CN101152767A - 一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及其成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及其成型设备。本发明的成型设备包括熔融浸渍模，熔融浸渍模包括浸渍模外体以及设在浸渍模外体中的热塑性树脂熔体夹缝流道、浸渍独立流道、连续长纤维入口通道和浸渍出口；热塑性树脂熔体夹缝流道设在上游端且与连续长纤维入口通道成一夹角，热塑性树脂熔体夹缝流道、连续长纤维入口通道均与浸渍独立流道连通，浸渍出口设在下游端且与浸渍独立流道末端连通；浸渍独立流道中还设有至少一组可自由旋转的张力辊。使用本发明的成型设备制备连续长纤维增强热塑性树脂，避免了纤维束之间的干扰和折损，保证了连续稳定生产，并提高了浸渍效果，从而获得性能优异的长纤维增强热塑性树脂。
Description
技术领域
本发明涉及连续长纤维增强热塑性树脂，具体地说，涉及一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及其成型设备。
背景技术
连续长纤维增强热塑性树脂是一种增强纤维单向排布且其长度与树脂粒料长度相等的增强热塑性树脂。它与常规短纤维增强热塑性树脂相比，具有更加优异的机械性能、耐动态疲劳性能、抗翘曲性等。因此，特别适合在某些场合下取代铸铁、铝和热固性塑料等。
已经有一些公开的制备连续长纤维增强热塑性树脂的浸渍设备和浸渍方法。这些成型方法的共同缺点是由于浸渍设备的设计缺陷而不能使连续纤维束得到理想浸渍。例如：
在公开号为CN1037679和CN1017693B的中国发明专利中，所提到的成型方法均是利用一类似正弦曲线的弯曲通道的“波峰”和“波谷”给连续纤维施加张力来分散纤维，熔融热塑性树脂同时对连续长纤维进行浸渍。由于纤维与上述弯曲通道直接接触且接触点不可旋转，因此很容易造成纤维的折断，几乎不可能连续生产；同时，由于在这样的弯曲通道中的热塑性树脂熔体几乎是稳态层流，不利于对纤维的浸渍；另外，由于每束纤维经过的路径不是彼此分隔的，这很容易造成纤维束之间的相互干扰。
在公开号为CN1131427A的中国发明专利中，提到把热塑性树脂和粗纱型长纤维束喂入直角机头中的树脂池，令长纤维束喂入方向与熔融树脂的方向交叉，然后让长纤维束蜿蜒通过多个彼此平行且能延长纤维束通过路径的彼此相隔规则距离布置的金属棒。当长纤维束与金属棒相接触时纤维伸展开，同时伸展开的纤维束被浸渍上熔融树脂。这种成型方法的缺陷在于：金属棒不能旋转，因此当金属棒与纤维束紧密接触时会造成纤维的折断而使生产中断；同时，正是由于金属棒是不能旋转的，使得熔融树脂不能够产生足够的紊流，因此连续纤维也不能得到理想的浸渍效果；另外，所有的纤维束都通过一个树脂池，纤维束之间会相互干扰。
在公开号为CN1066676C的中国发明专利中，提到将连续纤维束浸入熔融树脂池中，同时使之通过在开松短轴之间形成的空隙，开松短轴构成对并且设置在纤维束的两侧，即使得连续纤维束被夹在开松短轴之间而不与任何开松短轴接触，由此对纤维进行开松和用树脂对开松的纤维束进行浸渍。在这种成型方法中，尽管纤维束没有与开松短轴直接接触可以避免纤维束的折断，但是纤维束不能得到良好的平行分散，同时树脂熔体也不能形成足够的紊流，因此纤维束也不能得到良好的浸润效果；此外，由于树脂池没有为每束纤维束设计彼此分隔的独立流道，同样也不可能避免纤维束之间的相互干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服现有连续长纤维增强热塑性树脂制备方法中存在的各种缺陷，提供一种能稳定生产且纤维束能够得到理想的浸渍的连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法。
本发明的另一个目的是提供上述成型方法的成型设备。
本发明的用于生产连续长纤维增强热塑性树脂的成型设备，包括熔融浸渍模，其特征在于所述熔融浸渍模包括浸渍模外体，设在浸渍设备外体中的热塑性树脂熔体夹缝流道、浸渍独立流道、连续长纤维入口通道和浸渍出口；所述热塑性树脂熔体夹缝流道设在浸渍模外体的上游端；连续长纤维入口通道设在与热塑性树脂熔体夹缝流道所在平面成一夹角的平面内，热塑性树脂熔体夹缝流道、连续长纤维入口通道均与浸渍独立流道连通，浸渍出口设在浸渍设备外体下游端且与浸渍独立流道末端连通；浸渍独立流道中还设有至少一组可自由旋转的张力辊。
在上述浸渍设备中，所述热塑性树脂熔体夹缝流道用以保证热塑性树脂熔体均匀稳定地进入浸渍流道并建立起一定的熔体压力。所述连续长纤维入口通道用于引入连续长纤维，同时对连续长纤维进行预热，以利于热塑性树脂熔体对连续长纤维进行浸渍。所述浸渍独立流道保证了热塑性树脂熔体的独立流动方向，避免了不同连续纤维束之间的相互干扰，同时为连续长纤维提供了被热塑性树脂熔体浸渍的空间。
