CN112976612B - 一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法及风机叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法及风机叶轮，所述方法为：首先设计风机叶轮双面模具；采用织物增强材料制作风机叶轮预成型件；将风机叶轮预成型件放入模具内并抽真空；采用热固性树脂作为风机叶轮原料，将风机叶轮原料配制成两组分；将两组分按比例混合，加压，并注射到闭合的风机叶轮双面模具内的腔抽中；混合物在模具的型腔内充满并浸润风机叶轮预成型件，并交联固化成型；脱模，后处理。本发明基于热固性树脂原料和全新的反应注射成型工艺的结合，能够制得大型非金属风机叶轮，突破了非金属材料只能制备小型风机叶轮的瓶颈。所制得的风机叶轮具有重量轻、强度高、不易变形、质量稳定、耐腐蚀性强、耐酸碱等优点。
Description
技术领域
本发明涉及风机叶轮技术领域，尤其涉及一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法及所制备的风机叶轮。
背景技术
风机是一种依靠输入的机械能，提高气体压力，并排送气体的机械。它是一种从动的流体机械。在我国，风机是对气体压缩和气体输送机械的习惯简称，通常所说的风机包括：通风机，鼓风机，风力发电机等。
叶轮是风机的关键部件，叶轮的质量和性能决定着整个风机的质量。传统的叶轮大都是采用金属材料，通过铸造和焊接的方法制成，这种叶轮质量不稳定，耐腐蚀性差，且运行过程会产生剧烈震动和巨大噪声，导致电机运行不稳定，效率低下。
近年来，出现一些通过注塑成型来制造的非金属叶轮，其具体加工过程是：向模具的腔体内注塑熔融树脂，待模具腔体内注塑的熔融树脂冷却、固化后，从模具的腔体内取出注塑成型品，即得到注塑成型叶轮。
然而，现有的非金属注塑成型叶轮均比较小(10kg以下)，由于受到材料和注塑成型工艺的限制，非金属注塑成型叶轮还无法实现大型化(10kg以上)。
还有一种工艺方法是：采用连续纤维增强复合材料，通过手工糊制，制备风机叶轮。该方法通过手工进行，效率低下，且所制得的产品的精度低，噪声大。
发明内容
本申请实施例通过提供一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法，解决了现有技术中铸造焊接、注塑成型、手工糊制等方法所制备的风机叶轮质量不稳定、耐腐蚀性差、规格小、效率低下、精度低、噪声大等问题，通过设计全新的加工工艺，实现了风机叶轮不易变形、质量稳定、耐腐蚀性强、耐酸碱、规格大、效率高、精度高、噪声小、动平衡性能好等有益效果。
本申请实施例提供了一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
设计风机叶轮双面模具，将所述风机叶轮双面模具置于压机内；
采用织物增强材料制作风机叶轮预成型件；
将风机叶轮预成型件放入所述风机叶轮双面模具内，将所述风机叶轮双面模具闭合，并对所述风机叶轮双面模具内的型腔抽真空；
采用热固性树脂作为风机叶轮原料，将所述风机叶轮原料配制成A、B两组分；
将所述A、B两组分按比例混合，加压，并将混合物注射到闭合的所述风机叶轮双面模具内的腔抽中；所述混合物在所述风机叶轮双面模具的型腔内充满并浸润所述风机叶轮预成型件，并交联固化成型；
打开所述风机叶轮双面模具，脱模。
对脱模后的风机叶轮制品进行后处理。
优选地，所述风机叶轮双面模具包括可开合的上、下模具，所述上、下模具闭合时，所述上、下模具之间形成与待制备的风机叶轮的形状及规格相匹配的型腔。
优选地，所述风机叶轮原料采用聚氨酯，将聚氨酯原料配制成A、B两组分，其中，A组分为多元醇，B组分为二异氰酯。
优选地，所述风机叶轮原料采用聚双环戊二烯，将聚双环戊二烯原料配制成A、B两组分，其中，A组分为聚双环戊二烯及助剂，B组分为催化剂。
优选地，将所述A、B两组分按比例混合，加压的具体方法为：将所述A、B两组分按比例分别加到混合头中，混合头加压，使所述A、B两组分对撞混合均匀。
优选地，对脱模后的风机叶轮制品进行后处理的工序包括：
在所述风机叶轮制品上刷水性环保漆底漆；
整理所述风机叶轮制品边缘；
在所述风机叶轮制品上刷水性环保面漆；
对所述风机叶轮制品进行热处理；
检验热处理后的风机叶轮制品；
对风机叶轮制品进行包装。
本申请实施例还提供了一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮，其特征在于，所述风机叶轮包括：
