CN105619842A - 连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塑料或用塑性状态的物质生产的制品领域，具体为一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法及其设备。一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，包括引出纤维、穿过排纱束机、浸渍等步骤。本发明提高了预浸带的抗拉强度等力学性能，降低了纤维束丝的断线并提高了预浸带的生产效率。

Description

连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法及其设备

技术领域

本发明涉及塑料或用塑性状态的物质生产的制品领域，具体为一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法及其设备。

背景技术

连续纤维增强热塑性预浸带复合材料具有优异的力学性能，较强的可塑性与加工特性，以及稳定的化学性等，如较高的拉升强度和弯曲强度与模量、耐高低温冲击、出色的抗蠕变性、耐酸碱化学性能稳定、可设计性强、成型效率高、可回收等优势，可以广泛应用在塑料管材、板材、型材的增强材料，随着开发与应用技术的发展，预浸带制作的相应技术也不断得到改进与提高。

采用熔融浸渍技术生产连续纤维热塑性预浸带具有便于连续化生产、适应各种塑料与熔体强度的能力强等特点，越来越受到欢迎，并且由此延生出不同的浸渍方法。但现有设备依然存在纤维表面事先没有特殊浸渍接枝处理或处理不够完备，设备浸渍单元的结构设计不尽合理，所生产的产品力学性能质量不稳定时高时低，与国外先进技术比较尤其是拉伸强度只有50%，差距较大等不足。

基于生产连续纤维热塑性预浸带复合材料制造工艺来说，纤维丝的均匀分散与表面接枝浸渍处理，尤其是纤维丝表面与塑料基体间的界面结合形态最为关键。目前通过采用塑料熔融浸渍连续纤维制造预浸带，都是采用未经表面预先专用浸渍剂处理的纤维丝束整体进入波浪形熔融浸渍单单元来生产。公开号为101856872A的中国专利，于2010年10月13日公开了一种“连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备”，该方法将纤维束通过张力辊分散加热后整体直接导入单次波浪形浸渍转置中浸渍，由于纤维浸渍前未进行浸渍接枝表面处理，造成熔融的塑料熔体的键能无法与纤维表面的化学键合，致使不能很好的将外力通过塑料传递给纤维，极大降低了预浸带的抗拉强度等力学性能，同时表面没有经过成膜剂处理的纤维丝，其表面呈粗糙分叉状态，即降低了纤维的强度，摩擦后极易断裂、沉淀的纤维断丝会堵塞浸渍槽需要经常清理浸渍槽；还由于纤维束多层次密集层叠成整体纤维丝束通过短暂时间的单次波浪形浸渍转置，在短暂时间内依靠单次波浪形浸渍槽内的熔体从外向内层挤压，无法将熔融的塑料熔体均匀分散、渗透到各个层面上的纤维丝束表面并包覆，极易形成多股纤维丝束合股有空隙后被大面积塑料熔体包覆并挤占断面空间，不利于提高预浸带的力学性能。公开号为102328443A的中国专利，于2012年01月25日公开了一种“连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制造方法及设备”，该方法将纤维束通过张力辊分散加热后整体直接导入波浪形浸渍转置中浸渍，同样由于纤维浸渍前未进行浸渍接枝表面处理，造成熔融的塑料熔体的键能无法与纤维表面的化学键合，致使很好的将外力通过塑料传递给纤维，极大降低了预浸带的抗拉强度等力学性能；太多层次密集层叠的纤维丝束，通过上下面层堆积的塑料熔体，在短暂时间内依靠单次波浪形浸渍槽内的熔体从外向内层挤压，很能将熔融的塑料熔体均匀分散、渗透到各个层面上的纤维丝束表面并包覆完备，极易形成多股纤维丝束合股后被塑料熔体包覆，不利于提高预浸带的力学性能。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提供一种能预先使纤维丝束表面完全浸渍、分散均匀、塑料浸渍纤维丝充分、稳定高力学性能的连续纤维增强热塑性预浸带的制备方法，本发明公开了一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法及其设备。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：按下步骤依次实施：