在上述成型设备中，所述热塑性树脂熔体夹缝流道末端横截面是矩形的，夹缝流道高度为5～50mm，优选夹缝流道高度为10～20mm。
在上述成型设备中，所述连续长纤维入口通道横截面的宽度为5～20mm，高度为2～5mm。
在上述成型设备中，所述热塑性树脂熔体夹缝流道与浸渍独立流道之间的连通是以圆弧面平滑过渡。
在上述成型设备中，所述浸渍独立流道的横截面为圆、矩形、半圆、梯形或半圆与矩形相切的形状；所述圆或半圆的直径为40～100mm。
在上述成型设备中，所述一组张力辊含有三个张力辊，相邻两个张力辊水平方向之间的距离为5～30mm，垂直方向之间的距离为0～10mm。还可在浸渍独立流道末端设置一个张力辊。
在上述成型设备中，所述张力辊的外圆半径为10～30mm，纵向上开有6～12道沿张力辊圆周均匀分布的圆弧形凹槽。该张力辊与上述浸渍流道的中心线相垂直布置，连续长纤维交替绕过这些张力辊沿折线前进而使得纤维单丝彼此平行分散，同时因张力辊旋转以及其独特的结构设计而引起足够的熔体紊流，从而使得连续纤维得到理想的浸渍。
在上述成型设备中，所述浸渍出口的横截面为矩形或圆形；矩形的宽为2～5mm，高为2～4mm；圆形的半径为2～5mm。
利用权利要求1所述成型设备生产连续长纤维增强热塑性树脂的方法，包括如下步骤：
(1)热塑性树脂熔体由热塑性树脂熔体夹缝流道流进浸渍独立流道中；
(2)将连续长纤维束经过连续长纤维入口通道引入到浸渍独立流道中；
(3)连续长纤维束交替绕过成组的张力辊后沿折线前进，浸渍独立流道中的热塑性树脂熔体产生的紊流充分浸渍被张力辊分散开来的连续长纤维；
(4)浸渍后的连续长纤维沿浸渍出口的中心通过而成预定形状的长纤维增强热塑性树脂；
(5)将长纤维增强热塑性树脂经冷却、牵引、切粒成预定长度的连续长纤维增强热塑性树脂颗粒。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在浸渍设备中采用了浸渍独立流道，使得每束连续长纤维都能够沿着独立的方向前进，避免了纤维束之间的相互干扰，保证了长时间连续稳定生产。
(2)由于连续长纤维交替绕过的张力辊是可以自由旋转的，因此没有纤维折损的现象，保证了连续高速的生产。
(3)由于张力辊上沿纵向开有圆弧形凹槽，张力辊在旋转时带动热塑性树脂熔体而产生足够的熔体紊流，这大幅度地提高了连续长纤维的浸渍效果，从而获得性能更加优异的长纤维增强热塑性树脂。
附图说明
图1为本发明浸渍设备的垂直横截面示意图；
图2为本发明所用张力辊的垂直横截面示意图。
其中，1为浸渍设备外体；2为热塑性树脂熔体夹缝流道；3为浸渍独立流道；4为张力辊；5为连续长纤维入口通道；6为浸渍出口。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种用于制备连续长纤维增强热塑性树脂的浸渍设备，包括浸渍设备外体(1)；设在浸渍设备外体(1)上游端的热塑性树脂熔体夹缝流道(2)，流道水平放置，末端与浸渍独立流道(3)连通；浸渍独立流道(3)中设有可自由旋转的一组张力辊，其由三个张力辊(4)组成，末端还设有一个张力辊(4)，张力辊(4)上有6道圆弧形凹槽；连续长纤维入口通道(5)所在平面与水平面有夹角；浸渍出口(6)设在浸渍设备外体(1)末端且与浸渍独立流道(3)连通。
将一束连续长纤维通过连续长纤维入口通道(5)引入到的浸渍独立流道(3)中；该束连续长纤维交替绕过成组的三个张力辊(4)后沿折线前进；此时，沿纵向开有圆弧形凹槽的张力辊(4)旋转引起由热塑性树脂熔体夹缝流道(2)流入到浸渍独立流道(3)中的热塑性树脂熔体足够的紊流而有效地浸渍被张力辊(4)均匀分散开来的连续长纤维；浸渍后的连续长纤维沿浸渍出口(6)的中心通过而成预定形状的长纤维增强热塑性树脂；最后，将长纤维增强热塑性树脂经冷却、牵引、切粒成预定长度的连续长纤维增强热塑性树脂颗粒。
绕过这组三个张力辊(4)的连续长纤维横向均匀平行地分散开；张力辊(4)自由旋转避免了连续长纤维束在与张力辊(4)紧密接触时造成的折损，为持续稳定生产提供了有力保障；张力辊(4)的纵向凹槽在张力辊(4)自由旋转的过程中使热塑性树脂熔体产生足够的紊流；而紊流可以使得经横向均匀分散开的连续长纤维束的浸渍效果得到大幅度地提高，从而得到性能更加优异且均匀稳定的长纤维增强热塑性树脂。此外，凹槽中的熔体在离心力的作用下可以得到更新，也不会有积料。
Claims (10)
1.一种用于生产连续长纤维增强热塑性树脂的成型设备，包括熔融浸渍模，其特征在于所述熔融浸渍模包括浸渍模外体(1)以及设在浸渍模外体(1)中的热塑性树脂熔体夹缝流道(2)、浸渍独立流道(3)、连续长纤维入口通道(5)和浸渍出口(6)；所述热塑性树脂熔体夹缝流道(2)设在浸渍模外体(1)的上游端；连续长纤维入口通道(5)设在与热塑性树脂熔体夹缝流道(2)所在平面成一夹角的平面内，热塑性树脂熔体夹缝流道(2)、连续长纤维入口通道(5)均与浸渍独立流道(3)连通，浸渍出口(6)设在浸渍设备外体(1)下游端且与浸渍独立流道(3)末端连通；浸渍独立流道(3)中还设有至少一组可自由旋转的张力辊(4)。