一体成型风机叶轮主体，所述一体成型风机叶轮主体包括第一侧板，所述第一侧板中心设有中心轴，叶片均匀设于所述第一侧板上；
第二侧板，所述第二侧板与所述一体成型主体上的叶片连接固定；
所述一体成型风机叶轮主体为热固性树脂结构，所述热固性树脂结构内设有织物增强层。
优选地，所述第一侧板为圆板，所述第一侧板中心成圆柱状向一侧延伸形成所述中心轴；所述第二侧板也为圆板。
优选地，所述第二侧板与所述一体成型主体上的叶片通过胶粘固定。
优选地，所述第二侧板为热固性树脂侧板，所述热固性树脂侧板内设有织物增强层。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、基于热固性树脂原料和全新的反应注射成型工艺的结合，能够制得大型非金属风机叶轮，突破了非金属材料只能制备小型风机叶轮的瓶颈。
2、由于采用热固性树脂原料，风机叶轮具有重量轻、不易变形、质量稳定、耐腐蚀性强、耐酸碱等优势。
3、采用全新的反应注射成型工艺制备风机叶轮，风机叶轮产品一体化成型，具有效率高、精度高等优点，且所制得的风机叶轮噪声小、动平衡性能好。
4、热固性树脂原料的风机叶轮产品内设有织物增强材料，进一步提高了风机叶轮产品的强度，使风机叶轮产品不易变形。
附图说明
图1为本申请实施例一中提供的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法的流程图；
图2为本申请实施例二中提供的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法的流程图；
图3为本申请实施例三中提供的风机叶轮的立体结构图；
图4为本申请实施例三中提供的风机叶轮一侧板、叶轮及中心轴一体示意图；
图5为本申请实施例三中提供的风机叶轮另一侧板示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法，解决了现有技术中铸造焊接、注塑成型、手工糊制等方法所制备的风机叶轮质量不稳定、耐腐蚀性差、规格小、效率低下、精度低、噪声大等问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：
基于全新的高压树脂传递模塑成型工艺，制备风机叶轮。根据风机叶轮的形状及规格设计双面模具，采用织物增强材料制作预成型件，采用热固性树脂作为注射原料，在封闭的双面模具内，使热固性树脂快速固化于纤维预成型件外部，形成风机叶轮产品。
热固性树脂(thermosetting resin)，是指树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化，也不能溶解的一种树脂。热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、硬度高、耐高温、热变形温度高、不易燃、耐腐蚀性强、耐酸碱，制品尺寸、性能稳定性好。
热固性树脂包括：聚氨酯PU、聚双环戊二烯PDCPD、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚酰亚胺等。
高压-树脂传递模塑(High Pressure-Resin Transfer Molding，即HP-RTM)工艺，采用预成型件，利用高压压力将树脂对冲混合并注入到预先铺设有预成型件的真空密闭模具内，经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模，获得复合材料制品。由于注胶时，使用高压将树脂注入闭合模具内，保证了纤维的快速浸润和优异的产品性能，且可实现大批量、短周期、高质量生产。
基于上述原料及方法，能够制得大型非金属风机叶轮(10kg以上)，且所制得的风机叶轮不易变形、质量稳定、耐腐蚀性强、耐酸碱、效率高、精度高、噪声小、动平衡性能好。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
图1为本申请实施例中提供的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法的流程图，所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法包括如下步骤：
步骤S1：设计风机叶轮双面模具。
根据风机叶轮的形状及规格，设计匹配的风机叶轮双面模具(上、下模具)，即：风机叶轮上、下模具闭合时，上、下模具之间形成与风机叶轮的形状及规格相匹配的型腔。将风机叶轮双面模具置于压机内。
