CN105538538A - 一种长纤维束熔融浸渍系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种长纤维束熔融浸渍系统，其中：所述浸渍系统包含驱动单元和至少一组配套成对的驱动套辊，所述驱动单元提供所述驱动套辊旋转的动力，所述驱动套辊由第一驱动辊和第二驱动辊组成，所述第一驱动辊和第二驱动辊间留有供长纤维束通过的狭缝，所述的第一驱动辊和第二驱动辊旋转时均与辊间狭缝中的长纤维束接触，所述第一驱动辊和第二驱动辊相互嵌合产生的合力推动辊间狭缝中的长纤维束运动。本发明同时实现了减小浸渍过程中长纤维束厚度和加大长纤维束单丝分散均匀度的目的，达到纤维折损少、浸润充分、分散均匀、高速稳定生产的效果，从而获得性能更加优异的长纤维增强热塑性塑料。

Description

一种长纤维束熔融浸渍系统

技术领域

本发明涉及成型加工设备领域，具体涉及一种长纤维束熔融浸渍系统。

背景技术

改性塑料是涉及面广、科技含量高、能创造巨大经济效益的一个塑料产业领域，而塑料改性技术更是几乎深入到所有塑料制品的原材料与成型加工过程。 改性塑料的发展前景具有以下趋势：通用塑料工程化、工程塑料高性能化、特种工程塑料低成本化、纳米复合技术等高技术的应用、改性塑料的绿色、环保、低碳、循环再利用。

长纤维增强热塑性塑料（Long Fiber Reinforced Thermoplastics, LFT）是近年来取得突破进展的高性能新材料，可以弥补或取代常规短纤维增强热塑性塑料（Short Fiber Reinforced Thermoplastics, SFT）的许多不足和缺点。长纤维增强技术是实现通用塑料工程塑料化和工程塑料高性能化目标的关键核心技术，已普遍受到国内外复合材料科研与工业界的广泛重视和开发生产。与SFT相比，LFT具有以下方面显著优点：1）弯曲强度、拉伸强度可提高30-100%；2）冲击韧性等抵抗应力断裂的能力可提高4-10倍；3）具有独有的三维网络结构，使得抗蠕变性能优异，尤其适合使用于高低温交变频繁场合；4）超高尺寸精度，纵横收缩率小而均匀；5）既可在普通注塑机上进行注塑成型，也可模压成型；6）低翘曲、表面光洁，浮纤少；7）即使是厚壁制件，收缩率小，制品很容易实现薄壁轻量化。正是由于LFT塑料具有上述突出的性能，被广泛应用于汽车工程塑料结构部件，替代金属零部件以节省成本、降低重量、减少能耗；替代价格高的特种工程塑料，如尼龙、聚苯硫醚等；取代热固性玻璃钢复合材料，如氨基树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂等，提高成型效率、降低成本，符合循环使用的环保要求，从而使纤维增强热塑性复合材料应用领域得到进一步的加强、扩展和深化。

当前工业规模化的长纤维增强技术是熔融浸渍法，其是将树脂加热熔融，然后使纤维束与树脂熔体相互接触作用，形成浸渍料。长纤维增强热塑性复合材料的最终性能取决于长纤维在树脂基体中的浸渍效果，如果浸渍效果不好，就无法获得性能优良的长纤维增强热塑性复合材料。

熔融浸渍过程中，熔体沿纤维方向的流动和穿透纤维方向的流动时同时发生的，可以近似视为多孔结构的流动。液体通过多孔结构流动的渗透速率 可由Darcy经验定律给出：

熔体浸渍纤维所需的浸渍时间t_mp：

式中：k—渗透率；

x—液体流动长度；

η—液体黏度；

p—作用在液体上的压力降；

p_m —施加在熔体上的外部压力；

p_c —纤维束毛细压力。

根据流体力学理论和Darcy经验定律可知，纤维浸渍效果与浸渍过程中长纤维束厚度和单丝分散均匀度、树脂熔体粘度、纤维束牵引张力、浸渍时间等众多因素相关。提高熔体压力、降低熔体黏度、减小纤维束厚度，将提高长纤维的浸渍效果。其中，提高熔体压力需考虑与输出能量的平衡，降低熔体黏度需结合能量、配方角度考虑，减小纤维束厚度可从分散角度出发。

