CN102225624A - 连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺 - Google Patents

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本发明提供一种连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，依次包括如下步骤：将连续纤维基布与热塑性树脂经喷淋预浸、压力浸润复合为预浸增强复合片材，再经热熔滚压成型为复合板材，最后经纠平切断成为合格的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材，本发明采用滚压成型工艺所需滚压成型设备简单，效率高，能消除内应力，特别适合生产较大，较长规格的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材，可以广泛地满足建筑，交通等行业对各种复合材料板材的需求。

Description

连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺
技术领域
本发明涉及连续纤维无织造复合材料，特别是连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺。
背景技术
现代高科技的发展，离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展有着十分重要的作用。其中连续纤维增强热塑性树脂复合材料具有优异的机械性能，高拉伸强度，弯曲强度，模量，高温低冲击强度和耐化学溶剂，并具有相对的低密度和可回收利用等各种优点。因此，近年来在世界各国得到了巨大发展。
目前对于连续纤维基布与热塑性树脂复合预浸片的制造中，大多是有较大经向力而无纬向拉力，经模压成型后，变形、弯折很难解决，而所述材料的复合板材，基本上是采用压机、压制成型，受到压机的限制，生产的板材只能是小制品及制件，较长型材则无法生产，而大型压机价格昂贵制造成本太高，因此，目前连续纤维基布与热塑性树脂复合预浸片及板材的生产很难满足市场上的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低，操作简单，可以自动化生产较大，较长规格的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材的成型工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，依次包括如下步骤：
①将连续纤维基布作为原材料，安放在放卷机架上由送布电机带动放卷进布，经牵引、展平、压平至基布表面无任何不平之处，经直纬平、张力一致后进入喷淋预浸箱进行喷淋偶合剂与接枝剂的混合溶剂；
②喷淋预浸后的连续纤维基布在牵引电机带动下进入预浸烘箱，在预浸烘箱内经过脱脂、脱蜡、烧毛，基布表面温度达到树脂热熔点后进入由牵引电机带动的多辊装置，进行经纬拉伸、布面舒展、弧形归中后导入热复合三辊压力浸润装置；
③在热复合三辊压力浸润装置中，由复合单螺杆挤出机采用双模同时将具有熔融温度的热塑性树脂呈两片状吐出，将预浸后的连续纤维基布夹在中间，经由压力浸润电机带动，同步齿轮传动连接的三个轴辊进行复合压力浸润，使连续纤维基布与热塑性树脂复合成为整体形预浸增强复合片材；
④预浸增强复合片材经过剪切，按设计厚度要求将多层增强复合片材叠合后经输送带送入热熔烘箱，当多层增强复合片材离开热熔烘箱时，其温度达到热熔温度，由机械手吸盘将其送入滚压成型机组；
⑤所述呈热熔状态的多层预浸增强复合片材在滚压成型机组中经热压辊对滚挤压使多层预浸增强复合片材挤压为增强复合板材、再经冷却风管吹冷风快速冷却区、多组冷凝对辊进行高压力挤压，使增强复合板材表面光亮，并消除内应力；再导入连续多组滚压微调装置，对所述板材进行辊压微调、纠平，最后进入修边装置，按照要求修去两边多余的毛边；