步骤S2：采用织物增强材料制作风机叶轮预成型件。
作为一种可选的实施方式，所述织物增强材料为纤维，如：碳纤维、短切玻璃纤维等。
风机叶轮预成型件的制作过程如下：
S21：将纤维织物的卷筒固定在自动裁剪机的旋转轴上，并将预成型裁剪图样输入自动裁剪，并对裁剪图样进行优化排列；展开纤维织物卷筒，开动裁剪机，进行预成型体铺层图样的自动裁剪，并利用机械臂的吸盘将裁剪后的纤维铺层吸起。
S22：将裁剪所得的纤维织物转移到预定型剂喷涂设备，开动喷涂设备将预定型粘接剂均匀喷涂在纤维织物表面，喷涂时需移动纤维织物，以便预定型剂均匀喷涂在纤维织物表面。
S23：将涂覆有纤维预定型剂的纤维织物转移到织物叠合设备，并按所设计的风机叶轮纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上。
S24：利用织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上，在纤维预成型设备的热、压作用下，使纤维增强体定型。
S25：将经过预热预压定型的纤维增强体转入预成型体剪裁模具，并用裁剪样模覆盖，以裁剪样模为依据，利用机械手臂将裁刀沿样模边缘进行剪裁，切除多余的纤维，并获得与风机叶轮双面模具注射模腔尺寸相对应的风机叶轮预成型件。
步骤S3：注射原料采用聚氨酯，将聚氨酯原料配制成多元醇、二异氰酯两组分，两组分原液分别贮存在两个贮存器中，贮存器为压力容器，贮存器内的温度为25～38℃、压力为0.15～0.28MPa，并在贮存器内填充N2，使贮存器内原料保持1.5Pa·s以下的粘度和适宜的反应活性。
步骤S4：将风机叶轮预成型件放入压机的风机叶轮双面模具内，将风机叶轮上、下模具闭合，并利用锁紧机构将风机叶轮上、下模具锁紧。在保证注射模型腔始终保持密封的条件下，对风机叶轮上、下模具内的注射模型腔抽真空。
步骤S5：在高压计量泵的作用下，两个贮存器内的多元醇、二异氰酯两组分，以1:1的比例，进入注射机的混合头，并在混合头中高压对撞混合，混合头中的压力高达10-20Mpa，高压对撞会产生一种强烈的湍流，以实现最佳的混合效果。将混合均匀的树脂混合物迅速注入高温风机叶轮模腔中。混合物在风机叶轮模腔内充满并浸润风机叶轮预成型件，并在高温高压作用下快速固化。
步骤S6：打开风机叶轮模具，脱模。
步骤S7：对脱模后的风机叶轮制品进行后处理，包括修整、涂漆、热处理、包装等。热处理有两个作用：一是补充固化，二是涂漆后的烘烤，以便在制品表面形成牢固的保护膜或装饰膜。进一步整理包装后，得到最终的风机叶轮产品。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1、基于聚氨酯原料和全新的高压树脂传递模塑成型工艺的结合，能够制得大型非金属风机叶轮，突破了非金属材料只能制备小型风机叶轮的瓶颈。
2、由于采用聚氨酯原料，风机叶轮具有重量轻、不易变形、质量稳定、耐腐蚀性强、耐酸碱等优势。
3、采用全新的高压树脂传递模塑成型工艺制备风机叶轮，风机叶轮产品一体化成型，具有效率高、精度高等优点，且所制得的风机叶轮噪声小、动平衡性能好。
4、聚氨酯原料的风机叶轮产品内设有织物增强材料，进一步提高了风机叶轮产品的强度，使风机叶轮产品不易变形。
实施例二
图2为本申请实施例中提供的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法的流程图，所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法包括如下步骤：
步骤S1：设计风机叶轮双面模具。
根据风机叶轮的形状及规格，设计匹配的风机叶轮双面模具(上、下模具)，即：风机叶轮上、下模具闭合时，上、下模具之间形成与风机叶轮的形状及规格相匹配的型腔。将风机叶轮双面模具置于压机内。
步骤S2：采用织物增强材料制作风机叶轮预成型件。
作为一种可选的实施方式，所述织物增强材料为纤维，如：碳纤维、短切玻璃纤维等。
风机叶轮预成型件的制作过程如下：
S21：将纤维织物的卷筒固定在自动裁剪机的旋转轴上，并将预成型裁剪图样输入自动裁剪，并对裁剪图样进行优化排列；展开纤维织物卷筒，开动裁剪机，进行预成型体铺层图样的自动裁剪，并利用机械臂的吸盘将裁剪后的纤维铺层吸起。
S22：将裁剪所得的纤维织物转移到预定型剂喷涂设备，开动喷涂设备将预定型粘接剂均匀喷涂在纤维织物表面，喷涂时需移动纤维织物，以便预定型剂均匀喷涂在纤维织物表面。