现有的提高长纤维的浸渍效果的方法存在诸多问题：1）热塑性树脂熔体的粘度高，流动不易，对纤维的浸渍较为困难，通常依赖于添加特性助剂进行配方调整降低黏度，但是通常特性助剂价格昂贵，并且会降低长纤维增强复合材料的性能和影响外观；2）利用增大牵引张力作用对长纤维进行分散和浸渍会严重损伤长纤维，甚至折断，影响生产效率；3）延长浸渍时间可以提高纤维的浸渍效果，但是由于热塑性树脂的熔点都较高，如果热塑性树脂长时间处于高温环境下，易被氧化进而影响长纤维增强复合材料的质量。

如图1所示，早期熔融浸渍系统通过长纤维束绕行固定位结构（参见图1a），依靠外加牵引装置提供的牵引力顶紧长纤维束从而减小浸渍过程中长纤维束的厚度。所述的固定位结构是指不能移动和绕圆心转动的结构，如鞘钉、扁带、弯曲流道、蛇形管、固定辊轴、导辊、平辊、压辊等。长纤维束在外加牵引装置的张力作用下顶紧分散，厚度减小，使热塑性树脂能够透过长纤维束，可获得较好的浸润，但此类设计一般包含多组拐角结构，包覆角大且张力作用点集中，固定位与纤维束接触产生的摩擦力大，易出现纤维折损甚至折断，导致复合材料中长纤维的含量大幅度降低，使得复合材料的性能也大幅度降低（参见图1b的上图）；甚至由于堵塞口模而停机得不到长纤维增强的复合材料，也就是经熔融后得到的仍为没有长纤维的热塑性材料（参见图1b的下图）。

如图2所示，目前较多采用的熔融浸渍系统是轮系结构或轮系结构与固定位结构的组合结构，并且所述的轮系结构的转动是被动的，由长纤维束带动其转动。所述轮系结构，不同的文献中说法不同，可以是转动导辊、接触导丝辊、非接触导丝辊、主动轮、从动轮、辊轮等（参见图2a）。依靠外加牵引装置提供的预加牵引力使长纤维束在热塑性树脂熔体中穿过，由长纤维束带动轮系结构旋转，进而搅动热塑性树脂熔体，从而提高熔体流动性，提高长纤维浸渍速度。但是采用该方法生产的长纤维增强复合材料，由于仅靠几组无动力传动的轮系结构（例如辊轮）产生的熔体紊流非常有限，虽然减少了长纤维的折损或折断，但在浸渍过程中，对于减小长纤维束厚度的作用并不大，所得产品往往呈现“皮芯”结构的简单包覆状，仅表层纤维被树脂熔体浸润，芯层纤维甚至仍处于干态（参见图2b），整体长纤维难以达到充分浸润，长纤维与热塑性树脂之间无法获得良好的界面结合，难以获得高性能的长纤维增强复合材料。以长纤维增强塑料粒料（LFT-G）为例，轮系结构的熔融浸渍系统制得的产品实物剖面图如图2c所示，可见，图2c与图2b的示意图一致，芯层纤维甚至仍处于干态，整体长纤维没有达到充分浸润。

