CN103847111B - 一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法。本发明涉及的设备包括预分散装置、消除静电装置、挤出机、辐射熔融浸渍装置、二次浸渍装置、牵引装置和收卷装置。首先,将连续纤维丝从纱架导入到预分散装置上,预分散装置在分散纤维的同时还对纤维进行加热和烘干,使纤维表面的温度达到熔融树脂的熔融温度和表面处理剂的破坏温度之间,以便更好的浸渍。之后,将预热的纤维通过消除静电装置,接着将纤维丝导入由挤出机供料的辐射熔融浸渍装置内,在张力辊的作用下,对纤维束进行浸渍,然后将纤维束引入二次浸渍装置实现再次浸渍,以达到良好的浸渍效果。与现有技术相比,本发明显著提高了纤维束的浸渍效果,整套成型设备结构简单,操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备,具体地说,是一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法。
背景技术
长纤维增强热塑性塑料具有重量轻、价廉、易于回收重复利用等特点,已成为热塑性塑料市场增长最快的产品之一。它不仅广泛应用于航天航空和军事领域,而且在能源交通、信息通讯和建材领域等方面的应用也与日俱增。
到目前为止,国内已经公开了一些的制备连续纤维增强热塑性树脂的浸渍设备与浸渍方法,这些成型方法的共同特点是浸渍设备比较单一,附属设备复杂化,由于绝大多数的热塑性熔体在低剪切速率下,具有高的粘度和低的假塑性,很难渗入到几微米或十几微米的纤维中,难以使纤维束获得完全均匀地浸渍,而且聚合物熔体的粘度较高,纤维完全浸渍需要较高的温度、压力和时间。例如:在公开号为CN101856872A的中国发明专利中,将预热后的的连续纤维带导入交错可开合双挤出模头组进行预浸渍,这种浸渍工艺方法是波浪型浸渍,浸渍的过程只能依靠纤维的绷劲力和模头口喷出熔融树脂的压力或者模头紧压纤维束的力进行浸渍,该工艺过程不能保证纤维束得到充分的浸渍;此外,纤维束单侧浸渍的时候,一个挤出模头相当于一个流道,使浸渍程度受到很大限制,进而大大降低了浸渍效果。
本发明在辐射熔融浸渍装置内的张力辊芯部设置了2个呈辐射状的狭缝流道,使聚合物熔体流经狭缝流道时受到强烈的剪切作用,进而使熔体粘度降低,并在辐射熔融浸渍模具的狭缝流道的出口处与通过其表面的连续纤维带发生浸渍,并在一定的熔体压力作用下浸渍到纤维带的内部,形成预浸带;再通过二次浸渍装置,更进一步提高纤维束的浸渍效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有连续纤维增强热塑性树脂制备方法中存在的技术缺陷和设备设计的不合理,设计一种辐射熔融浸渍法,其特点是一辊多流道,使纤维束的分散和浸渍都达到较好的效果,同时使设备得到精简化。
为了实现上述的目的,本发明的技术方案如下。
1、一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法,其特征在于:该成型方法涉及到的设备依次包括:预分散装置1、消除静电装置2、辐射熔融浸渍模具3、挤出机4、二次浸渍装置5、牵引装置6和收卷装置7。
2、根据权利要求1所述的成型方法,其特征在于所述的预分散装置1由3-5个等间距排布的分散辊12组成,张力辊直径为40-100mm,张力辊呈“一”字型排布,间距为40-100mm,张力辊为空心结构,芯部由电加热棒11加热。
3、根据权利要求1所述的成型方法,其特征在于所述的辐射熔融浸渍模具3由3-5个等间距排布的张力辊9组成,张力辊直径为40-100mm,相邻两个张力辊水平方向之间的距离为25-60mm,每个张力辊上有2个呈辐射状的狭缝流道,狭缝流道间隙为0.5-1.5mm,2个流道的夹角为45°-90°;包覆角通过浮动管束10来调整。
4、根据权利要求1所述的成型方法,其特征在二次浸渍装置5由3个等间距“一字型”排布的张力辊8组成,张力辊直径为200-300mm,相邻两个张力辊水平方向之间的距离为25-60mm;张力辊8由导热油加热。
