CN105082566B - 一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法及其使用的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：将玻纤从纱架单元引出进入展丝单元，通过张力辊进行展丝后进入到复合单元，在复合单元中与双侧喷料涂覆模头喷出的热塑性树脂结合，热塑性树脂在凝固前进入成型单元被两个钢辊进行辊压成型，最后进入收卷单元，切割收卷得到连续纤维增强热塑性树脂预浸料。本发明还公开了一种上述连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，包括纱架单元、展丝单元、复合单元、成型单元和收卷单元，所述纱架单元、所述展丝单元、所述复合单元、所述成型单元和所述收卷单元依次连接。本发明提供的制备方法和所使用的装置简单易得。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种喷涂法制备连续纤维增强热塑性树脂预浸料的方法和使用的装置。
背景技术
连续性纤维增强热塑性树脂是由纤维和树脂两部分组成，绝大多数的热塑性树脂拉伸强度低，但是具有很高的韧性和可塑性；而纤维有很高的拉伸强度，但是容易受到破坏且不容易成型加工。纤维与树脂的复合对二者的缺陷进行互补，使得连续性纤维增强热塑性树脂复合材料的综合性能大大提高。与传统的钢材和铝材相比，其密度约为钢材的1/5，约为铝材的1/2；比强度与比模量也远高于钢和铝的合金，因此在刚度和强度相同的条件下具有质量轻的特点，在节省能源、提高构件的使用性能方面是其它材料无法比拟的。
热塑性树脂可反复加热软化、冷却固化，常温下为高分子量固体，是线型或带少量支链的聚合物，分子间无交联，仅借助范德瓦耳斯力或氢键互相吸引。在成型加工过程中，树脂经加压加热即软化和流动，不发生化学交联，可以在模具内赋形，经冷却定型，制得所需形状的制品。在反复受热过程中，分子结构基本上不发生变化，当温度过高、时间过长时，则会发生降解或分解，这些都是与热固性树脂相区别的特征。
目前，连续纤维增强热塑性树脂预浸料生产方式包含，熔融浸渍法、粉末浸渍法以及喷涂法。美国专利U85529652采用了熔融浸渍法，该工艺将纤维浸渍在熔融槽内，纤维断丝后难以接头，并且树脂在熔融槽内时间较长，影响树脂性能。
发明内容
针对现有技术喷涂法中预浸料浸渍不完全的缺陷，本发明的目的是提供一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，得到的连续纤维增强热塑性树脂预浸料具有浸润效果好、力学性能优异，吸水率低、易加工的优点，可以在汽车、建筑、运输等多个领域应用。。
本发明的另一个目的是提供一种上述连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明提供了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：
将玻纤从纱架单元引出进入展丝单元，通过张力辊进行展丝后进入到复合单元，在复合单元中与双侧喷料涂覆模头喷出的热塑性树脂结合，热塑性树脂在凝固前进入成型单元被两个钢辊进行辊压成型，最后进入收卷单元，切割收卷得到连续纤维增强热塑性树脂预浸料。
所述玻纤为玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维。
所述热塑性树脂为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂。
所述连续纤维增强热塑性树脂预浸料中玻纤的质量百分含量为30～70％，热塑性树脂的质量百分含量为30～70％。
本发明还提供了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，包括纱架单元、展丝单元、复合单元、成型单元和收卷单元，所述纱架单元、所述展丝单元、所述复合单元、所述成型单元和所述收卷单元依次连接。
所述纱架单元中含有纱架张力控制装置，用于控制每一卷纱的张力相同以及张力的大小范围为3N～10N。
所述展丝单元中含有三个转动辊，其中第三个转动辊为槽辊。
所述复合单元包含左喷料涂覆模头和右喷料涂覆模头，所述左喷料涂覆模头和所述右喷料涂覆模头均含有上出料口和下出料口。
所述上出料口和所述下出料口的距离为30cm，所述上出料口和所述下出料口上下交错，左右部分重叠，玻纤经过所述上出料口和所述下出料口形成S型。
所述左喷料涂覆模头和所述右喷料涂覆模头上均含有增压泵，用于保证所述上出料口和所述下出料口出料均一，具有的压力为1～3MPa。
所述左喷料涂覆模头和所述右喷料涂覆模头均包含温度控制装置，用于将所述左喷料涂覆模头和所述右喷料涂覆模头整体控制温度在500℃以内。
所述左喷料涂覆模头和所述右喷料涂覆模头的凹槽处之间的距离为5mm。
所述成型单元包括两个气压钢辊筒，两钢辊之间距离可以根据需要控制，所述气压钢辊筒内设有用于对钢辊进行水浴加热的水流通道。
所述收卷单元包含裁切设备和收卷设备，所述裁切设备和所述收卷设备连接，其中裁切设备可以裁切所需宽度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的喷料涂覆模头分为左喷料涂覆模头和右喷料涂覆模头，每个模头含有上下两个出料口，树脂相当于经过玻纤2次浸润。
2、本发明提供的左喷料涂覆模头和右喷料涂覆模头的出料口上下交错，左右部分重叠，玻纤经过相邻两个出料口形成S型，模头不但起到出料作用，而且可以辅助展丝。
3、上出料口和下出料口的距离为30cm，给予树脂对玻纤的较长的浸润时间。
4、本发明提供的左喷料涂覆模头和右喷料涂覆模头上含有增压泵，保证每个喷料涂覆模头上下两个出料口出料均一且具有较高的压力。以上均可以提高树脂对玻纤的浸润效果，从而达到每一根玻纤能够被树脂浸润透彻。
5、本发明提供的制备方法和所使用的装置简单易得，得到的连续纤维增强热塑性树脂预浸料具有浸润效果好、力学性能优异，吸水率低、易加工的优点，可以在汽车、建筑、运输等多个领域应用。
附图说明
图1是实施例1所示连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置的示意图。
图2是左喷料涂覆模头和右喷料涂覆模头的结构示意图。