此外，陆续出现了一些其他的结构和设计，如图3所示，开设有凹槽的张力辊、带有螺旋状凹槽的辊轮、齿轮熔体泵等（参见图3a），这些结构虽然采用增加熔体紊流的方法，相对降低了熔体黏度，有利于纤维浸渍，但是由于激烈的不均匀的熔体波动，干扰了纤维轴向和径向的分布，降低了长纤维束的单丝分散均匀度，在产品中呈不均匀状态分布（参见图3b），最终导致弱化增强相纤维在树脂基体中的三维网络结构骨架效应的发挥，仍然不能满足质量的要求。以长纤维增强塑料粒料（LFT-G）为例，这种结构的熔融浸渍系统制得的产品实物剖面图如图3c所示，可见，图3c与图3b的示意图一致，长纤维束的单丝仅分散在产品的一侧，呈不均匀状态分布。

到目前为止，利用熔融浸渍法生产长纤维增强热塑性塑料的技术中，尚未见既能提高长纤维的浸渍效果，使最终产品中的长纤维单丝能在热塑性树脂中完全充分浸润（长纤维单丝在热塑性树脂中完全均匀分布）、又能提高浸渍速度的报道。

发明内容

针对现有熔融浸渍系统固定位结构和轮系结构等结构设计仍然存在的纤维折损大、浸润不充分、分散均匀性差的缺点，本发明提供一种利用驱动单元提供套辊旋转动力的、由驱动套辊相互嵌合产生合力推动辊间狭缝中长纤维束运动的熔融浸渍系统，所述的熔融浸渍系统同时实现了减小浸渍过程中长纤维束厚度和加大长纤维束单丝分散均匀度效果，达到纤维折损少、浸润充分、分散均匀、高速稳定生产的效果。本发明提供的熔融浸渍系统能同时提高长纤维的浸渍效果，使最终产品中的长纤维单丝能在热塑性树脂中完全充分浸润（长纤维单丝在热塑性树脂中完全均匀分布）、又能提高浸渍速度，解决了现有技术尚未解决的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：一种长纤维束熔融浸渍系统，其中：

所述浸渍系统包含驱动单元和至少一组配套成对的驱动套辊，所述驱动单元提供所述驱动套辊旋转的动力，所述驱动套辊由第一驱动辊和第二驱动辊组成，所述第一驱动辊和第二驱动辊间留有供长纤维束通过的狭缝，所述第一驱动辊和第二驱动辊旋转时均与通过辊间狭缝中的长纤维束接触，所述第一驱动辊和第二驱动辊相互嵌合产生合力推动辊间狭缝中的长纤维束运动。

进一步地，所述配套成对的驱动套辊可以是多组，可以是2-6组，优选的，可以是3-5组。

进一步地，所述的驱动套辊的第一驱动辊和第二驱动辊为异向转动。

进一步地，不同组之间的驱动套辊的转动方式可以是相同，也可以是相反的。

进一步地，所述的熔融浸渍系统还可以包括浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模。

进一步地，所述第一驱动辊的轴向开设至少两个外圆弧槽，所述第二驱动辊的轴向开设至少两个与所述第一驱动辊匹配的内圆弧槽。

进一步地，所述驱动套辊的圆弧槽的投影面为镶嵌图形，所述的镶嵌图形优选正弦曲线、余弦曲线、波浪线、半椭圆中的任意一种或任意多种。当第一驱动辊投影图形为某一特定正弦曲线时，第二驱动辊投影图形为该特定正弦曲线向水平移动π单位的对应正弦曲线。

进一步地，所述第一驱动辊和第二驱动辊间的狭缝可根据引入长纤维束的粗细进行调节，作为优选的狭缝尺寸为500μm~5mm。

进一步地，所述长纤维束的规格可以按生产要求自由定制，作为优选可以是2400tex、4800tex、9600tex。

进一步地，所述长纤维束的材料可以选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、金属纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维的任意一种或任意多种。

进一步地，本发明所述的驱动单元包括齿轮箱、马达、变频器、齿轮、蜗轮蜗杆、链条、连杆等机构部件。

进一步地，本发明所述的浸渍系统由驱动单元、驱动套辊、浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模等部件组成。