a.分别将多根连续纤维纱团中的纤维束从纱团放束架上引出；

b.将引出的单根纤维束一一对应分四层次穿过排纱束机；

c.将穿过排纱束机的上二层纤维束导入上层的沉没辊浸润池中浸泡浸润剂形成上层纤维束层，下二层纤维束导入下层的沉没辊浸润池中浸泡浸润剂形成下层纤维束层；分层次的纤维束进入沉没辊浸润池经浸润剂溶胀后，更加容易分散均匀排列在张力辊上，纤维丝经浸润剂接枝后，纤维丝表面与熔体产生化学键合，极大提高预浸带的抗拉强度；

d.分别将上下层经浸润剂浸泡过的纤维束分别提拉到上下层的恒力张力装置，纤维束经恒力张力装置的张力辊张拉张开成纤维丝后舒张平铺在张力辊上的同时沥干净多余的浸润剂；

将含有浸润剂的上下层纤维丝分别导入上下层的干燥箱内预热，根据需要分别调整干燥箱内导辊的高低来调整通往浸渍槽纤维丝的张力；

e.将上下层经干燥预热的纤维丝在牵引机的牵引下依次导入单层初次浸渍槽、复合二次浸渍槽、立式三排压延辊机和冷却夹辊；

f.启动挤出机挤出塑料，通过上下面层与芯层的熔体流道将塑料熔体挤进上下单层初次浸渍槽的波浪形浸渍槽中挤压初次浸渍纤维丝；

g.在牵引机牵拉下将在单层初次浸渍槽浸渍的纤维丝同步拉入复合二次浸渍槽的波浪形浸渍槽中成为单层塑料复合纤维宽带后继续浸渍纤维丝；包覆熔体纤维丝二层合一后再一次进入浸渍槽，熔体渗透力更强、更均匀，浸渍会更加充分，所生产的预浸带力学性能更好；

h.将二次浸渍的塑料复合纤维宽带从下辊面导入立式三排压延辊机完全浸渍；

i.将完全浸渍的塑料复合纤维宽带导入冷却夹辊冷却定型；

j.将冷却定型的塑料复合纤维宽带导入带材缓冲装置和卷取机中；

k.将成卷的塑料复合纤维宽带装在分切机上，分切成需要的宽度既连续纤维增强热塑性预浸带。

所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：排纱束机选用欧米茄排纱束机，纤维束经欧米茄排纱束机后分层次更加均匀。

所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：上下层干燥箱内设置有阻抗辊，在干燥箱内调整阻抗辊的转速以同步控制纤维丝的加热与进入波浪形浸渍槽纤维丝的张力。

所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：由挤出机挤入纤维层的塑料熔体从纤维层中、上、下面层四个方向同时挤入；挤入纤维层的塑料熔体从纤维层中、上、下面层四个方向同时挤入，分切四薄层的熔体，极大降低熔体自身的黏合力，以更加均匀的挤压力量渗透、包覆纤维丝处于平直状态。

所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法的设备，其特征是：包括纱团放束架、排纱束机、沉没辊浸渍池、恒力张力装置、干燥箱、单层初次浸渍槽、复合二次浸渍槽、立式三排压延辊机、冷却夹辊、牵引机、挤出机、带材缓冲装置和卷取机，

纱团放束架、排纱束机、沉没辊浸渍池、恒力张力装置、干燥箱、单层初次浸渍槽、复合二次浸渍槽、立式三排压延辊机、冷却夹辊、牵引机、带材缓冲装置和卷取机顺着纤维束的行进方向依次设置，挤出机设于单层初次浸渍槽的两侧，挤出机的挤出口正对单层初次浸渍槽内的浸渍槽。

所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法的设备，其特征是：单层初次浸渍槽和复合二次浸渍槽的浸渍槽都为波浪形；