其中：1为纱架单元，2为展丝单元，3为复合单元，4为成型单元，5为收卷单元，31为左喷料涂覆模头，32为右喷料涂覆模头，33为上出料口，34为下出料口，35为增压泵，36为温度控制装置，51为裁切设备，52为收卷设备。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：将玻璃纤维从纱架单元1引出进入展丝单元2，通过张力辊进行展丝后进入到复合单元3，在复合单元3中与双侧喷料涂覆模头喷出的热塑性树脂聚丙烯树脂结合，热塑性树脂在凝固前进入成型单元4被两个温度为80℃的钢辊进行辊压成型，最后进入收卷单元5，切割收卷得到连续纤维增强热塑性树脂预浸料。连续纤维增强热塑性树脂预浸料中玻纤的质量百分含量为30％，热塑性树脂的质量百分含量为70％。
一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，如图1所示，图1是实施例1所示连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置的示意图；包括纱架单元1、展丝单元2、复合单元3、成型单元4和收卷单元5，所述纱架单元1、所述展丝单元2、所述复合单元3、所述成型单元4和所述收卷单元5依次连接。其中：纱架单元1中含有纱架张力控制装置，用于控制每一卷纱的张力相同以及张力的大小为7N。展丝单元2中含有三个转动辊，其中第三个转动辊为槽辊。
如图2所示，图2是左喷料涂覆模头和右喷料涂覆模头的结构示意图。复合单元3包含左喷料涂覆模头31和右喷料涂覆模头32，所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32均含有上出料口33和下出料口34。所述上出料口33和所述下出料口34的距离为30cm，所述上出料口33和所述下出料口34上下交错，左右部分重叠，玻纤经过所述上出料口33和所述下出料口34形成S型。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32上均含有增压泵35，用于保证所述上出料口33和所述下出料口34出料均一，具有的压力为3MPa。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32均包含温度控制装置36，用于将所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32整体控制温度在265℃以内。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32的凹槽处之间的距离为5mm。
成型单元4包括两个气压钢辊筒，两钢辊之间距离可以根据需要控制，所述气压钢辊筒内设有用于对钢辊进行水浴加热的水流通道，保持温度在80℃。收卷单元5包含裁切设备51和收卷设备52，所述裁切设备51和所述收卷设备52连接，其中裁切设备51可以裁切所需宽度。
实施例2
一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：将芳纶纤维从纱架单元1引出进入展丝单元2，通过张力辊进行展丝后进入到复合单元3，在复合单元3中与双侧喷料涂覆模头喷出的热塑性树脂聚乙烯树脂结合，热塑性树脂在凝固前进入成型单元4被两个温度为70℃的钢辊进行辊压成型，最后进入收卷单元5，切割收卷得到连续纤维增强热塑性树脂预浸料。连续纤维增强热塑性树脂预浸料中玻纤的质量百分含量为70％，热塑性树脂的质量百分含量为30％。
一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，包括纱架单元1、展丝单元2、复合单元3、成型单元4和收卷单元5，所述纱架单元1、所述展丝单元2、所述复合单元3、所述成型单元4和所述收卷单元5依次连接。其中：纱架单元1中含有纱架张力控制装置，用于控制每一卷纱的张力相同以及张力的大小为3N。展丝单元2中含有三个转动辊，其中第三个转动辊为槽辊。
复合单元3包含左喷料涂覆模头31和右喷料涂覆模头32，所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32均含有上出料口33和下出料口34。所述上出料口33和所述下出料口34的距离为30cm，所述上出料口33和所述下出料口34上下交错，左右部分重叠，玻纤经过所述上出料口33和所述下出料口34形成S型。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32上均含有增压泵35，用于保证所述上出料口33和所述下出料口34出料均一，具有的压力为1MPa。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32均包含温度控制装置36，用于将所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32整体控制温度在210℃以内。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32的凹槽处之间的距离为5mm。
成型单元4包括两个气压钢辊筒，两钢辊之间距离可以根据需要控制，所述气压钢辊筒内设有用于对钢辊进行水浴加热的水流通道，保持温度在70℃。收卷单元5包含裁切设备51和收卷设备52，所述裁切设备51和所述收卷设备52连接，其中裁切设备51可以裁切所需宽度。
实施例3
一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：将玄武岩纤维从纱架单元1引出进入展丝单元2，通过张力辊进行展丝后进入到复合单元3，在复合单元3中与双侧喷料涂覆模头喷出的热塑性树脂聚丙烯树脂结合，热塑性树脂在凝固前进入成型单元4被两个温度为70℃的钢辊进行辊压成型，最后进入收卷单元5，切割收卷得到连续纤维增强热塑性树脂预浸料。连续纤维增强热塑性树脂预浸料中玻纤的质量百分含量为50％，热塑性树脂的质量百分含量为50％。
一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，包括纱架单元1、展丝单元2、复合单元3、成型单元4和收卷单元5，所述纱架单元1、所述展丝单元2、所述复合单元3、所述成型单元4和所述收卷单元5依次连接。其中：纱架单元1中含有纱架张力控制装置，用于控制每一卷纱的张力相同以及张力的大小为10N。展丝单元2中含有三个转动辊，其中第三个转动辊为槽辊。