本发明还提供一种长纤维增强型复合材料生产设备，所述的生产设备包括如前所述的各种长纤维束熔融浸渍系统。

进一步地，所述的生产设备还可以包括塑化装置、冷却装置和收集装置；优选的，所述的生产设备还可以包括预热预分散装置、塑化装置、冷却装置和收集装置。所述的预热预分散装置是使长纤维束预热和预蓬松的装置，所述的预热预分散装置可以是加热压辊、预热套筒、空气分离器等。所述的塑化装置是使固态的热塑性树脂变为熔融态的装置，所述的塑化装置可以是单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、螺杆式注塑机、柱塞式注塑机等。所述的收集装置是将长纤维复合材料分不同产品形态进行切割或卷取储存的装置，所述的收集装置可以是切粒机、卷绕机等。

本发明所述的熔融浸渍系统包括浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模，所述熔体入口口模与所述的塑化装置末端笔直连通，固定在所述浸渍腔体的前端，所述的长纤维入口通道设在与浸渍腔体成一夹角的平面内。

本发明还提供一种长纤维增强型复合材料，所述的长纤维增强型复合材料由如前所述的生产设备制得。

所述的长纤维增强型复合材料可以是，长纤维增强塑料粒料（LFT-G）、直接成型增强塑料制品（LFT-D）、纤维毡增强塑料片材（GMT）、连续纤维热塑性塑料预浸带（CFRT）以及按其他分类方法但实际上使用了本发明方法生产的长纤维增强型复合材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的驱动辊是有动力传动的主动式驱动辊，长纤维束是由驱动辊推动运动的。第一驱动辊和第二驱动辊相互嵌合产生合力推动辊间狭缝中的长纤维束运动，可有效地将厚的长纤维束分散成长纤维单丝带，达到减小纤维束厚度的目的；驱动套辊由驱动单元提供旋转动力，确保每组驱动套辊受力均衡、无衰减，保证了熔体在纤维轴向的流动稳定性，提高长纤维束单丝分散均匀度；能使长纤维增强热塑性树脂复合材料中的长纤维单丝在热塑性树脂中完全充分浸润（长纤维单丝在热塑性树脂中完全均匀分布）、物料（长纤维和树脂）停留时间短（浸渍腔体长度缩短近一半），可实现最大浸渍线速度，比常规浸渍系统（或浸渍模头）提高近一倍，同时能确保浸渍充分，保证了连续高速、高质量的生产。

2、第一驱动辊和第二驱动辊组成的驱动套辊，通过改变内、外圆弧槽曲面幅度，实现辊面接触对纤维束最佳程度的开束分散，减小纤维束厚度的同时可调控与磨损之间的平衡。

3、第一驱动辊和第二驱动辊组成的驱动套辊，通过改变内、外圆弧槽曲面周期，实现每束长纤维都能够沿着独立的峰谷方向前进，保证熔体在纤维径向的稳定性，提高长纤维束单丝分散均匀度。

4、本发明的生产设备可以不用外加牵引装置，以动力传动的驱动辊近距离推动长纤维束，可以实现浸渍过程的微观调节，避免了远距离外加牵引装置施加的宏观张力由于不可控的顶紧对长纤维的折损。

5、在上述本发明中，塑化装置与浸渍腔体笔直连通，突破了以往熔体通过挤出机拐弯进入浸渍腔体的技术局限，节省挤出机输送压力，保证熔体均匀性和熔体压力的均衡；结构上实现了熔体输送无死角，在浸渍腔体中停留时间短，避免黄变产生；布局上实现了长纤维增强热塑性塑料生产设备的同轴线一体化，设备占地小，空间利用率高。

附图说明

图1为固定位结构熔融浸渍系统：（a）典型的固定位结构示意图；（b）制得的两种典型产品剖面示意图。图中，黑色圆点代表充分浸润的长纤维单丝，箭头代表长纤维束的运动方向，灰色部分为纯树脂。