排纱束机选用欧米茄排纱束机。

本发明提供了一种在线浸渍纤维束与浸渍纤维丝工艺连成一体，本发明的有益效果是：1.极大提高了预浸带的抗拉强度等力学性能，还降低了纤维束丝的断线并提高了预浸带的生产效率；2.采用了欧米茄4排纱束机方法，顺利实现将纤维束分层浸渍、分散、浸渍等后道工序；3.采用二合一层波浪形二次浸渍，塑料熔体分割了层叠纤维丝的厚度并从中间与面上四面挤压熔体流入并浸渍单根纤维丝表面，渗透更加容易、浸渍更加均匀；4.二合一层波浪形二次浸渍槽的设置，使渗透到纤维丝芯层的熔体，进一步从层叠纤维丝的中间层向上下面层扩散，能更加充分、均匀的将熔体包覆到每根纤维丝面上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法的设备，如图1所示，具体结构是：纱团放束架1、排纱束机2、沉没辊浸润池3、恒力张力装置4、干燥箱5、单层初次浸渍槽61、复合二次浸渍槽62、立式三排压延辊机7、冷却夹辊8、牵引机9、带材缓冲装置11和卷取机12顺着纤维束的行进方向依次设置，挤出机10设于单层初次浸渍槽61的两侧，挤出机10的挤出口正对单层初次浸渍槽61内的浸渍槽；其中：单层初次浸渍槽61和复合二次浸渍槽62的浸渍槽都为波浪形，波浪形浸渍槽分为上下层波浪形可开合连接挤出机模头组浸渍槽与二层合一层波浪形可开合模头浸渍槽；排纱束机2选用欧米茄排纱束机。

使用时：按下步骤依次实施：

a.分别将多根连续纤维纱团中的纤维束从纱团放束架1上引出；

b.将引出的单根纤维束一一对应分四层次穿过排纱束机2；排纱束机2选用欧米茄排纱束机，纤维束经欧米茄排纱束机后分层次更加均匀；

c.将穿过排纱束机2的上二层纤维束导入上层的沉没辊浸润池3中浸泡浸润剂形成上层纤维束层，下二层纤维束导入下层的沉没辊浸润池3中浸泡浸润剂形成下层纤维束层；分层次的纤维束进入沉没辊浸润池经浸润剂溶胀后，更加容易分散均匀排列在张力辊上，纤维丝经浸润剂接枝后，纤维丝表面与熔体产生化学键合，极大提高预浸带的抗拉强度；

采用上下层波浪形浸渍槽，分层次之后熔体分切四方面挤入纤维丝，继而实现用较低的熔指材料来渗透包覆纤维丝，低熔指材料会极大提高预浸带的力学性能与抗蠕变性；

采用上下层波浪形浸渍槽，分层包覆熔体纤维丝合层进入一层波浪形浸渍槽挤压后，熔体从中间反方向再一次流向层面，进一步均衡浸渍纤维丝，继而提高预浸带的力学性能；

d.分别将上下层经浸渍剂浸泡过的纤维束分别提拉到上下层的恒力张力装置4，纤维束经恒力张力装置4的张力辊张拉张开成纤维丝后舒张平铺在张力辊上的同时沥干净浸渍剂；

将含有浸渍剂的上下层纤维丝分别导入上下层的干燥箱5内预热，根据需要分别调整干燥箱5内导辊的高低来调整通往浸渍槽纤维丝的张力；上下层干燥箱5内设置有阻抗辊，在干燥箱5内调整阻抗辊的转速以同步控制纤维丝的加热与进入波浪形浸渍槽纤维丝的张力；

e.将上下层经干燥预热的纤维丝在牵引机9的牵引下依次导入单层初次浸渍槽61、复合二次浸渍槽62、立式三排压延辊机7和冷却夹辊8；

f.启动挤出机10挤出塑料，通过上下面层与芯层的熔体流道将塑料熔体挤进上下单层初次浸渍槽61的波浪形浸渍槽中挤压初次浸渍纤维丝；由挤出机10挤入纤维层的塑料熔体从纤维层中、上、下面层四个方向同时挤入；挤入纤维层的塑料熔体从纤维层中、上、下面层四个方向同时挤入，分切四薄层的熔体，极大降低熔体自身的黏合力，以更加均匀的挤压力量渗透、包覆纤维丝处于平直状态。