S23：将涂覆有纤维预定型剂的纤维织物转移到织物叠合设备，并按所设计的风机叶轮纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上。
S24：利用织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上，在纤维预成型设备的热、压作用下，使纤维增强体定型。
S25：将经过预热预压定型的纤维增强体转入预成型体剪裁模具，并用裁剪样模覆盖，以裁剪样模为依据，利用机械手臂将裁刀沿样模边缘进行剪裁，切除多余的纤维，并获得与风机叶轮双面模具注射模腔尺寸相对应的风机叶轮预成型件。
步骤S3：注射原料采用聚双环戊二烯，将聚双环戊二烯原料配制成两组分，其中，第一组分为高纯度聚双环戊二烯及助剂，第二组分为催化剂；两组原料分别贮存在两个贮存器中。
步骤S4：将风机叶轮预成型件放入压机的风机叶轮双面模具内，将风机叶轮上、下模具闭合，并利用锁紧机构将风机叶轮上、下模具锁紧。在保证注射模型腔始终保持密封的条件下，对风机叶轮上、下模具内的注射模型腔抽真空。
步骤S5：在高压计量泵的作用下，两个贮存器内的两组分，以30～50:1的比例，进入注射机的混合头，并在混合头中高压对撞混合，混合头中的压力高达10～30Mpa，高压对撞会产生一种强烈的湍流，以实现最佳的混合效果。将混合均匀的树脂混合物迅速注入高温风机叶轮模腔中。混合物在风机叶轮模腔内充满并浸润风机叶轮预成型件，并在高温高压作用下快速固化。
步骤S6：打开风机叶轮模具，脱模。
步骤S7：对脱模后的风机叶轮制品进行后处理，包括水性环保漆底漆、整理、水性环保面漆、热处理、检验、包装等，如图3所示。热处理有两个作用：一是补充固化，二是涂漆后的烘烤，以便在制品表面形成牢固的保护膜或装饰膜。进一步整理包装后，得到最终的风机叶轮产品。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1、基于聚双环戊二烯原料和全新的高压树脂传递模塑成型工艺的结合，能够制得大型非金属风机叶轮，突破了非金属材料只能制备小型风机叶轮的瓶颈。
2、由于采用聚双环戊二烯原料，风机叶轮具有重量轻、不易变形、质量稳定、耐腐蚀性强、耐酸碱等优势.
3、采用全新的高压树脂传递模塑成型工艺制备风机叶轮，风机叶轮产品一体化成型，具有效率高、精度高等优点，且所制得的风机叶轮噪声小、动平衡性能好。
4、聚氨酯原料的风机叶轮产品内设有织物增强材料，进一步提高了风机叶轮产品的强度，使风机叶轮产品不易变形。
实施例三
图3为本实施例提供的风机叶轮的结构示意图，所述的风机叶轮包括第一侧板1、叶片2、中心轴3、第二侧板4。其中，第一侧板1、叶片2、中心轴3为一体成型结构，该一体成型结构与第二侧板4胶粘固定，形成最终的风机叶轮。
具体地，第一侧板1为圆板，圆板中心成圆柱状向一侧延伸形成中心轴3，若干片叶片2均匀设于圆板上，第一侧板1、叶片2、中心轴3为一体成型结构，如图4所示，该一体成型结构采用实施例一/实施例二的方法所制得。实施例一/实施例二中所设计的风机叶轮双面模具与该一体成型结构相匹配。
即：所述一体成型结构由热固性树脂通过高压树脂传递模塑成型工艺一体成型，且所述一体成型结构内设有织物增强层。
作为一种可选的实施方式，所述织物增强层为纤维层，如：碳纤维层、短切玻璃纤维层等。
如图5所示，第二侧板4也为圆板，第二侧板4通过胶与上述一体成型结构上的各叶片2另一侧固定。
所述第二侧板4的材料与所述一体成型结构的材料相同。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1、除了其中一个侧板外，风机叶轮其它部分一体成型，减少了零部件数量，提高了生产效率，降低了生产线投资；
2、可制备大尺寸风机叶轮，风机叶轮直径可以长达70米，且无需多部件拼接，可以随意设计结构。
3、风机叶轮产品重量轻，不易变形，质量稳定，无气泡针孔，背面光滑，无需使用脱膜剂，耐腐蚀性强、耐酸碱。
4、风机叶轮制品主体由热固性树脂制成，且热固性树脂内设有织物增强层，进一步提高了风机叶轮的强度。
应当理解的是，在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非对本申请任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本申请的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本申请的技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