图2为轮系结构熔融浸渍系统：（a）三种典型轮系结构示意图；（b）制得的产品剖面示意图；（c）LFT-G产品实物剖面图。图中，黑色圆点代表充分浸润的长纤维单丝，白色圆点代表未浸润的长纤维单丝，箭头代表长纤维束的运动方向，灰色部分为纯树脂。

图3为其他结构的熔融浸渍系统：（a）三种典型结构示意图；（b）制得的产品剖面示意图；（c）LFT-G产品实物剖面图。图中，黑色圆点代表充分浸润的长纤维单丝，灰色部分为纯树脂。

图4为本发明熔融浸渍系统：（a）结构示意图；（b）制得的产品剖面示意图；（c）LFT-G产品实物剖面图。图中，黑色圆点代表充分浸润的长纤维单丝，箭头代表长纤维束的运动方向，灰色部分为纯树脂。

图5为本发明熔融浸渍系统原理示意图。图中，黑色圆点代表充分浸润的长纤维单丝，白色圆点代表未浸润的长纤维单丝，格子点代表部分浸润的长纤维单丝。

图6为本发明长纤维增强型复合材料生产设备示意图。

图中所示，

1——长纤维；11——外层纤维； 12——边缘纤维；13——内层纤维；2——塑化装置；3——熔融浸渍系统；31——驱动单元；32——浸渍腔体；33——驱动套辊；331——第一驱动辊；332——第二驱动辊；333——辊间狭缝；4——冷却装置；5——收集装置。

具体实施方式

本发明提供一种长纤维束熔融浸渍系统，其中：

所述浸渍系统包含驱动单元和至少一组配套成对的驱动套辊，所述驱动单元提供所述驱动套辊旋转的动力，所述驱动套辊由第一驱动辊和第二驱动辊组成，所述第一驱动辊和第二驱动辊间留有供长纤维束通过的狭缝，所述第一驱动辊和第二驱动辊旋转时均与通过辊间狭缝中的长纤维束接触，所述第一驱动辊和第二驱动辊相互嵌合产生合力推动辊间狭缝中的长纤维束运动。

进一步的，所述配套成对的驱动套辊可以是多组，可以是2-6组，优选的，可以是3-5组。

进一步的，所述的驱动套辊的第一驱动辊和第二驱动辊为异向转动。

进一步地，不同组之间的驱动套辊的转动方式可以是相同，也可以是相反的。

进一步的，所述的熔融浸渍系统还可以包括浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模。

进一步的，所述第一驱动辊的轴向开设至少两个外圆弧槽，所述第二驱动辊的轴向开设至少两个与所述第一驱动辊匹配的内圆弧槽。

进一步的，所述驱动套辊的圆弧槽的投影面为镶嵌图形，所述的镶嵌图形优选正弦曲线、余弦曲线、波浪线、半椭圆中的任意一种或任意多种。当第一驱动辊投影图形为某一特定正弦曲线时，第二驱动辊投影图形为该特定正弦曲线向水平移动π单位的对应正弦曲线。

进一步的，所述第一驱动辊和第二驱动辊间的狭缝可根据引入长纤维束的粗细进行调节，作为优选的狭缝尺寸为500μm~5mm。

进一步的，所述长纤维束的规格可以按生产要求自由定制，作为优选可以是2400tex、4800tex、9600tex。

进一步的，所述长纤维束的材料可以选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、金属纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维的任意一种或任意多种。

进一步的，本发明所述的驱动单元包括齿轮箱、马达、变频器、齿轮、蜗轮蜗杆、链条、连杆等机构部件。

进一步的，本发明所述的浸渍系统由驱动单元、驱动套辊、浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模等部件组成。

