CN101896654B - 细丝粗纱的浸渍 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用来浸渍细丝的装置和方法，其中该细丝形成粗纱。该装置包括：筒(10)，该筒具有沿筒的周向形成的至少一个凹槽(12)；沿该筒的中心轴线形成的内部空间；和至少一个凹部(16)，该至少一个凹部形成内部空间和凹槽之间的连接。该凹部包括圆柱形部分(16a)、圆锥形部分(16b)和凹穴部分(16c)。通过所述装置且根据所述方法，聚合物材料可以从内部空间被连续地挤压通过至少圆柱形部分和圆锥形部分进入凹槽以浸渍被拉动通过凹槽的粗纱的细丝。

Description

细丝粗纱的浸渍

技术领域

本发明涉及用来浸渍粗纱(roving)中的细丝(filament)的方法和装置。

总体上，本发明涉及用来制造纤维加强材料的方法和装置。具体地，本发明涉及用来制造纤维加强材料的方法和装置，该纤维加强材料通过加强与形成基体的树脂材料粘接的一个或多个纤维束使得单根纤维也被树脂材料包围而形成。

背景技术

这类产品的制造中的主要问题是一些形成基体的材料的高粘度。因为纤维束中的单根纤维很紧密地彼此靠近，因此树脂材料难以渗透到该束中以包围所有单根纤维。然而，考虑到产品的性质，诸如强度、刚性、耐化学性等，这将是必要的。

为了解决该问题，已经尝试了许多方法。在一种解决方案中，纤维束被传递穿过所谓的十字头模，在该十字头模中，熔融的或液体的树脂渗透到穿过该模的纤维束中。在所谓的粉末法中，纤维束的幅面被传递穿过热塑性树脂颗粒床，由此该纤维束幅面带走树脂颗粒，该树脂颗粒在以后的阶段被熔化。还存在溶剂方法，在该溶剂方法中，用溶解在液体介质中的树脂浸渍纤维束。

已经证明十字头模方法在用热塑性树脂浸渍纤维束方面是无效的，因为所有单根纤维都不被树脂材料包围。已经证明粉末方法涉及多个处理阶段，该多个处理阶段难以同步、购买和操作是昂贵的，并且损坏加强。在溶剂方法中，需要干燥过程，该干燥过程昂贵、会引起环境问题、费时且限制生产率。此外，由于在移除溶剂之后留下的空穴，产品的质量较低。

例如，EP 0397506 A2公开了用来制造纤维加强材料的这种方法和设备。

发明内容

本发明的目的是提供用来浸渍粗纱中的细丝的方法和设备，其中束的单根细丝在形成单根股之前被可靠地浸渍。

这个目的由各独立权利要求的主题解决。在各从属权利要求中描述另外的示例性实施例。

根据示例性实施例，提供一种用来浸渍细丝的装置，其中细丝形成粗纱，该装置包括：筒，该筒具有沿筒的周向形成的至少一个凹槽；沿该筒的中心轴线形成的内部空间；和至少一个凹部，该至少一个凹部形成该内部空间和该凹槽之间的连接。该凹部包括圆柱形部分、圆锥形部分和凹穴部分。在这种装置中，聚合物材料可以从内部空间被连续地挤压通过至少圆柱形部分和圆锥形部分进入凹槽，以浸渍被拉动通过凹槽的粗纱的细丝。

该装置的凹部的凹穴部分可在凹槽的底表面从凹部的圆锥形部分沿装置的筒的周向延伸。另外，凹穴部分可形成为泪滴状或形成为平底船船头的印记形状。在这种构造中，聚合物材料将从圆柱形部分流到圆锥形部分中，随后从圆锥形部分直接流到凹槽中，以及流到凹穴部分中随后流到凹槽中。因此，聚合物材料将从凹部的圆锥形部分和凹穴部分被挤压，主要在粗纱的中心部分从一侧进入粗纱，并且穿过所述粗纱的细丝。

根据本发明的优选实施例的装置的筒包括沿着筒的轴线并排的一排十二个凹槽或二十八个凹槽。

该装置的筒的内部空间可以与挤出机连接，该挤出机预处理用于浸渍粗纱的细丝的聚合物。

该装置还可包括梳状物，以将粗纱引到至少一个凹槽中。

该装置还可包括数个销，以在粗纱被引到一个凹槽中之前绞接粗纱。

该装置还可包括压杆，以将每根粗纱压到凹槽的底表面上，其中形成在两个相应的凹槽之间的肋是不连续的，以允许使用连续的压杆。

该装置还可包括定位成与筒平行的多边形件，其中每根粗纱在所述多边形件之上被牵拉以改善每根粗纱的细丝的浸渍。该多边形件可以是八边形件。

根据示例性实施例，提供一种用来浸渍细丝的方法，其中细丝形成粗纱，该方法包括以下步骤：预处理由细丝组成的至少一根粗纱；将至少一根粗纱引导穿过在上述装置的筒处形成的凹槽；在挤出机中预处理聚合物材料；将已经预处理的聚合物材料供给到该装置的筒中；和将聚合物材料挤压通过该装置的至少一个凹部进入该装置的凹槽，并且进入至少一根粗纱以浸渍所述粗纱的细丝。