⑥将所述成品的增强复合板材按设计要求切断、入库。
所述连续纤维基布安放在放卷机架上，由气涨轴充气压涨紧，连续纤维基布经磁粉涨力器随送布电机带动的牵引机组同步运行，引导放卷进布。
所述预浸烘箱长为2m，烘箱内温度分为三区：190℃～210℃、210℃～230℃、235℃～250℃，连续纤维基布通过烘箱速度为6～9m/min。
所述单螺杆挤出机采用双模同时吐料，其双模吐模口宽为0.7～1mm，模具内配有阻尼限料系统、可随时调整吐模口的宽度，加热系统采用电加热管导热，每组模具加温区分为五区，左右双模共分十区，可根据吐料的快慢，厚薄调整树脂温度，保证吐料均匀，厚薄一致；所述三辊压力浸润装置中的三根轴辊的轴心线平行度误差在0.02～0.04mm之间。
所述热熔烘箱总长16m，输送带运行速度为2-5 m/min，热熔烘箱内的温度分为七个区控制，其温度控制在180-300℃之间当输送带离开热熔烘箱时，输送带上的多层连续纤维与热塑性树脂复合预浸片的表面温度达到热熔温度。
所述滚压成型机组中热压辊表面温度为110℃～145℃，相对滚压压力为15Mpa，运转速度为2.2 m/min。
所述滚压成型机组中冷却风管吹冷风快速冷却区域为2～3m，冷风温度低于18℃。
所述滚压成型机组中多组冷凝对辊为两组冷凝对辊，且冷凝对辊对合两辊表面均是镜面，光洁度为12级，冷凝运行速度为2.3～2.4m/min，压力为15～18Mpa。
所述滚压成型机组中连续多组滚压微调装置是由7组14根镜面辊组成，上、下运动加压采用气动设备，7组对辊之间用链传动连接，保持7组对辊同步同速，线速度为2.5～2.6 m/min。
采用本发明生产连续纤维基布与热塑性树脂复合预浸片材及板材，由于原材料选用连续纤纬经纬交织基布，采用喷淋预浸展平方式能使基布浸润更加均匀，增强其物理性能及界面强度。基布两面均与热塑性树脂复合后形成预浸片材，由于这一生产过程是连续进行的，因此生产的片材的长度可以是任意的，完全可以满足市场需求，根据上述复合材料的板材尺寸要求剪切片材，多层片材叠合后，经热熔、热滚压成为板材，热熔烘箱总长达16米，其内的温度分为若干个温度区控制，各区域温度不尽相同，其作用在于可维持连续生产，易控制温度，使得所述片材在离开热熔烘箱时其表面温度达到热熔温度进入滚压成型工序，采用滚压成型工艺所需滚压成型设备简单，效率高，能消除内应力，特别适合生产较大，较长规格的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材，可以广泛地满足建筑，交通等行业对各种复合材料板材的需求。
附图说明
图1是本发明工艺流程的示意简图。
具体实施方式
以生产E级玻纤，经9纬10平纹绞织基布与热塑性树脂复合板材为例对本发明作进一步详细描述。
1、生产预浸增强复合片材
①选用经纬绞织长纤维连续基布，经9目，纬10目，厚度为0.22-0.26毫米作为连续长纤维原料基布，所述基布有效长约100米，内孔纸管为ф66，安放在放卷机架1上，由机架上ф65的气涨轴充气后涨紧，所述基布经磁粉涨力器随送布电机带动的牵引机组同步运行，引导放卷进布，磁粉涨力器制动涨力为3-5KG，与牵引机组同步运转；
所述基布在牵引机组中经过牵引、展平、压平使所述基布达到表面无任何不平之处，经直纬平，经纬涨力力求一致，保证复合与预浸工艺的需求，随后进入喷淋预浸箱2进行喷淋偶合剂与接枝剂的混合溶剂。
②所述基布离开喷淋预浸箱2，在牵引电机带动下进入预浸烘箱3，预浸烘箱3长2米，预浸烘箱3内的温度分为三区200，220，245°，所述基布通过预浸烘箱3速度为6～9米/分，预浸烘箱3所起的作用为：脱脂、脱蜡、烧毛，所述基布离开预浸烘箱3时，其表面温度可以达到PP树脂熔融温度，进入牵引电机带动的包括鼓形辊、过布辊和涨紧辊的多辊装置，使预浸的偶合剂与接枝剂充分预浸到基布纤维分子链，形成接枝改性紧密包覆于增强热塑性树脂的双面，然后导入热复合三辊压力浸润装置4。