如图4、图5所示，采用本发明的长纤维束熔融浸渍系统进行生产时，长纤维束与第一驱动辊接触并进入辊间狭缝中，在张力作用下，纤维束边缘处的纤维12在内层纤维13和外层纤维11的挤压作用下向外滑移，分散成单丝排布的一定宽度的纤维丝薄带（一根单丝一根单丝的排布）见图4a，被辊间狭缝中因强剪切作用而黏度降低的热塑性树脂熔体强迫浸渍，然后纤维丝薄带与第二驱动辊接触的瞬间又被收敛集束成圆束状纤维束，此时，原先与第一驱动辊接触的内层纤维已转变为与第二驱动辊接触时的外层纤维，这样经过多组驱动套辊，纤维束不断的进行多次的开束分散、收敛集束，被熔融树脂流体交替浸渍其内外纤维层，达到充分浸润和均匀分布的效果见图4b、4c。

具体地，

本发明提供的长纤维束熔融浸渍系统，包含驱动单元和至少一组配套成对的驱动套辊。所述的驱动单元包括齿轮箱、马达、变频器、齿轮、蜗轮蜗杆、链条、连杆等机构部件，所述驱动单元提供所述驱动套辊旋转的动力。所述配套成对的驱动套辊由第一驱动辊和第二驱动辊组成，所述第一驱动辊的轴向开设至少两个外圆弧槽，所述第二驱动辊的轴向开设至少两个与所述第一驱动辊匹配的内圆弧槽，所述驱动套辊的圆弧槽的投影面为镶嵌图形，所述的镶嵌图形优选正弦曲线、余弦曲线、波浪线、半椭圆中的任意一种或任意多种。所述第一驱动辊和第二驱动辊间留有供长纤维束通过的狭缝，所述第一驱动辊和第二驱动辊间的狭缝可根据引入长纤维束的粗细进行调节，作为优选的狭缝尺寸为500μm~5mm。所述第一驱动辊和第二驱动辊旋转时均与通过辊间狭缝中的长纤维束接触，所述第一驱动辊和第二驱动辊相互嵌合产生合力推动辊间狭缝中的长纤维束运动。所述驱动套辊的第一驱动辊和第二驱动辊异向转动。所述配套成对的驱动套辊可以是多组，可以是2-6组，优选的，可以是3-5组。不同组之间的驱动套辊的转动方式可以是相同，也可以是相反的。所述的熔融浸渍系统还可以包括浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图6所示，根据本发明的教导构造的一种长纤维束熔融浸渍系统，包括用于提供驱动套辊旋转动力的驱动单元31和浸渍腔体32，所述的驱动单元包括齿轮箱、马达、变频器、齿轮、蜗轮蜗杆、链条、连杆等机构部件，所述的浸渍腔体32内设有3组配套成对的驱动套辊33，驱动套辊33轴向设有圆弧槽，其投影面图形为振幅为1mm，周期为6的正弦曲线，所述配套成对的驱动套辊的第一驱动辊工作时做逆时针转动，第二驱动辊做顺时针转动，3组配套成对的驱动套辊的转动方式是相同的。所述浸渍腔体32的侧壁分别设有长纤维入口通道、熔体入口口模和出口口模。

生产50%长玻纤增强PP材料，生产时，将预热处理过的6股由重庆国际复合公司提供的2400tex无碱长玻璃纤维束通过长纤维入口通道引入到容纳有用于浸渍纤维的塑化好的PP树脂熔体的浸渍腔体中。根据长纤维束的厚度，设置配套成对的驱动套辊的辊间狭缝为500μm，使长纤维束进入辊间狭缝时能同时与第一驱动辊和第二驱动辊接触。通过变频器设置浸渍线速度为50m/min，启动马达，长纤维束在驱动套辊的推动作用下，依次交替绕过每组配套成对的驱动套辊的第一驱动套辊、辊间狭缝和第二驱动套辊，然后经出口口模导出，过水冷却、牵引、切粒机切成长度为12mm长玻纤增强PP粒料，其性能详见表1。

