CN108099051A - 一种熔融浸渍设备及熔融浸渍方法 - Google Patents

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Abstract

一种熔融浸渍设备及熔融浸渍方法，通过呈波纹状的浸渍腔，且在树脂熔体分配流道与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度，在树脂熔体分配流道与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度，能够使连续纤维带浸渍效果均衡，且浸渍时产生的断裂的纤维毛羽能够被带出浸渍区，避免出现断纱现象，提高生产的稳定性及生产效率。

Description

一种熔融浸渍设备及熔融浸渍方法
技术领域
本发明涉及熔融浸渍设备及熔融浸渍方法，特别涉及连续纤维增强热塑性树脂复合材料用的熔融浸渍设备及熔融浸渍方法。
背景技术
目前，针对连续纤维增强热塑性树脂复合材料的熔融浸渍设备中，常常由于熔融浸渍设备结构不合理而使得连续纤维束得不到均匀、充分有效的熔融浸渍，从而影响产品质量。另外，随着连续纤维材料的广泛应用，提高生产线的产能迫在眉睫，而提高产能的主要方向为提高料条数、提高牵引速度及提高生产稳定性，其中，提高料条数则存在熔体均匀分配的问题，提高牵引速度则存在浸渍效果的平衡问题，提高稳定性则主要考虑纤维断纱的问题。
为解决上述问题，中国专利CN101856872A公开了连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备，其将预热的连续纤维带导入交错可开合双挤出模头组，该交错可开合双挤出模头组包括第一挤出模头101、第二挤出模头102和轨道运动装置，连续纤维带与第一挤出模头101接触并产生与纤维带平面相垂直的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的一侧进行预浸渍，连续纤维带的另一侧与第二挤出模头102接触并产生同样的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的另一侧进行再浸渍，如图1所示。通过上述结构的设备对多根纤维带的两侧分别进行熔融浸渍，虽可提高料条数，但是无法保证对多根纤维带同时浸渍时浸渍均匀，因此，在提高牵引速度后更加难以保证浸渍效果的平衡问题，另外，因通过第一挤出模头101和第二挤出模头102分别接触纤维带的两侧后将熔融的树脂基体涂覆在纤维带上，第一挤出模头101和第二挤出模头102与纤维带之间都会产生摩擦，因此，在纤维带移动过程中会残留纤维在第一挤出模头101和第二挤出模头102上，导致后续纤维带在涂覆树脂基体过程中容易出现断纱的情况，影响产品质量，还降低了生产效率。
发明内容
本发明旨在提供一种能够使连续纤维带浸渍效果均衡，且浸渍时产生的断裂的纤维毛羽能够被带出浸渍区，避免出现断纱现象的熔融浸渍设备及熔融浸渍方法，提高生产的稳定性及生产效率。
本发明所述的一种熔融浸渍设备，包括对连续纤维带进行加热及分散的纤维预分散区，以及浸渍连续纤维带的熔融浸渍区；所述熔融浸渍区包括树脂熔体分配流道以及浸渍流道；所述浸渍流道包括上模和下模，上模的下表面和下模的上表面均呈波纹状，且均至少有一个波峰和一个波谷，上模的下表面上的波峰和波谷分别与下模的上表面上的波峰和波谷相对应，上模的下表面与下模的上表面之间形成浸渍连续纤维带的呈波纹状的浸渍腔，树脂熔体分配流道通过管路与浸渍腔的波峰连通或与浸渍腔的波谷连通，在树脂熔体分配流道与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度，在树脂熔体分配流道与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度。
在树脂熔体分配流道与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，波谷位置的腔体垂直高度为2mm~10mm；在树脂熔体分配流道与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，波峰位置的腔体垂直高度为2mm~10mm。
本发明所述的一种利用所述熔融浸渍设备浸渍连续纤维带的熔融浸渍方法，步骤如下：
1）将单条或多条连续纤维带引致纤维预分散区，使连续纤维带依次绕过纤维预分散区中的各张力辊，对连续纤维带进行预热及分散；
2）将树脂熔体注入熔融浸渍区的树脂熔体分配流道内，再由树脂熔体分配流道流入浸渍流道的浸渍腔内；
3）将预热和分散的连续纤维带牵引至浸渍流道的浸渍腔内进行浸渍；
4）对浸渍完成的连续纤维带进行冷却、牵引和切粒处理。
本发明所述的一种熔融浸渍设备及熔融浸渍方法，因浸渍流道的上模的下表面与下模的上表面之间形成浸渍连续纤维带的呈波纹状的浸渍腔，在树脂熔体分配流道与浸渍腔的任一波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度，在树脂熔体分配流道与浸渍腔的任一波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度，因此，树脂熔体能从波纹状的浸渍腔的宽处流向浸渍腔的窄处，使树脂熔体的流动速度及压力大幅增加，从而使树脂熔体渗透进入连续纤维带的渗透能力大幅增强，保证连续纤维带的浸渍效果均衡充分，同时，由于上模的下表面和下模的上表面均均至少有一个波峰和一个波谷，因此，利用波纹状的浸渍腔，可进一步提高树脂熔体的流速及压力，提高其渗透浸渍能力，而由于浸渍能力的增强，因而可提高连续纤维带的牵引速度，从而提高生产效率；由于树脂熔体的流速及压力增加，还可持续带出浸渍腔中的连续纤维毛羽，减少连续纤维毛羽的堆积，避免对正常的连续纤维带的磨损，避免出现断纱的情况，实现稳定生产；另外，通过纤维预分散区的辅助作用，对连续纤维带进行预热和分散，使后续树脂熔体不会在连续纤维带表面冷却结晶，可促进后续树脂熔体更有力的渗透入连续纤维带中，更进一步保证连续纤维带的浸渍均衡充分，更大程度上提高连续纤维带的牵引速度，提高生产效率。