2.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于所述热塑性树脂熔体夹缝流道(2)末端横截面是矩形的，夹缝流道高度为5～50mm。
3.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于所述连续长纤维入口通道(5)横截面的宽度为5～20mm，高度为2～5mm。
4.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于所述热塑性树脂熔体夹缝流道(2)与浸渍独立流道(3)之间的连通是以圆弧面平滑过渡。
5.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于所述浸渍独立流道(3)的横截面为圆、矩形、半圆、梯形或半圆与矩形相切的形状；所述圆或半圆的直径为40～100mm。
6.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于：一组张力辊(4)由三个张力辊组成，相邻两个张力辊水平方向之间的距离为5～30mm，垂直方向之间的距离为0～10mm。
7.根据权利要求1或6所述的成型设备，其特征在于所述浸渍独立流道(3)末端还设有一个张力辊(4)。
8.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于所述张力辊(4)的外圆半径为10～30mm，纵向上开有6～12道沿张力辊(4)圆周均匀分布的圆弧形凹槽。
9.根据权利要求1所述的成型设备，其特征在于所述浸渍出口(6)的横截面为矩形或圆形；矩形的宽为2～5mm，高为2～4mm；圆形的半径为2～5mm。
10.一种利用权利要求1所述成型设备生产连续长纤维增强热塑性树脂的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)热塑性树脂熔体由热塑性树脂熔体夹缝流道(2)流进浸渍独立流道(3)中；
(2)将连续长纤维束经过连续长纤维入口通道(5)引入到浸渍独立流道(3)中；
(3)连续长纤维束交替绕过成组的张力辊(4)后沿折线前进，浸渍独立流道(3)中的热塑性树脂熔体产生的紊流充分浸渍被张力辊(4)分散开来的连续长纤维；
(4)浸渍后的连续长纤维沿浸渍出口(6)的中心通过而成预定形状的长纤维增强热塑性树脂；
(5)将长纤维增强热塑性树脂经冷却、牵引、切粒成预定长度的连续长纤维增强热塑性树脂颗粒。
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Address after: 510660 Guangzhou Science City high tech Industrial Development Zone No. 33 Ke Feng Lu Co-patentee after: Shanghai Kingfa Science and Technology Development Co., Ltd. Patentee after: Kingfa Technology Co., Ltd. Address before: 510520 Guangdong city of Guangzhou province Tianhe District Ke Mu Lang Gaotang Industrial Zone Co-patentee before: Shanghai Kingfa Science and Technology Development Co., Ltd. Patentee before: Guangzhou Jinfa Science & Technology Co., Ltd. |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Tianjin Kingfa New Materials Co., Ltd. Assignor: Golden hair Polytron Technologies Inc |Shanghai golden hair science and Technology Development Co., Ltd. Contract record no.: 2011440000004 Denomination of invention: Method for shaping continuous fiber reinforced thermoplastic resin and shaping equipment thereof Granted publication date: 20091014 License type: Exclusive License Open date: 20080402 Record date: 20110104 |