表1、 50%长玻璃纤维增强PP塑料物性对比

从表1看出，采用本发明设备生产的50%长玻璃纤维增强PP料粒，与市场上有代表性的、国外进口同类产品—长纤维增强PP材料（SABIC® STAMAX 50YM240）相比，相同纤维含量的增强PP塑料，力学性能均优于国外进口同类产品。而且，本发明所使用的浸渍腔体的长度仅为40cm（现有技术的熔融浸渍系统的浸渍腔体的长度在80-100cm），大大降低了设备制造成本；再者，浸渍线速度从现有技术的20-30m/min提高到50m/min，大大缩短了长纤维在腔体中的停留时间，避免了加工过程熔体热老化问题。

实施例2

本发明提供的一种长纤维束熔融浸渍系统，包括用于提供驱动套辊旋转动力的驱动单元和浸渍腔体，所述的驱动单元包括齿轮箱、马达、变频器、齿轮、蜗轮蜗杆、链条、连杆等机构部件，所述的浸渍腔体内设有4组配套成对的驱动套辊，驱动套辊轴向设有圆弧槽，其投影面图形为振幅为0.5mm，周期为4的正弦曲线，所述配套成对的驱动套辊的第一驱动辊工作时做逆时针转动，第二驱动辊做顺时针转动，4组配套成对的驱动套辊的转动方式是相反的。所述浸渍腔体的侧壁分别设有长纤维入口通道、熔体入口口模和出口口模。

生产60%长玻纤增强PA6材料，生产时，将预热处理过的4股由重庆国际复合公司提供的4800tex无碱长玻璃纤维束通过长纤维入口通道引入到容纳有用于浸渍纤维的塑化好的PA6树脂熔体的浸渍腔体中。根据长纤维束的厚度，设置配套成对的驱动套辊的辊间狭缝为1.0mm，使长纤维束进入辊间狭缝时能同时与第一驱动辊和第二驱动辊接触。通过变频器设置浸渍线速度为40m/min，启动马达，长纤维束在驱动套辊的推动作用下，依次交替绕过每组配套成对的驱动套辊的第一驱动套辊、辊间狭缝和第二驱动套辊，然后经出口口模导出，过水冷却、牵引、切粒机切成长度为10mm长玻纤增强PA6粒料，其性能详见表2。

表2、 60%长玻璃纤维增强PA6塑料物性对比

从表2看出，采用本发明设备生产的60%长玻璃纤维增强PA6料粒，与市场上有代表性的、国外进口同类产品——60%长玻璃纤维增强PA6塑料（Celstran® PA6-GF60-01）相比，相同纤维含量的增强PA6塑料，力学性能均优于国外进口同类产品。而且，本发明所使用的浸渍腔体的长度仅为40cm（现有技术的熔融浸渍系统的浸渍腔体的长度在80-100cm），大大降低了设备制造成本；再者，浸渍线速度比现有技术的浸渍线速度提高了30-50%，大大缩短了长纤维在腔体中的停留时间，避免了加工过程熔体热老化问题。

实施例3

本发明提供的一种长纤维束熔融浸渍系统，包括用于提供驱动套辊旋转动力的驱动单元和浸渍腔体，所述的驱动单元包括齿轮箱、马达、变频器、齿轮、蜗轮蜗杆、链条、连杆等机构部件，所述的浸渍腔体内设有5组配套成对的驱动套辊，驱动套辊轴向设有圆弧槽，其投影面图形为振幅为1mm，周期为8的正弦曲线，所述配套成对的驱动套辊的第一驱动辊工作时做逆时针转动，第二驱动辊做顺时针转动，5组配套成对的驱动套辊的转动方式是相反的。所述浸渍腔体的侧壁分别设有长纤维入口通道、熔体入口口模和出口口模。

