CN101786330A - 一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置及生产方法，生产装置包括熔体浸渍室，浸渍室内容纳用于浸渍纤维束的树脂熔体，熔体浸渍室一个侧壁上设置有纤维束入口、在熔体浸渍室的与设置纤维束入口的侧壁相对的侧壁上设有纤维束出口，纤维束出口数小于纤维束入口的数目。生产时，将需要浸渍的一束纤维束分成至少两股，每一股纤维束从所述至少两个纤维束入口中的一个进入熔体浸渍室中，进入熔体浸渍室中的每一股纤维束在树脂熔体中浸渍，每一股纤维束分别从多个张力辊的表面经过，从一个纤维束出口伸出合成一束增强纤维树脂束。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料生产技术，尤其是一种长纤维树脂的生产装置及生产方法。
背景技术
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。
上世纪80年代发展起来的长纤维增强热塑性树脂，早期的生产装置采用的是类似于线缆包覆的方法，产品性能不高，应用局限性大，生产过程中容易产生飞丝，抽丝，连粒等现象。在后期的逐渐发展过程中，人们在包覆法的工艺设备基础上使用复合纱，即将纤维和丙纶纱混纺在一起，形成一种“干态浸渍”的纤维，再通过包覆机头，将复合纱包覆切粒得到的产品，但复合纱成本较高。
逐渐的，人们将热固性产品生产的拉挤工艺引用到长纤维增强热塑性树脂上，纤维通过一定长度的狭缝模头，在外作用力下崩塌，使树脂熔体涂覆并浸渍到纤维当中，料条经冷却切粒得到长纤维增强树脂的粒料。这便是熔体浸渍工艺，亦是目前长纤维增强技术的主流方法，具有产品性能好，成本低等优点。但同时也存在一些问题，要保证产品中纤维具有较高的浸渍程度，需提高张力，纤维浸渍时间，这就造成了纤维在较大张力下容易产生较多毛羽，并可能发生断裂，生产效率不高，生产成本较高，生产纤维含量50％以上产品存在很大难度。相对长纤维增强PP使用的高流动性PP基料，较普通PP价格较高，而对应于生产长纤维尼龙、聚酯等产品，因粘度更高，产品的质量和连续稳定性都需要提升。
申请号为200610122459.4的发明申请公开了的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。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。该技术在一定程度上提高了纤维的浸渍效果，但是，对于进一步提高纤维的浸渍程度和产品的纤维含量还存在工艺上的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种改进长纤维增强热塑性树脂的生产装置及生产方法，生产出的树脂质量高，并且提高生产效率，降低了生产成本。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，包括熔体浸渍室，浸渍室内容纳用于浸渍纤维束的树脂熔体，熔体浸渍室一个侧壁上设置有纤维束入口、在熔体浸渍室的与设置纤维束入口的侧壁相对的侧壁上设有纤维束出口，所述纤维束入口至少包括两个入口，每个入口分别输入一股纤维束，所述纤维束出口为将至少两股被浸渍的纤维束集和为一束增强纤维树脂束的纤维束出口，纤维束出口数小于纤维束入口的数目，所述增强纤维树脂束为增强纤维树脂成形材料。
所述纤维束入口具有伸入熔体浸渍室内的凸出部。
所述熔体浸渍室的侧壁上设有两个纤维束入口，两个纤维束入口设置在侧壁的不同高度上，所述纤维束出口的设置高度为两个纤维束入口高度的中间高度。
所述至少两个纤维束入口与所述纤维束出口设置在相同高度上。
所述纤维束出口在熔体浸渍室内一侧的开口大于熔体浸渍室外一侧的开口，所述纤维束出口在熔体浸渍室内一侧的开口为圆形、椭圆形或扁圆形，所有纤维束入口的横截面积之和等于或小于所有纤维束出口在熔体浸渍室外一侧的横截面积之和。
熔体浸渍室内设有多个张力辊，所述多个张力辊的两端固定在熔体浸渍室的与设置纤维束入口侧壁相接的两个相对的侧壁上，张力辊的中间部分可以转动，张力辊对经过张力辊表面的纤维束具有分散崩解张力。
熔体浸渍室内设有多组张力辊，进入熔体浸渍室的一股纤维束经过其中一组张力辊，每组张力辊中的张力辊沿纤维束前进的方向依次排列，其中，一组或多组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐下降，另一组或多组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐上升。
一种长纤维增强热塑性树脂的生产方法，包括以下步骤：
将需要浸渍的一束纤维平均分成至少两股；
每一股纤维束从一个纤维束入口中进入容纳有树脂熔体的熔体浸渍室中；
经过浸渍后的每一股纤维束从一个纤维束出口中伸出集合成一束增强纤维树脂束。
优选地，将需要浸渍的一束纤维平均分成两股，两股纤维束分别从两个纤维束入口进入熔体浸渍室，两个纤维束入口设置在熔体浸渍室侧壁的不同高度上，所述纤维束出口的设置高度为两个纤维束入口高度的中间高度。