复合单元3包含左喷料涂覆模头31和右喷料涂覆模头32，所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32均含有上出料口33和下出料口34。所述上出料口33和所述下出料口34的距离为30cm，所述上出料口33和所述下出料口34上下交错，左右部分重叠，玻纤经过所述上出料口33和所述下出料口34形成S型。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32上均含有增压泵35，用于保证所述上出料口33和所述下出料口34出料均一，具有的压力为2MPa。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32均包含温度控制装置36，用于将所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32整体控制温度在210℃以内。所述左喷料涂覆模头31和所述右喷料涂覆模头32的凹槽处之间的距离为5mm。
成型单元4包括两个气压钢辊筒，两钢辊之间距离可以根据需要控制，所述气压钢辊筒内设有用于对钢辊进行水浴加热的水流通道，保持温度在70℃。收卷单元5包含裁切设备51和收卷设备52，所述裁切设备51和所述收卷设备52连接，其中裁切设备51可以裁切所需宽度。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将玻纤从纱架单元(1)引出进入展丝单元(2)，通过张力辊进行展丝后进入到复合单元(3)，在复合单元(3)中与双侧喷料涂覆模头喷出的热塑性树脂结合，热塑性树脂在凝固前进入成型单元(4)被两个钢辊进行辊压成型，最后进入收卷单元(5)，切割收卷得到连续纤维增强热塑性树脂预浸料；
所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：包括纱架单元(1)、展丝单元(2)、复合单元(3)、成型单元(4)和收卷单元(5)；
所述纱架单元(1)、所述展丝单元(2)、所述复合单元(3)、所述成型单元(4)和所述收卷单元(5)依次连接；
所述复合单元(3)包含左喷料涂覆模头(31)和右喷料涂覆模头(32)，所述左喷料涂覆模头(31)和所述右喷料涂覆模头(32)均含有上出料口(33)和下出料口(34)；
所述上出料口(33)和所述下出料口(34)上下交错，左右部分重叠，玻纤经过所述上出料口(33)和所述下出料口(34)形成S型；
所述左喷料涂覆模头(31)和所述右喷料涂覆模头(32)上均含有增压泵(35)，用于保证所述上出料口(33)和所述下出料口(34)出料均一，具有的压力为1～3MPa。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，其特征在于：所述玻纤为玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维。
3.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，其特征在于：所述热塑性树脂为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂。
4.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法，其特征在于：所述连续纤维增强热塑性树脂预浸料中玻纤的质量百分含量为30～70％，热塑性树脂的质量百分含量为30～70％。
5.一种权利要求1至4任一所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：包括纱架单元(1)、展丝单元(2)、复合单元(3)、成型单元(4)和收卷单元(5)，所述纱架单元(1)、所述展丝单元(2)、所述复合单元(3)、所述成型单元(4)和所述收卷单元(5)依次连接。
6.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述纱架单元(1)中含有纱架张力控制装置，用于控制每一卷纱的张力相同以及张力的大小范围为3N～10N。
7.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述展丝单元(2)中含有三个转动辊，其中第三个转动辊为槽辊。
8.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述上出料口(33)和所述下出料口(34)的距离为30cm。
9.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述左喷料涂覆模头(31)和所述右喷料涂覆模头(32)均包含温度控制装置(36)，用于将所述左喷料涂覆模头(31)和所述右喷料涂覆模头(32)整体控制温度在500℃以内。
10.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述左喷料涂覆模头(31)和所述右喷料涂覆模头(32)的凹槽处之间的距离为5mm。
11.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述成型单元(4)包括两个气压钢辊筒，所述气压钢辊筒内设有用于对钢辊进行水浴加热的水流通道。
12.根据权利要求5所述的连续纤维增强热塑性树脂预浸料的制备方法所使用的装置，其特征在于：所述收卷单元(5)包含裁切设备(51)和收卷设备(52)，所述裁切设备(51)和所述收卷设备(52)连接。
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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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
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Effective date of registration: 20230620 Granted publication date: 20190416 |