③在热复合三辊压力浸润装置4中，所述基布与树脂滚压成为整体，形成预浸增强复合片材。在热复合三辊压力浸润装置4中，包括复合单螺杆挤出机和三辊压力浸润装置，复合单螺杆挤出机挤出螺杆直径为ф105，主电机为75千瓦，转速40-140转，采用变频调速主电机，双模吐膜口同时吐料，双模吐膜口宽为0.7-1毫米，模具内配有阻尼限料系统，依据热塑性树脂的种类可随时调整双向吐膜口的宽度，为控制吐膜均匀，每组模具加温区分为5区，左右双模共分10区。三辊压力浸润装置4中设有三根复合轴辊，在同一水平面上平行设置，其轴心线平行度误差在0.02～0.04mm之间，以确保精度，三辊平行，使用时无剪切状况出现。复合轴辊在大压力工作状况下有蠕变，采用中凸系数进行纠正。复合轴辊有效长1.4米，直径ф400，制成预浸增强复合片材表面不得有波纹状况，光面光洁度为A级标准，左右两根轴辊采用气动元件定位控制系统。同时配有空隙定位保险，确保预浸增强复合片材厚薄一致，气动压力为0.8-1公斤Mpa之内。浸渍复合完工后的预浸增强复合片材进入切除毛边工序，同时配有吸尘装置，保障生产车间文明清洁；
④上述工序完成后，所述预浸片材进入对合牵引至压平输送到送料架上，送料架上配置有计量定长，切断装置按设计要求进行切断。
2、预浸增强复合片材热熔滚压成复合板材
①计长切断的预浸增强复合片材在送料架上根据设计要求复合板材的厚度多张叠合进入与送料架传动链接的热熔烘箱5输送带上，随热熔烘箱5输送带运转进行自动送片，使所述片材进入热熔烘箱5，热熔烘箱5总长16米，输送带的速度为2-5m/s；热熔烘箱5内的温度分为七个区控制，由输送带进入热熔烘箱至输送带离开热熔烘箱其温度值依次为180-250℃、200-300℃、200-300℃、200-300℃、200-300℃、200-300℃和200-300℃，当输送带离开热熔烘箱时，输送带上的多层连续纤维与热塑性树脂复合预浸片的表面温度达到热熔温度。
②离开热熔烘箱5，达到热熔温度的所述片材利用带针刺的机械手吸盘将其吸起送至滚压成型机组6，经滚压成型机组6中的两组热压辊对滚挤压使多层预浸增强复合片材挤压为增强复合板材；热压辊外径为ф400.采用隔套传热方式（以导热油为主的加热方式）。热压辊表面温度为120°-130°之间，两组四根热压辊表面温度误差小于3°；且两组热压辊传动均是由交流变频电机单独驱动，无声齿链传动，保证同步无打滑和功力消耗。
③经热滚压成型的增强复合板材进入两侧分切多余毛边，然后进入风冷区域，通过一对冷风管相对吹风来冷却板材两面，冷风管相对吹风的上下两面采用多排微孔装置，冷风通过冷凝制冷设备取得，其温度小于18°C，冷却区域为2～3米，在1～1.5分时间内复合板材内部高分子结晶达到60%～70%之间，保持板材外形处于恒定状态不变形不扭曲。
④然后进入两组冷凝对辊高压力挤压，对合两辊表面均是镜面，亮度为12级，第一组冷凝对辊使板材尺寸在可控制精度范围之内，同时保证板材的密度，以及板材的表面光度达A级指标。第二组冷凝对辊为冷压压延挤压辊，同步线速度提高形成速度微差，达到不同的拉升力矩，而消除板材的内应力进一步提高板材的光亮度。成品板材经过各种的加工工艺，板材逐步消除不同的变形翘曲因素。板材内的分子结晶随即改变平稳。
⑤进入最后工序，促使整体板材分子结晶整体平衡。首先进入连续多组滚压微调制备，板材进入微调辊压纠平，从而取得完整的成品板材。这区的设备是由7组14辊镜面辊组成，上下运动加压采用气动设备，传动用链传动方式保持同步同速，14根镜面辊外径为250，这工序整体长为3m，能容2m-10m或更长板材通过这区的设备。经过两次冷压，7组滚压纠平促使成品板材表面达到A级要求，无微孔现象产生。
⑥最后将所述成品的增强复合板材按设计要求切断，制成完整的、合格的成品板材入库。

Claims (10)

1.连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：依次包括如下步骤：
①将连续纤维基布作为原材料，安放在放卷机架（1）上由送布电机带动放卷进布，经牵引、展平、压平至基布表面无任何不平之处，经直纬平、张力一致后进入喷淋预浸箱（2）进行喷淋偶合剂与接枝剂的混合溶剂；