所述两股纤维束分别经过位于熔体浸渍室中的两组张力辊，张力辊对经过张力辊表面的纤维束具有张力，每组张力辊中的张力辊沿纤维束前进的方向依次排列，其中，一组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐下降，另一组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐上升。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比主要具有以下有益效果：
1、将需要浸渍的一束纤维分成若干股，降低了纤维束的线密度，低线密度的纤维束更容易分散崩解，形成的纤维带的层数更少，树脂熔体更容易浸渍到纤维带当中，提高了浸渍程度；
2、在生产过程中，分散崩解的纤维束所受张力较小，并能快速通过熔体浸渍室，提高了浸渍效率；
3、因为纤维束的分散崩解变的更加容易，浸渍后的至少2条纤维带集合成1条长纤维增强料条，在工艺上更加稳定，并可以使得纤维的质量含量达到70％；
4、生产的稳定和拉挤速度的提高，提高了生产效率，同时以纤维含量为70％的长纤维增强树脂作为母料，与相应的树脂进行掺混稀释，可以直接使用，这大大的降低了产品成本。
本发明所设计的装置在熔体浸渍工艺的基础上，提高纤维浸渍效率，保证产品质量和连续生产的稳定性，并扩大长纤维增强树脂的树脂种类选用范围。可以生产出高达70％纤维含量的母粒产品，通过和相应树脂稀释后使用，降低最终产品成本。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置的结构示意图；
图2为本发明纤维引入销的示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，包括熔体浸渍室1，熔体浸渍室内容纳用于浸渍纤维的树脂熔体2，熔体浸渍室1的一个侧壁上设有两个纤维束入口3，纤维束入口3具有伸入熔体浸渍室内的凸出部8，纤维束入口3中间具有圆孔或椭圆孔或其他形状的通孔，纤维束从圆孔或椭圆孔中通过，在熔体浸渍室1的与设置纤维束入口的侧壁相对的侧壁上设有一个纤维束出口5，纤维束出口5为喇叭口形状，中间具有一个通孔，纤维束出口5在熔体浸渍室内一侧的开口大于熔体浸渍室外一侧的开口，纤维束出口5在熔体浸渍室内一侧的开口为圆形、椭圆形或扁圆形。两个纤维束入口3的通孔的横截面积相加等于、小于或大约等于纤维束出口5在熔体浸渍室外一侧的开口的横截面积。
两个纤维束入口3沿侧壁垂直方向设置，设置在侧壁的不同高度上，一个纤维束入口在侧壁的上部，另一个在侧壁的下部，纤维束出口5在相对侧壁的设置高度为两个纤维束入口高度的中间高度。
生产时，将需要浸渍的一束纤维，例如是2400tex(克/千米)的纤维，分成两股，每一股纤维的质量可以为1200tex(克/千米)。每一股纤维分别从两个纤维束入口中的一个进入熔体浸渍室中。进入熔体浸渍室中的纤维束在树脂熔体中浸渍，由于本发明将以前进行浸渍的纤维束分成两股，提高了纤维束的松散程度，增大了浸渍面积，使纤维束在树脂熔体中浸渍的更充分。浸渍后的两股纤维束从一个纤维束出口中伸出合成一束增强纤维树脂束，两股纤维束经过喇叭口形状的纤维束出口，可以增强浸渍效果，并且有利于两股纤维束合成为一束增强纤维树脂束。纤维束的前进速度可以为20-35米/分钟。每一股纤维束的粗细程度等于或小于一束增强纤维树脂束的1/2。
可以在纤维束入口处设置纤维束引入销7，纤维束引入销7中间具有通孔，纤维束从通孔中穿过，进入熔体浸渍室，纤维束引入销7的长度大于熔体浸渍室侧壁的厚度，使得在生产时，熔体浸渍室内的树脂熔体不会从纤维束引入销的通孔溢出熔体浸渍室。
在熔体浸渍室的侧壁上可以设置三个或更多的纤维束入口，允许将一束纤维分成三股或更多股纤维束，分别进入熔体浸渍室，浸渍后经过纤维束出口合为一束增强纤维树脂束。如果在熔体浸渍室侧壁上设置了三个纤维束入口，那么三个纤维束入口3的通孔的横截面积相加大约等于纤维束出口5在熔体浸渍室外一侧的开口的横截面积。
还可以在熔体浸渍室上设置如上所述的多组纤维束入口和纤维束出口，能够同时进行多个纤维的分股浸渍然后合股操作，纤维束出口数小于纤维束入口的数目，合股后的增强纤维树脂束为增强纤维树脂成形材料。
实施例二
在实施例一的基础上，熔体浸渍室1内设有多个张力辊4，进入熔体浸渍室1内的每一股纤维束分别经过多个张力辊4的表面，张力辊4对纤维束产生张力，每一股纤维束在通过每一组张力辊时，依据张力大小的程度分散崩解，使纤维束展开，变的分散，形成纤维带，将需要浸渍的一束纤维分成若干股，降低了纤维束的线密度，低线密度的纤维束更容易分散崩解，形成的纤维带的层数更少，树脂熔体更容易浸渍到纤维带当中，提高了浸渍程度。张力辊的表面可以为曲面。张力辊的表面可以具有环绕张力辊表面的多个凹槽，凹槽与张力辊的中心轴线是垂直的，多个凹槽可以是相互平行的。纤维束经过张力辊4的表面，在张力辊4的表面能够形成熔体压力区，纤维束通过熔体压力区时能够得到更充分的浸渍。
