施加于所述復合物制品的外部。
全文摘要
一種纖維復合制品，所述纖維復合制品以垂直取向纏繞在心軸(8)上，從而確保纖維(22)中均勻的張力。纖維(22)通過沿豎直和水平方向移動的組件施加，并且接合劑在纖維被纏繞之前從浴槽(26)施加到所述纖維(22)。纖維和接合劑被施加到心軸(8)，并且制品與套筒(48)一起振動以向所述組件提供壓緊力。
文檔編號B65H81/00GK101522551SQ200680028521
公開日2009年9月2日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權日2005年8月2日
發(fā)明者約翰·R·默特 申請人:專業(yè)復合材料有限責任公司