g.在牵引机9牵拉下将在单层初次浸渍槽61浸渍的纤维丝同步拉入复合二次浸渍槽62的波浪形浸渍槽中成为单层塑料复合纤维宽带后继续浸渍纤维丝；包覆熔体纤维丝二层合一后再一次进入浸渍槽，熔体渗透力更强、更均匀，浸渍会更加充分，所生产的预浸带力学性能更好；

h.将二次浸渍的塑料复合纤维宽带从下辊面导入立式三排压延辊机7完全浸渍；

i.将完全浸渍的塑料复合纤维宽带导入冷却夹辊8冷却定型；

j.将冷却定型的塑料复合纤维宽带导入带材缓冲装置11和卷取机12中；

k.将成卷的塑料复合纤维宽带装在分切机上，分切成需要的宽度既连续纤维增强热塑性预浸带。

本实施例使用时，纤维束是经特制上下四排孔洞错开排列的欧米茄排纱束机来均匀排列纤维束；经浸润剂泡涨的纤维束极易分散张拉成丝均匀铺张在张力辊上；预热的纤维丝在阻抗单元辊作用下成有序、笔直的纤维丝进入到波浪形预浸槽内；分上下二层纤维丝进入各自的波浪型预浸槽内能更加充分浸透纤维丝；预先挤入纤维丝层中的塑料熔体经挤压流动能进一步均衡浸渍纤维丝；三辊立式大背压式压延辊能将纤维丝牵拉笔直、排除塑料熔体中气体与挤压内部纤维丝表面多余的熔体迁移到带材的表面使带材更加密实；采用带材缓冲装置可以预存30米左右预浸带，便于给予充分时间更换盘卷盘。

所述的连续纤维卷中的纤维包括无机纤维，有机纤维和金属纤维；所述的热塑性塑料选自聚烯烃类、热塑性聚氨酯、聚酰胺类塑料、聚碳酸酯或其它通用塑料中的一种或多种。

所述的无机纤维包括玻璃纤维与碳纤维，有机纤维包括芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维，金属纤维包括钢丝、不锈钢、铜纤维；所述的聚烯烃类塑料包括PP、PE、ABS，热塑性脂类塑料包括PET、PTT或PBT，聚酰胺塑料包括PA6、PA66、PA12、PA1212、PA612，其它通用塑料包括PVC、PS、HIPS。

将纤维丝束分成二层分别浸润与浸渍，更加有利于将塑料熔体充分挤压、浸润到纤维丝束表面使塑料与纤维丝表面的结合更加均匀与完全；采用上下层沉没辊浸润池和浸润剂，通过沉没辊将纤维束浸泡在浸润剂中，经浸润剂浸泡的纤维束在张力辊张力作用下，极易均匀分散成丝；预先将纤维丝表面经接枝、成膜处理后会提升塑料与纤维表面的分子键合，实现成倍提升连续纤维增强热塑性预浸带的抗拉强度等力学性能；纤维丝一分为二的单层波浪形初次浸渍槽能更容易、更均匀的将塑料熔体浸渍到纤维丝表面上，使成品预浸带的力学性能更加稳定；二合一层波浪形二次浸渍槽能将芯层包覆纤维丝多余的熔融塑料熔体从中间层向外表面层流动，能进一步更加均衡的浸渍熔体包覆于纤维丝表面。

本实施例中，浸润池中加装了沉没辊来迫使纤维束完全浸泡在浸润液体中得到充分润湿；所述的上下面层熔体流道，其每个流道口分别从上下层外部通向上下层波浪形初次浸渍槽，二个流道平面平行并由连接一台挤出机供给熔体；所述的芯层熔体双向流道，该流道设置在上下层波浪形初次浸渍槽中间与上下面层熔体流道位置一致，该流道由另一台挤出机连接供给熔体。

所述纱团卷放束架1上设置水平转动的锭子支架，改锭子支架带有阻尼转置，通过调节张力器来控制连续纤维束的张开速度。

所述的恒力张力装置4是由张力辊与分散辊组成，调节张力辊的高低来调整纤维束在分散辊表面的拉力。

所述的干燥箱5采用红外线或电热丝方式加热。

所述的立式三排压延辊机7可以整体前后移动来调整与波浪形浸渍槽的距离关系，上下辊可以上下移动来调整纤维带的背压力，三辊采用导热油内置旋转头加热三辊。

所述的冷却夹辊8内置旋转头后循环水冷却，有上下二组对夹辊组成。

所述的牵引机9为上下二层履带式，该履带用橡胶圈做成。

Claims (6)