设计风机叶轮双面模具，将所述风机叶轮双面模具置于压机内；
采用织物增强材料制作风机叶轮预成型件；风机叶轮预成型件的制作过程如下：
将纤维织物的卷筒固定在自动裁剪机的旋转轴上，并将预成型裁剪图样输入自动裁剪，并对裁剪图样进行优化排列；展开纤维织物卷筒，开动裁剪机，进行预成型体铺层图样的自动裁剪，并利用机械臂的吸盘将裁剪后的纤维铺层吸起；
将裁剪所得的纤维织物转移到预定型剂喷涂设备，开动喷涂设备将预定型粘接剂均匀喷涂在纤维织物表面，喷涂时需移动纤维织物，以便预定型剂均匀喷涂在纤维织物表面；
将涂覆有纤维预定型剂的纤维织物转移到织物叠合设备，并按所设计的风机叶轮纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上；
利用织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上，在纤维预成型设备的热、压作用下，使纤维增强体定型；
将经过预热预压定型的纤维增强体转入预成型体剪裁模具，并用裁剪样模覆盖，以裁剪样模为依据，利用机械手臂将裁刀沿样模边缘进行剪裁，切除多余的纤维，并获得与风机叶轮双面模具注射模腔尺寸相对应的风机叶轮预成型件；
将风机叶轮预成型件放入所述风机叶轮双面模具内，将所述风机叶轮双面模具闭合，并对所述风机叶轮双面模具内的型腔抽真空；
采用热固性树脂作为风机叶轮原料，将所述风机叶轮原料配制成A、B两组分；
将所述A、B两组分按比例混合，加压，并将混合物注射到闭合的所述风机叶轮双面模具内腔中；所述混合物在所述风机叶轮双面模具的型腔内充满并浸润所述风机叶轮预成型件，并交联固化成型；
打开所述风机叶轮双面模具，脱模；
对脱模后的风机叶轮制品进行后处理；
将所述A、B两组分按比例混合，加压的具体方法为：将所述A、B两组分按比例分别加到混合头中，混合头加压，使所述A、B两组分对撞混合均匀；
所述风机叶轮原料采用聚氨酯，将聚氨酯原料配制成A、B两组分，其中，A组分为多元醇，B组分为二异氰酯；或
叶轮原料采用聚双环戊二烯，将聚双环戊二烯原料配制成A、B两组分，其中，A组分为聚双环戊二烯及助剂，B组分为催化剂。
2.如权利要求1所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法，其特征在于，所述风机叶轮双面模具包括可开合的上、下模具，所述上、下模具闭合时，所述上、下模具之间形成与待制备的风机叶轮的形状及规格相匹配的型腔。
3.如权利要求1所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法，其特征在于，对脱模后的风机叶轮制品进行后处理的工序包括：
在所述风机叶轮制品上刷水性环保漆底漆；
整理所述风机叶轮制品边缘；
在所述风机叶轮制品上刷水性环保面漆；
对所述风机叶轮制品进行热处理；
检验热处理后的风机叶轮制品；
对风机叶轮制品进行包装。
4.一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮，其特征在于，由如权利要求1~3任一项所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法制备而成，所述风机叶轮包括：
一体成型风机叶轮主体，所述一体成型风机叶轮主体包括第一侧板，所述第一侧板中心设有中心轴，叶片均匀设于所述第一侧板上；
第二侧板，所述第二侧板与所述一体成型主体上的叶片连接固定；
所述一体成型风机叶轮主体为热固性树脂结构，所述热固性树脂结构内设有织物增强层。
5.如权利要求4所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮，其特征在于，所述第一侧板为圆板，所述第一侧板中心成圆柱状向一侧延伸形成所述中心轴；所述第二侧板也为圆板。
6.如权利要求4所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮，其特征在于，所述第二侧板与所述一体成型主体上的叶片通过胶粘固定。
7.如权利要求4所述的高压树脂传递模塑成型风机叶轮，其特征在于，所述第二侧板为热固性树脂侧板，所述热固性树脂侧板内设有织物增强层。
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