②喷淋预浸后的连续纤维基布在牵引电机带动下进入预浸烘箱（3），在预浸烘箱（3）内经过脱脂、脱蜡、烧毛，基布表面温度达到树脂热熔点后进入由牵引电机带动的多辊装置，进行经纬拉伸、布面舒展、弧形归中后导入热复合三辊压力浸润装置（4）；
③在热复合三辊压力浸润装置（4）中，由复合单螺杆挤出机采用双模同时将具有熔融温度的热塑性树脂呈两片状吐出，将预浸后的连续纤维基布夹在中间，经由压力浸润电机带动，同步齿轮传动连接的三个轴辊进行复合压力浸润，使连续纤维基布与热塑性树脂复合成为整体形预浸增强复合片材；
④预浸增强复合片材经过剪切，按设计厚度要求将多层预浸增强复合片材叠合后经输送带送入热熔烘箱（5），当多层增强复合片材离开热熔烘箱（5）时，其温度达到热熔温度，由机械手吸盘将其送入滚压成型机组（6）；
⑤所述呈热熔状态的多层预浸增强复合片材在滚压成型机组（6）中经热压辊对滚挤压使多层预浸增强复合片材挤压为增强复合板材、再经冷却风管吹冷风快速冷却区、多组冷凝对辊进行高压力挤压，使增强复合板材表面光亮，并消除内应力；再导入连续多组滚压微调装置，对所述板材进行辊压微调、纠平，最后进入修边装置，按照要求修去两边多余的毛边； 
⑥将所述成品的增强复合板材按设计要求切断，制成完整的、合格的成品板材入库。
2.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述连续纤维基布安放在放卷机架（1）上，由气涨轴充气压涨紧，连续纤维基布经磁粉涨力器随送布电机带动的牵引机组同步运行，引导放卷进布。
3.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述预浸烘箱（3）长为2m，烘箱内温度分为三区：190℃～210℃、210℃～230℃、235℃～250℃，连续纤维基布通过预浸烘箱（3）的速度为6～9m/min。
4.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合预浸片，其特征在于：所述单螺杆挤出机采用双模同时吐料，其双模吐模口宽为0.7～1mm，模具内配有阻尼限料系统、可随时调整吐模口的宽度，加热系统采用电加热管导热，每组模具加温区分为五区，左右双模共分十区，可根据吐料的快慢，厚薄调整树脂温度，保证吐料均匀，厚薄一致。
5.所述热复合三辊压力浸润装置（4）中的三根轴辊的轴心线平行度误差在0.02～0.04mm之间。
6.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述热熔烘箱（5）总长16m，输送带运行速度为2-5 m/min，热熔烘箱内的温度分为七个区控制，其温度控制在180-300℃之间，当输送带离开热熔烘箱（5）时，输送带上的多层连续纤维与热塑性树脂复合预浸片的表面温度达到热熔温度。
7.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述滚压成型机组（6）中热压辊表面温度为110℃～145℃，相对滚压压力为15Mpa，运转速度为2.2 m/min。
8.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述滚压成型机组（6）中冷却风管吹冷风快速冷却区域为2～3m，冷风温度低于18℃。
9.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述滚压成型机组（6）中多组冷凝对辊为两组冷凝对辊，且冷凝对辊对合两辊表面均是镜面，光洁度为12级，冷凝运行速度为2.3～2.4m/min，压力为15～18Mpa。
10.根据权利要求1所述的连续纤维基布与热塑性树脂复合板材成型工艺，其特征在于：所述滚压成型机组（6）中连续多组滚压微调装置是由7组14根镜面辊组成，上、下运动加压采用气动设备，7组对辊之间用链传动连接，保持7组对辊同步同速，线速度为2.5～2.6 m/min。
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