1.一种连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：按下步骤依次实施：

a.分别将多根连续纤维纱团中的纤维束从纱团放束架(1)上引出；

b.将引出的单根纤维束一一对应分四层次穿过排纱束机(2)；

c.将穿过排纱束机(2)的上二层纤维束导入上层的沉没辊浸润池(3)中浸泡浸润剂形成上层纤维束层，下二层纤维束导入下层的沉没辊浸润池(3)中浸泡浸润剂形成下层纤维束层；

d.分别将上下层经浸润剂浸泡过的纤维束分别提拉到上下层的恒力张力装置(4)，纤维束经恒力张力装置(4)的张力辊张拉张开成纤维丝后舒张平铺在张力辊上的同时沥干净多余的浸润剂；

将含有浸润剂的上下层纤维丝分别导入上下层的干燥箱(5)内预热，分别调整干燥箱(5)内导辊的高低来调整通往浸渍槽纤维丝的张力；

e.将上下层经干燥预热的纤维丝在牵引机(9)的牵引下依次导入单层初次浸渍槽(61)、复合二次浸渍槽(62)、立式三排压延辊机(7)和冷却夹辊(8)；

f.启动挤出机(10)挤出塑料，通过上下面层与芯层的熔体流道将塑料熔体挤进上下单层初次浸渍槽(61)的波浪形浸渍槽中挤压初次浸渍纤维丝；

g.在牵引机(9)牵拉下将在单层初次浸渍槽(61)浸渍的纤维丝同步拉入复合二次浸渍槽(62)的波浪形浸渍槽中成为单层塑料复合纤维宽带后继续浸渍纤维丝；

h.将二次浸渍的塑料复合纤维宽带从下辊面导入立式三排压延辊机(7)完全浸渍；

i.将完全浸渍的塑料复合纤维宽带导入冷却夹辊(8)冷却定型；

j.将冷却定型的塑料复合纤维宽带导入带材缓冲装置(11)和卷取机(12)中；

k.将成卷的塑料复合纤维宽带装在分切机上，分切成需要的宽度既连续纤维增强热塑性预浸带。

2.如权利要求书1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：排纱束机(2)选用欧米茄排纱束机。

3.如权利要求书1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：上下层干燥箱(5)内设置有阻抗辊，在干燥箱(5)内调整阻抗辊的转速以同步控制纤维丝的加热与进入波浪形浸渍槽纤维丝的张力。

4.如权利要求书1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法，其特征是：由挤出机(10)挤入纤维层的塑料熔体从纤维层中、上、下面层四个方向同时挤入。

5.如权利要求书1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法的设备，其特征是：包括纱团放束架(1)、排纱束机(2)、沉没辊浸渍池(3)、恒力张力装置(4)、干燥箱(5)、单层初次浸渍槽(61)、复合二次浸渍槽(62)、立式三排压延辊机(7)、冷却夹辊(8)、牵引机(9)、挤出机(10)、带材缓冲装置(11)和卷取机(12)，

纱团放束架(1)、排纱束机(2)、沉没辊浸渍池(3)、恒力张力装置(4)、干燥箱(5)、单层初次浸渍槽(61)、复合二次浸渍槽(62)、立式三排压延辊机(7)、冷却夹辊(8)、牵引机(9)、带材缓冲装置(11)和卷取机(12)顺着纤维束的行进方向依次设置，挤出机(10)设于单层初次浸渍槽(61)的两侧，挤出机(10)的挤出口正对单层初次浸渍槽(61)内的浸渍槽。

6.如权利要求书5所述的连续纤维增强热塑性预浸带的二合一浸渍生产法的设备，其特征是：单层初次浸渍槽(61)和复合二次浸渍槽(62)的浸渍槽都为波浪形；

排纱束机(2)选用欧米茄排纱束机。