生产50%长玻纤增强TPU（热塑性聚氨酯弹性体橡胶材料），生产时，将预热处理过的8股由重庆国际复合公司提供的9600tex无碱长玻璃纤维束通过长纤维入口通道引入到容纳有用于浸渍纤维的塑化好的TPU树脂熔体的浸渍腔体中。根据长纤维束的厚度，设置配套成对的驱动套辊的辊间狭缝为5mm，使长纤维束进入辊间狭缝时能同时与第一驱动辊和第二驱动辊接触。通过变频器设置浸渍线速度为40m/min，启动马达，长纤维束在驱动套辊的推动作用下，依次交替绕过每组配套成对的驱动套辊的第一驱动套辊、辊间狭缝和第二驱动套辊，然后经出口口模导出，过水冷却、牵引、切粒机切成长度为14mm长玻纤增强TPU粒料，其性能详见表3。

表3、 50%长玻璃纤维增强TPU物性对比

从表3看出，采用本发明设备生产的50%长玻璃纤维增强TPU粒料，与市场上有代表性的、国外进口同类产品——50%长玻璃纤维增强TPU粒料（Celstran® TPU-GF50-01-US）相比，相同纤维含量的增强TPU粒料，力学性能均优于国外进口同类产品。而且，本发明所使用的浸渍腔体的长度仅为40cm（现有技术的熔融浸渍系统的浸渍腔体的长度在80-100cm），大大降低了设备制造成本；再者，浸渍线速度比现有技术的浸渍线速度提高了30-50%，大大缩短了长纤维在腔体中的停留时间，避免了加工过程熔体热老化问题。

Claims (10)

1.一种长纤维束熔融浸渍系统，其特征在于：所述浸渍系统包含驱动单元和至少一组配套成对的驱动套辊，所述驱动单元提供所述驱动套辊旋转的动力，所述驱动套辊由第一驱动辊和第二驱动辊组成，所述第一驱动辊和第二驱动辊间留有供长纤维束通过的狭缝，所述第一驱动辊和第二驱动辊旋转时均与通过辊间狭缝中的长纤维束接触，所述第一驱动辊和第二驱动辊相互嵌合产生合力推动辊间狭缝中的长纤维束运动。

2.根据权利要求1所述的长纤维束熔融浸渍系统，其特征在于：所述的熔融浸渍系统还进一步包括浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模。

3.根据权利要求1或2所述的长纤维束熔融浸渍系统，其特征在于：所述第一驱动辊的轴向开设至少两个外圆弧槽，所述第二驱动辊的轴向开设至少两个与所述第一驱动辊匹配的内圆弧槽。

4.根据权利要求1或2所述的长纤维束熔融浸渍系统，其特征在于：所述驱动套辊的圆弧槽的投影面为镶嵌图形，所述的镶嵌图形选自正弦曲线、余弦曲线、波浪线、半椭圆中的任意一种或任意多种。

5.根据权利要求1或2所述的长纤维束熔融浸渍系统，其特征在于：所述第一驱动辊和第二驱动辊间的狭缝可根据引入长纤维束的粗细进行调节，优选的狭缝尺寸为500μm~5mm。

6.一种长纤维增强型复合材料生产设备，其特征在于：所述的生产设备包括权利要求1-5任一项所述的长纤维束熔融浸渍系统。

7.根据权利要求6所述的长纤维增强型复合材料生产设备，其特征在于：所述的生产设备还进一步包括塑化装置、冷却装置和收集装置。

8.根据权利要求7所述的长纤维增强型复合材料生产设备，其特征在于：所述的熔融浸渍系统包括浸渍腔体、长纤维入口通道、熔体入口口模、出口口模，所述熔体入口口模与所述的塑化装置末端笔直连通，固定在所述浸渍腔体的前端，所述的长纤维入口通道设在与浸渍腔体成一夹角的平面内。

9.一种长纤维增强型复合材料，其特征在于：所述的长纤维增强型复合材料由权利要求7或8所述的生产设备制得。

10.根据权利要求9所述的长纤维增强型复合材料，其特征在于：所述的长纤维增强型复合材料为长纤维增强塑料粒料、直接成型增强塑料制品、纤维毡增强塑料片材、连续纤维热塑性塑料预浸带以及按其他分类方法但实际上使用了本发明方法生产的长纤维增强型复合材料。