所述预处理包括以下步骤的至少一个步骤：通过数个绞接销绞接至少一根粗纱；通过梳状物将至少一根粗纱引到凹槽中；和加热至少一根粗纱。

该方法还可包括通过压杆将粗纱压到凹槽的底表面上的步骤。

该方法还可包括在多边形件上方牵拉浸有聚合物材料的粗纱的步骤。

根据后面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显然的，并且参考后面描述的实施例阐述本发明的这些和其它方面。

附图说明

在下面，将参照附图通过示例性实施例描述本发明。

图1是示出根据本发明的方法的步骤的示意图。

图2是用来浸渍细丝的设备的示意图。

图3是根据本发明的第一实施例的浸渍单元的浸渍工具的侧视图。

图4是图3的浸渍工具的顶视图。

图5是图3中的细部B的详细视图。

图6是图3中的横截面A-A的视图。

图7是根据本发明的第一实施例的浸渍单元的多边形件的顶视图。

图8是图7的多边形件的横截面视图。

图9是根据本发明的第二实施例的浸渍单元的浸渍工具的顶视图。

图10是图9中的细部C的详细视图。

图11是图9的浸渍工具的横截面视图。

图12是根据本发明的第二实施例的浸渍单元的压杆的侧视图。

图13是根据本发明的第二实施例的已组装的浸渍单元的透视图。

具体实施方式

参考图1，将在生产由浸渍的细丝股形成的颗粒的方法的背景中描述浸渍粗纱中的细丝的方法。

图1中的步骤S1涉及定位纤维来形成粗纱。因此，从一些卷轴卷起纤维材料。在示例性实施例中，纤维材料将从三个卷轴被卷起。所述纤维材料形成粗纱，所述粗纱将被绞接在一起(通常每股三根粗纱)以保证连续不间断地供给到生产线。

一定长度的粗纱(近似50cm)从前导卷轴的端部转出，连同从下一个相继卷轴的端部抽出的类似长度的粗纱一起。然后，这两个长度的粗纱形成为两个180度的环。这些环随后被链接在一起，然后在专用气动装置的帮助下被绞接，该专用气动装置利用压缩空气涡流(或旋涡)来将纤维股绞接在一起。

粗纱在两个引导圈的帮助下被引导到机器中，该两个引导圈在卷轴的上方精确居中。第一个圈布置在相应“进给”卷轴的正上方，因此避免在浸渍阶段将具有重要影响的、纤维可能的摩伤和对粗纱的损坏，第二个圈的位置用于对齐在股制动/探测组件前面的纤维。

每个绞接点用金属喷涂进行标记。在探测到故障时，探测器用信号通知熔池抑制凸缘从八边形件缩回并且随后失去股张力。探测器也用信号通知颗粒分流器的起动，因此最小化产品溢出。

图1中的步骤S2涉及粗纱的预加热。在预加热炉之前，可控制的股制动器布置在设备中，以便维持贯穿粗纱路径的张力。根据粗纱类型设定制动器的控制设置。在示例型设备的情况下，该设置是20伏特和490毫安。

在炉中，执行玻璃粗纱的调节。通过使用热空气实现热传递。炉的特别构造和设计给出由两个独立的室提供的两个独立可调节的温度分布图。用于粗纱股的第一室维持近似135℃的温度。炉的第二室维持近似150℃的温度。可以预期，粗纱的预加热提高浸渍可能性。然而，在例如受限空间是考虑因素的情况下，在不使用炉的情况下也可以进行生产。

在方法的步骤S3中，将浸渍粗纱。在步骤S3a中，PP颗粒在挤出机中被预处理以形成适于浸渍每根粗纱的细丝的熔体。PP材料的所述熔体被供给到浸渍工具。在步骤S3b中在所述浸渍工具处浸渍粗纱。

这里，重要的是，粗纱的细丝在从预加热炉横穿到浸渍工具时维持完全直的路径。安装到工具底座上的V形引导套管(spigot)有助于引导该股。每个套管可旋转20°，在需要时允许对引导路径进行矫正。因此保证该股在浸渍工具上方居中地横穿，该股完全浸透并且熔体损失减小。