5、一种根据权利要求1~4所述的成型方法制备一种连续纤维增强热塑性树脂片材的特征在于,所用的热塑性树脂为聚丙烯,尼龙,PET(聚对苯二甲酸类塑料),PEEK(聚醚醚酮)中的一种或几种,同时还包括界面改性剂、抗氧剂、润滑剂,连续纤维为玻璃纤维或碳纤维;该方法包括以下步骤:
1)首先,将连续纤维束按照波浪型绕过预分散装置1的分散辊12,经过张力辊的张力作用,连续纤维束被均匀分散,并平铺展开为预定宽度的纤维带,纤维带在分散的同时被加热棒11加热,以达到预定的温度;
2)之后,连续纤维带经过消除静电装置2,消除由于摩擦产生的静电;
3)连续纤维带经过预分散和消除静电后,连续纤维带被导入辐射熔融浸渍模具3内,辐射熔融浸渍模具3与挤出机4连接,聚合物通过挤出机4熔融后,依靠螺杆的压力进入辐射熔融浸渍模具3的狭缝流道,聚合物熔体流经狭缝流道时受到强烈的剪切作用,熔体粘度降低,并在辐射熔融浸渍模具3的狭缝流道的出口处与通过其表面的连续纤维带发生浸渍,并在一定的熔体压力作用下浸渍到纤维带的内部,形成预浸带;
4)之后,预浸带被导入二次浸渍装置5,在“一”字型排布的张力辊7的作用下,使已渗入到纤维带中的熔体可以继续沿纤维横向和纵向流动,使纤维在熔体中的分布更加均匀,浸渍带经过多次辊压,能使纤维带完全浸润;
5)预浸带在牵引装置的作用下导出二次浸渍装置5,自然冷却后,然后经过收卷装置7收卷成卷,其中预浸带的厚度可由牵引装置的两个辊轮之间的间隙来调。
附图说明
图1是本发明连续纤维增强热塑性树脂片材成型设备的主视剖面图。
图2是本发明连续纤维增强热塑性树脂片材成型设备的俯视图。
图3是本发明辐射熔融浸渍装置中第二张力辊的截面图。
其中,1-预分散装置;2-消除静电装置;3-辐射熔融浸渍装置;4-挤出机;5-二次浸渍装置;6-牵引装置;7-收卷装置;8-第二张力辊;9-第一张力辊;10-浮动辊;11-加热棒;12-分散辊;13-连续纤维。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示,一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法,其特征在于:该成型方法涉及到的设备依次包括:预分散装置1、消除静电装置2、辐射熔融浸渍装置3、挤出机4、二次浸渍装置5、牵引装置6和收卷装置7;预分散装置1由三个等间距的分散辊组成,分散辊的直径为60mm,间距为45mm,其中分散辊的芯部分别插入加热棒11,以提供加热和烘干热源;辐射熔融浸渍装置3由四个等间距的第一张力辊9组成,第一张力辊9的直径为50mm,其间距为50mm,每个张力辊上开设有2个呈辐射状的狭缝流道,狭缝流道间隙为1.0mm,狭缝流道的夹角为60°;二次浸渍装置5由三个等间距的第二张力辊8组成,第二张力辊8的直径为240mm,间距为200mm。
具体实施实例一
将连续的碳纤维T300(日本东丽公司生产)安装在纱架的锭子上,然后将碳纤维按照波浪型缠绕通过预分散装置,同时对碳纤维进行加热,预设温度为260℃;之后通过消除静电装置消除由于摩擦产生的静电,然后将碳纤维引向辐射熔融浸渍装置的进丝孔,进入辐射熔融浸渍装置内的碳纤维也按照波浪型缠绕第一张力辊,按照同样的方法把碳纤维引向二次浸渍装置,最后把碳纤维由二次浸渍装置的出口导出,依次经过牵引装置和收卷装置。
碳纤维的排布工作完毕后,打开双螺杆挤出机,将热塑性树脂熔体压进辐射熔融浸渍模具,其中双螺杆挤出机的设置温度如下:一区240℃、二区260℃、三区280℃、四区290℃、五区320℃,热塑性树脂熔体为尼龙66(北京鑫亿永达商贸有限公司),同时还包括界面改性剂、抗氧剂、润滑剂;热塑性树脂熔体进入辐射熔融浸渍装置后,打开牵引装置,以一定的速度对片材进行牵引,最后打卷包装。
具体实施实例二
将连续的玻璃纤维(浙江巨石集团)安装在纱架的锭子上,然后将玻璃纤维按照波浪型缠绕通过预分散装置,同时对玻璃纤维进行加热,预设温度为230℃;之后通过消除静电装置消除由于摩擦产生的静电,然后将玻璃纤维引向辐射熔融浸渍装置的进丝孔,进入辐射熔融浸渍装置内的玻璃纤维也按照波浪型缠绕张力辊,按照同样的方法把玻璃纤维引向二次浸渍装置,最后把玻璃纤维由二次浸渍装置的出口导出,依次经过牵引装置和收卷装置。