优选地，熔体浸渍室内设有多组张力辊，进入熔体浸渍室的一股纤维束经过其中一组张力辊，每组张力辊中的张力辊沿纤维束前进的方向依次排列，如图1所示，其中，一组或多组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐下降，另一组或多组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐上升。
本发明的张力辊的个数和设置方式可以有多种选择，并不受本实施例的限制。
熔体浸渍室内还可以设有加热装置，并且连接温度控制系统对加热温度进行调节。
实施例三
熔体浸渍室1的一个侧壁上设有两个纤维束入口3，在熔体浸渍室1的与设置纤维束入口的侧壁相对的侧壁上设有一个纤维束出口5，两个纤维束入口3设置在侧壁的相同高度上，一个纤维束入口在侧壁的左侧部位，另一个在侧壁的右侧部位，纤维束出口5设置在相对侧壁的相同高度上，水平方向上的位置设在两个纤维束入口连线的垂直平分线上。两个纤维束入口3的通孔的横截面积相加小于或大约等于纤维束出口5在熔体浸渍室外一侧的开口的横截面积。
熔体浸渍室1内可以设有多个张力辊4，进入熔体浸渍室1内的每一股纤维束分别经过多个张力辊4的表面，张力辊4对纤维束产生张力，使纤维束展开，变的分散，使纤维束在树脂熔体中的浸渍程度更高。
在熔体浸渍室的侧壁上可以设置三个或更多的纤维束入口，允许将一束纤维分成三股或更多股纤维束，分别进入熔体浸渍室，浸渍后经过纤维束出口合为一束增强纤维树脂束。
还可以在熔体浸渍室上设置如上所述的多组纤维束入口和纤维束出口，能够同时进行多个纤维的分股浸渍然后合股操作。
一种长纤维增强热塑性树脂的生产方法，包括以下步骤：
将需要浸渍的一束纤维分成至少两股，每一股纤维束的质量为可以1200tex(克/千米)或者800tex(克/千米)；
每一股纤维束从至少两个纤维束入口中的一个进入容纳有树脂熔体的熔体浸渍室中，每一股纤维束经过纤维束入口时，纤维束变松散；
进入熔体浸渍室中的每一股纤维束在树脂熔体中浸渍，并且每一股纤维束分别经过位于熔体浸渍室中的多个张力辊中的至少一个张力辊，张力辊对经过张力辊表面的纤维束具有张力，进入熔体浸渍室中的每一股纤维束经过张力辊时，纤维束变宽且变薄；
经过浸渍后的每一股纤维束从一个纤维束出口中伸出合成一束增强纤维树脂束。
纤维束的前进速度可以为20-35米/分钟。
优选地，将需要浸渍的一束纤维平均分成两股，两股纤维束分别从两个纤维束入口进入熔体浸渍室，两个纤维束入口设置在熔体浸渍室侧壁的不同高度上，纤维束出口的设置高度为两个纤维束入口高度的中间高度。
两股纤维束分别经过位于熔体浸渍室中的两组张力辊，张力辊对经过张力辊表面的纤维束具有张力，每组张力辊中的张力辊沿纤维束前进的方向依次排列，其中，一组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐下降，另一组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐上升。
本发明可以是将需要浸渍的一束纤维分成三股或更多股纤维束，分别进入熔体浸渍室，浸渍后经过纤维束出口合为一束增强纤维树脂束。
熔体浸渍室可以设有多组纤维束入口和纤维束出口，能够同时进行多个纤维的分股浸渍然后合股。
熔体浸渍室可以通过熔体分流板连接于挤出机机头。生产树脂母粒的其他辅助设备还可以有纱架、预热纱架、冷却器、吹干机、牵引机、切粒机等。得到的增强纤维树脂束经过冷却后，切割成粒子长度在6-12mm的注塑粒料，也可切割成长度在15-30mm的料条用于模压。高纤维含量的长纤维母粒可按比例同相应基材树脂掺混稀释，可直接用于注塑，并且可以根据工艺要求来选用不同流动性的基材树脂调解流动性，产品性能等同于直接拉挤出的长纤维粒料性能，提高了生产效率，加工成本是原有直接拉挤工艺的30-50％。整个生产过程中，纤维束所受张力较小，并能快速通过，提高了浸渍效率和产品质量。并且这种低张力下的浸渍方法解决了高粘度树脂难以浸渍的困难，可以将树脂范围应用到PA66、PA6、PC、PBT、ABS、PPS等工程塑料，同时纤维可以涉及到碳纤维、芳纶纤维、金属纤维等领域。
Claims (10)
1.一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，包括熔体浸渍室，浸渍室内容纳用于浸渍纤维束的树脂熔体，熔体浸渍室一个侧壁上设置有纤维束入口、在熔体浸渍室的与设置纤维束入口的侧壁相对的侧壁上设有纤维束出口，其特征在于：所述纤维束入口至少包括两个入口，每个入口分别输入一股纤维束，所述纤维束出口为将至少两股被浸渍的纤维束集和为一束增强纤维树脂束的纤维束出口，纤维束出口数小于纤维束入口的数目，所述增强纤维树脂束为增强纤维树脂成形材料。
2.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，其特征在于：所述纤维束入口具有伸入熔体浸渍室内的凸出部。