细纤维化通过引导销的阵列而实现。其将每根粗纱渐进地分离为单根细丝，为该过程的浸渍阶段做准备。

每根粗纱必须经过单个浸渍单元。单个单元应当构造成一排。当处理较大量的粗纱时，需要工具隔离件/分离件。下面将详细描述示例性浸渍工具/单元。

在浸渍单元之后，设置一多边形件或八边形件以改善浸渍。八边形件定位的定位和执行(实行)对于保证粗纱的有利浸渍来说是必要的。已加热的八边形件的表面涂覆成精细的梳状结构。这种结构使得已浸渍的粗纱膨胀，因此当细丝浸没在后面的熔池阶段中时保证细丝的有效浸渍。可调节的熔池和抑制凸缘用于调节熔体浸透，从而在粗纱的浸渍和后续的覆盖过程中都导致改善的性能。而且，下面将详细描述示例性八边形件。

图1中的步骤S4是转变数根浸渍粗纱以形成单根股。在步骤S4a中，PP颗粒在挤出机中被预处理以形成适于涂覆浸渍粗纱的熔体。PP材料的所述熔体被供给到涂覆喷嘴。在步骤S4b中，粗纱在所述喷嘴中会聚且被涂覆。

注意到，浸渍单元和涂覆单元(涂覆喷嘴或十字头)应当各由分离的熔体挤出机供料。在浸渍单元中仅使用最小需要量的低粘度PP类材料浸渍玻璃粗纱。然后，单根粗纱会聚以形成单根股，该单根股随后要在涂覆喷嘴中被涂覆有其它PP类材料。

股涂覆喷嘴和八边形件之间的间隔被设定到近似200mm。成形单元由10mm直径且近似100mm长的圆柱形管(管道)组成。被独立加热的喷嘴布置在管的入口点和出口点。每个喷嘴处的温度可以在240-280摄氏度的范围内变化。每个喷嘴具有适于40％wt长玻璃纤维强化小球的、3.7mm的入口直径和3.5mm的出口直径。该管保证实现均匀且有效的熔体浸透。

并入股成形组件中的粗纱引导装置、粗纱细纤维化装置以及八边形件和熔体池可在高度和横向轴线上被调节。另外，在会聚阶段的涂覆单元可以旋转并且在3个轴线(x，y，z)上可调节。

在股已经形成之后，这个股将在水池中被冷却，并且随后在该方法的步骤S5中被干燥以生产颗粒。这里，用来在水池中引导粗纱的辊在宽度上可被逐渐调节。因此，在股喷嘴和出口之间保证股的波动。

涂覆已生产的股的水膜通过使用毛刷和好的空气流被有效地去除。

在股收起组装阶段之前和之后，推荐干燥。干燥通路跨越水池的端部到股收起装置。需要“上游”数米来跨越股收起组装件和制粒机之间的距离。

股收起组装件主要用于在粗纱中形成较高水平的牵引力，以辅助设备操作速度的调节，并且用于方向引导以辅助股进给到制粒机。可以预期，将在纤维张力测量装置的帮助下调节收起组装件。

在最后的步骤、即步骤S6中，该股将被切成颗粒。股切割过程的精确配置是绝对必要的。不精确的切割器配置可引起细丝被扯掉而不是被切割，不可避免地导致生产的中断和随后的处罚保险(insuranceof penalties)或客户的赔偿要求。人们注意到，制粒机应当有足够的备用操作速度，以应付生产速度的可能增加。

在下面，将更详细地描述根据本发明的浸渍组件。

图2中示意性地示出浸渍组件的各个元件。浸渍组件包括浸渍工具10、多边形件20、用来绞接细丝束的装置30和粗纱引导件40。如图2中示出的，首先，粗纱50由粗纱引导件40引导。这个引导件40用于使得粗纱在并排的数个带中均匀地分布。粗纱50的单个带随后由装置30引导。装置30包括并排布置并且彼此位移开的数个销。在引导粗纱50穿过装置30的销时，粗纱以蛇状线运动。由于以蛇状线引导穿过装置30的销，因此粗纱50排成扁平带。粗纱50由多种细丝组成，因此，该多种细丝将基本上并排地排列为带。粗纱50在浸渍工具10上方由装置30引导。浸渍工具10是固定地安装的筒。粗纱50的单个带在这个筒上方彼此并排地被引导。粗纱50通过在所述筒上方运动而被浸渍。将参考以下附图更加精确地说明浸渍粗纱的细丝的确切过程。多边形件20也相对于浸渍工具10牢固地布置。在多边形件20的边缘上移除粗纱50。这样，在浸渍工具10处被带入粗纱50的聚合物材料均匀地翻滚到粗纱50中。每个浸湿的粗纱50以单根带的形式从多边形件被拉走。然后，粗纱50的单根带被拉向彼此并且会聚在一起，并且在喷嘴中覆盖有另一种聚合物材料。