玻璃纤维的排布工作完毕后,打开双螺杆挤出机,将热塑性树脂熔体压进辐射熔融浸渍装置,其中双螺杆挤出机的设置温度如下:一区225℃、二区230℃、三区240℃、四区255℃、五区265℃,热塑性树脂熔体为聚丙烯(滨州市金龙塑料有限责任公司),同时还包括界面改性剂、抗氧剂、润滑剂;热塑性树脂熔体进入辐射熔融浸渍装置后,打开牵引机,以一定的速度对片材进行牵引,最后打卷包装。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此,无论从那一点来看,本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明,权利要求书指出了本发明的范围,因此,与本发明的权利要求书相当的含有和范围内的任何改变,都应认为是包括在权利要求书的范围内。
Claims (3)
1.一种用于连续纤维增强热塑性树脂片材成型的设备,其特征在于:该设备依次包括:预分散装置(1)、消除静电装置(2)、辐射熔融浸渍装置(3)、挤出机(4)、二次浸渍装置(5)、牵引装置(6)和收卷装置(7),辐射熔融浸渍装置(3)与挤出机(4)通过过渡段连接;
所述的预分散装置(1)由3-5个分散辊(12)组成,分散辊直径为40-100mm,分散辊呈“一”字型排布,间距为40-100mm,分散辊为空心结构,分散辊由芯部电加热棒(11)加热;
所述的辐射熔融浸渍装置(3)由3-5个等间距排布的第一张力辊(9)组成,第一张力辊直径为40-100mm,相邻两个第一张力辊水平方向之间的距离为25-60mm,每个第一张力辊上有2个呈辐射状的狭缝流道,狭缝流道间隙为0.5-1.5mm,狭缝流道的夹角为45°-90°,包覆角通过浮动辊(10)来调整。
2.根据权利要求1所述的用于连续纤维增强热塑性树脂片材成型的设备,其特征在于二次浸渍装置(5)由3个等间距“一字型”排布的第二张力辊(8)组成,第二张力辊直径为200-300mm,相邻两个第二张力辊水平方向之间的距离为200-300mm;第二张力辊(8)由芯部导热油加热。
3.一种应用权利要求1~2之一所述的成型设备制备连续纤维增强热塑性树脂片材的方法,其特征在于:所用的材料包括热塑性树脂、连续纤维、界面改性剂、抗氧剂、润滑剂,其中所用的热塑性树脂为聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸类塑料、聚醚醚酮中的一种或几种,所用的连续纤维为玻璃纤维或碳纤维;该方法包括以下步骤:
(1)首先,将连续纤维束按照波浪型绕过预分散装置(1)的分散辊,经过分散辊的分散作用,连续纤维束被均匀分散,并被平铺展开为预定宽度的纤维带,纤维带在分散的同时被加热棒(11)加热,以达到设定的温度;
(2)之后,连续纤维带经过消除静电装置(2),消除由于摩擦产生的静电;
(3)连续纤维带经过预分散和消除静电后,被导入辐射熔融浸渍装置(3),辐射熔融浸渍装置(3)与挤出机(4)通过过渡段连接,热塑性树脂通过挤出机(4)熔融后,在螺杆的挤压作用下进入辐射熔融浸渍装置(3)的第一张力辊(9)的狭缝流道,热塑性树脂熔体流经狭缝流道时受到强烈的剪切作用,熔体粘度降低,并在第一张力辊(9)的狭缝流道的出口处与通过其表面的连续纤维带发生浸渍,在一定的熔体压力作用下浸渍到纤维带的内部,形成预浸带;
(4)之后,预浸带被导入二次浸渍装置(5),在“一”字型排布的第二张力辊(8)的作用下,使已渗入到纤维带内部的熔体继续沿纤维横向和纵向流动,使熔体在纤维带中的分布更加均匀,浸渍带经过多次辊压,使纤维带被熔体完全浸润;
(5)之后,预浸带在牵引装置(6)的作用下导出二次浸渍装置(5),自然冷却后,经过收卷装置(7)收卷,其中预浸带的厚度可由牵引装置(6)的两个辊轮之间的间隙来调整。
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