3.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，其特征在于：所述熔体浸渍室的侧壁上设有两个纤维束入口，两个纤维束入口设置在侧壁的不同高度上，所述纤维束出口的设置高度为两个纤维束入口高度的中间高度。
4.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，其特征在于：所述至少两个纤维束入口与所述纤维束出口设置在相同高度上。
5.根据权利要求1所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，其特征在于：所述纤维束出口在熔体浸渍室内一侧的开口大于熔体浸渍室外一侧的开口，所述纤维束出口在熔体浸渍室内一侧的开口为圆形、椭圆形或扁圆形，所有纤维束入口的横截面积之和等于或小于所有纤维束出口在熔体浸渍室外一侧的横截面积之和。
6.根据权利要求1-5所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，其特征在于：熔体浸渍室内设有多个张力辊，所述多个张力辊的两端固定在熔体浸渍室的与设置纤维束入口侧壁相接的两个相对的侧壁上，张力辊的中间部分可以转动，张力辊对经过张力辊表面的纤维束具有分散崩解张力。
7.根据权利要求6所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产装置，其特征在于：熔体浸渍室内设有多组张力辊，进入熔体浸渍室的一股纤维束经过其中一组张力辊，每组张力辊中的张力辊沿纤维束前进的方向依次排列，其中，一组或多组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐下降，另一组或多组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐上升。
8.一种长纤维增强热塑性树脂的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
将需要浸渍的一束纤维平均分成至少两股；
每一股纤维束从一个纤维束入口中进入容纳有树脂熔体的熔体浸渍室中；
经过浸渍后的每一股纤维束从一个纤维束出口中伸出集合成一束增强纤维树脂束。
9.根据权利要求8所述的一种长纤维增强热塑性树脂的生产方法，其特征在于：将需要浸渍的一束纤维平均分成两股，两股纤维束分别从两个纤维束入口进入熔体浸渍室，两个纤维束入口设置在熔体浸渍室侧壁的不同高度上，所述纤维束出口的设置高度为两个纤维束入口高度的中间高度。
10.根据权利要求9所述的长纤维增强热塑性树脂的生产方法，其特征在于：所述两股纤维束分别经过位于熔体浸渍室中的两组张力辊，张力辊对经过张力辊表面的纤维束具有张力，每组张力辊中的张力辊沿纤维束前进的方向依次排列，其中，一组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐下降，另一组张力辊中的张力辊的位置高度沿纤维束前进的方向逐渐上升。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HEFEI YUANRONG MATERIAL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HEFEI HUITONG NEW MATERIAL CO., LTD. Effective date: 20110826 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 241009 WUHU, ANHUI PROVINCE TO: 231202 HEFEI, ANHUI PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110826 Address after: 231202 Anhui hi tech Zone of Hefei science and Technology Park Bo weir City Road No. 2 Applicant after: Hefei Orinko Advanced Plastic Co., Ltd. Address before: 241009, No. 9, Shun Bao Road, North Bridge Industrial Park, Wuhu, Anhui Applicant before: Hefei Orinko Plastics Group Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20111116 Termination date: 20150204 |
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