图3示出根据本发明的第一示例性实施例的浸渍工具10。浸渍工具10具有内部空心地形成的筒。此外，浸渍工具10具有沿周向布置的数个凹槽12。肋14形成在每个凹槽12之间。十二个凹槽形成在根据优选实施例的浸渍工具10的外尺寸上。肋14的侧面是渐缩的。凹槽和肋设计成适当尺寸使得它们适于粗纱带的宽度。根据示例性实施例，筒的外侧直径可以为大约60mm。凹槽是5mm深。此外，筒沿轴向设置有直径40mm的通孔。通过筒的中心的通孔，供应聚合物材料以便浸渍粗纱带。

沿着每个凹槽12在周向上布置数个凹部16。凹部16将筒的内部空间与相应的凹槽12连接起来。这样，可以将聚合物材料从筒的内部挤压到外部并且进入每一个凹槽12中。

根据示例性实施例，在每一个凹槽12中设置六个凹部。这些凹部相对彼此以规则的距离布置。凹部16优选地沿周边分别以30度彼此间隔开。因此，凹部16仅仅形成在筒的周边的一半上。

图4示出根据本发明的第一示例性实施例的浸渍工具10的顶视图。在这个图中也可看到凹槽12和肋14。而且，这里示出凹穴18，所述凹穴纵向地形成在筒中。凹穴18的底部平坦地形成。在优选实施例中，从所述底部到筒的外周边测量出的凹穴18的深度是7mm。肋14被凹穴18打断。凹穴18设置成能够将压杆推到粗纱50的每个带上。这种压杆具有的优点是，粗纱50的单个带将保持平坦的且被挤压。

凹穴18根据优选实施例沿周向近似在第四凹部16的位置。

图5中示出图3的细部。在这个细部中可以看到三个凹槽12和两个肋14。此外，示出数个凹部16。所述凹部16包括三个部分，即可以详细地看出的圆柱形凹部部分16a、圆锥形凹部部分16b和凹穴部分16c。

与图6的剖视图一起察看图5的细部图，可以看到，凹部16从筒的内侧到外侧形成有部分16a、16b和16c。凹部部分16a是圆柱形的并且为液体聚合物材料提供第一通道，该液体聚合物材料将从筒的内侧被挤压到外侧。凹部部分16b为筒的外表面、即相应凹槽的外表面提供倒角。部分16b的倒角确保聚合物材料也可延伸到侧部。部分16c的凹穴最后沿凹槽的周向形成。凹穴部分16c大体上具有泪滴或包的形状以容纳熔融的聚合物材料。

一旦粗纱带被拉动通过凹槽以及通过凹部16上方，液体聚合物材料就可从下方被挤压到带上。聚合物材料形成从下方向粗纱带的压力。然后，带沿周向继续运动。熔融的聚合物材料被向前拖并且容纳在部分16c的凹穴中。由于部分16a、16b和16c的特殊顺序，因此从下方被压入的熔融聚合物材料不躲避到粗纱带的侧部而是被居中地挤压通过它。这样，可以保证形成粗纱带的单根细丝被聚合物材料包围。因此，浸渍工具确保每个粗纱带被充分地且可靠地浸渍。

多边形件在图7中被示出。单个浸湿的粗纱带围绕位于浸渍工具之后的这种多边形件被牵拉。必要的是，该带以一定角度绕该多边形件被牵拉。希望的是，该带被牵拉通过多边形件的边缘。这样，在浸渍工具中被引入粗纱带中的聚合物材料额外地被引进到带中。

多边形件的横截面在图8中被示出。该多边形件包括用作边缘的数个条22。变平的部分24位于条22之间。浸湿的带在它从该多边形件被带走之前可以被拉动越过数个条22。

根据本发明的第二示例性实施例的浸渍工具在图9中被示出。这个实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，它具有二十八个凹槽12和相应的肋14。此外，根据第二示例性实施例形成的浸渍工具10’仅仅是筒的一半。图9中的顶视图示出浸渍工具10’的圆形顶侧。数个凹部16形成在每一个凹槽12中，也沿着周边形成在这个工具上。如图10中示出，凹部16与第一示例性实施例的凹部16类似地形成。浸渍工具10’也具有沿工具的轴向形成的凹穴18。打断肋14的切口形成所述凹穴18。与第一示例性实施例相反，凹穴18位于设置在这里的第三和第四凹部16的位置中。

图11是根据第二示例性实施例的浸渍工具10’的横截面视图。从这个视图可以看到凹部16的分布和凹部的取向。此外，示出两个孔穴11，该两个腔几乎沿浸渍工具10’的全部长度纵向地形成。这些孔穴11被设置用来将熔融的聚合物材料运输向凹部并且随后运输到凹槽。第一凹部部分16a各连接到孔穴11’。凹部部分16b’和16c’的形状和取向与根据第一示例性实施例形成的凹部部分16b和16c相同。如上面参考第一示例性实施例描述的，液化的聚合物材料可以从下方向着粗纱带被挤压通过孔穴11’和凹部部分16a、16b和16c，以完全浸渍这个带。

压杆可用在凹穴18处，以便改善浸渍。这个杆在图12的侧视图中被示出。杆60的必要特征是下边缘62。下边缘62近似具有4mm的宽度。边缘的边是圆化的。如果从上方将压杆压到粗纱带上，在一方面，每个带被平坦地推到相应的凹槽中，并且在另一方面，剩余的聚合物材料可被积聚。这种积聚确保带在所有侧部被聚合物材料完全包围。压杆60确保可实现改善的浸渍。

图13中示出根据第二示例性实施例的浸渍单元的组件。示出杆30，该杆提供单根细丝束的绞接。该束以蛇状线被引导穿过这些杆30，并且穿过浸渍工具10’的凹槽。此外，该带在压杆60下面被牵拉。

虽然已经在附图和前面描述中示出且详细描述了本发明，但这种例示和描述将被认为是说明性或示例性的且不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实施要求保护的本发明中可以理解和实现公开的实施例的其它变体。在权利要求中，词“包括”不排除其它要素或步骤，并且词语“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可实现权利要求中记载的数个条目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹的事实不表示这些手段的组合不能用于改进。

Claims (17)

1.一种用来浸渍细丝的装置，其中该细丝形成粗纱，该装置包括：筒，该筒具有沿筒的周向形成的凹槽；沿该筒的中心轴线形成的内部空间；和凹部，该凹部形成该内部空间和该凹槽之间的连接，其中该凹部包括圆柱形部分、圆锥形部分和凹穴部分，凹部的圆锥形部分为筒的外表面、即相应凹槽的外表面提供倒角，使得聚合物材料能够从该内部空间被连续地挤压通过至少该圆柱形部分和该圆锥形部分进入该凹槽，以在该粗纱被拉动通过该凹槽的情况下浸渍该粗纱的细丝。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述凹部的凹穴部分在所述凹槽的底表面从凹部的圆锥形部分沿所述筒的周向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述筒包括沿筒的轴线并排的一排十二个凹槽。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述内部空间是圆柱形轴向通孔。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述筒包括沿筒的轴线并排的一排二十八个凹槽。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述内部空间包括两个分开的孔道，该孔道的每一个沿所述筒的轴线形成在所述凹槽的排的部分。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述内部空间与挤出机连接，该挤出机预处理用于浸渍粗纱的细丝的所述聚合物。

8.根据权利要求1所述的装置，还包括梳状物，以将所述粗纱引到所述凹槽中。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括数个销，以在所述粗纱被引到所述凹槽中之前绞接所述粗纱。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括压杆，以将粗纱压到所述凹槽的底表面上。

11.根据权利要求1所述的装置，还包括多边形件，该多边形件定位成与所述筒平行，并且粗纱在该多边形件之上被牵拉。

12.一种用来浸渍细丝的方法，其中该细丝形成粗纱，该方法包括以下步骤：

预处理由细丝组成的粗纱；

将该粗纱引导穿过在根据权利要求1到11的任一权利要求的装置的筒处形成的凹槽；

在挤出机中预处理聚合物材料；

将已经预处理的聚合物材料供给到该装置的筒中；和

将该聚合物材料挤压通过该装置的凹部进入该装置的凹槽，并且进入该粗纱以浸渍所述粗纱的细丝。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述预处理包括通过数个绞接销绞接所述粗纱的步骤。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述预处理包括通过梳状物将所述粗纱引到所述凹槽中的步骤。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述预处理包括加热所述粗纱的步骤。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括通过压杆将粗纱压到所述凹槽的底表面上的步骤。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括在多边形件上方牵拉浸有聚合物材料的粗纱的步骤。

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