由于当树脂熔体分配流道与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，波谷位置的腔体垂直高度为2mm~10mm；而当树脂熔体分配流道与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，波峰位置的腔体垂直高度为2mm~10mm，因此，在此腔体垂直高度的范围内，可更大程度提高树脂熔体的流速以及压力，从而进一步提高树脂熔体的渗透能力。
附图说明
图1为现有技术结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
图3为本发明中树脂熔体分配流道的主视图。
图4为本发明中树脂熔体分配流道的俯视图。
具体实施方式
一种熔融浸渍设备，如图2所示，包括对连续纤维带进行加热及分散的纤维预分散区1，以及浸渍连续纤维带的熔融浸渍区；所述熔融浸渍区包括树脂熔体分配流道2以及浸渍流道；所述浸渍流道包括上模3和下模4，上模3的下表面和下模4的上表面均呈波纹状，且均至少有一个波峰5和一个波谷6，如均有一个波峰5和一个波谷6、均有两个波峰5和两个波谷6、均有三个波峰5和三个波谷6或均有四个波峰5和四个波谷6等，根据实际需求任意组合即可，上模3的下表面上的波峰5和波谷6分别与下模4的上表面上的波峰5和波谷6相对应，上模3的下表面与下模4的上表面之间形成浸渍连续纤维带的呈波纹状的浸渍腔，树脂熔体分配流道2通过管路与浸渍腔的波峰连通或与浸渍腔的波谷连通，在树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度，在树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度。
所述上模3的下表面和下模4的上表面均有两个波峰5和两个波谷6，不仅可最大程度保证连续纤维带的浸渍效果及提高生产效率，还能避免浸渍流道结构的繁杂，简化浸渍流道的结构；另外，通过波峰位置和波谷位置的腔体垂直高度的交替变化，可有效保证树脂熔体的流速及压力的均匀分布。
在树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，如4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm等，波谷位置的腔体垂直高度为2mm~10mm，如2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等；在树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，如4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm，波峰位置的腔体垂直高度为2mm~10mm，如2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm等。
在树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为5mm~15mm，如5mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、10mm、11 mm、12 mm、13 mm、14 mm或15 mm等，优选8mm~12mm；在树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度与波峰位置的腔体垂直高度的高度差为5mm~15mm，如5mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、10 mm、11 mm、12 mm、13 mm、14 mm或15 mm等，优选8mm~12mm。
所述上模3下表面的波纹半径和下模4上表面的波纹半径为5mm~50mm，如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm等，另外，浸渍腔波峰处的波纹半径与波谷处的波纹半径可任意搭配，如波峰处的波纹半径与波谷处的波纹半径一致或不一致，根据实际需要选择。
如图3和图4所示，所述树脂熔体分配流道2包括树脂熔体注入支管7，以及与树脂熔体注入支管7连通的树脂熔体注入机头8，所述树脂熔体注入机头8包括与树脂熔融注入支管7连通的呈板状的喇叭形腔体10以及与喇叭形腔体10尾部连通的方形腔体11，在喇叭形腔体10的两个相对的斜面之间的两个平面上分别设置有内凹的弧面12，两个内凹的弧面12呈对称设置。通过在喇叭形腔体10的两个相对的斜面之间的两个平面上分别设置内凹的弧面12，且两个内凹的弧面12呈对称设置，因此可改变喇叭形腔体10的腔室高度，从而使树脂熔体由喇叭形腔体10的宽的腔室进入到窄的腔室内，以改变熔融树脂的压力和流速，从而提高树脂熔体进入浸渍流道的均匀性。
所述树脂熔体注入支管7的长度为5mm~100mm，如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm或100mm等；所述呈喇叭形的树脂熔体注入机头8的扩张角为120°~175°，如120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°、165°、170°或175°等。
所述纤维预分散区1包括至少两组呈前后布置的张力辊组，每组张力辊组由两个前后布置的张力辊9组成，每个张力辊9上均设置有电磁加热装置，连续纤维带依次绕过张力辊9，通过张力辊9的张力作用及电磁加热装置的加热作用，对连续纤维带进行分散及预热，保证后续浸渍的效果更加均衡充分。
所述张力辊9的直径为5mm~150mm，如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、135mm、140mm、145mm或150mm等，所述相邻张力辊9之间轴间距为10mm~500mm，如10mm、30mm、50mm、70mm、90mm、110mm、130mm、150mm、180mm、200mm、220mm、250mm、280mm、310mm、350mm、390mm、430mm、450mm、480mm或500mm等。
一种利用所述熔融浸渍设备浸渍连续纤维带的熔融浸渍方法，步骤如下：（1）将单条或多条连续纤维带引致纤维预分散区1，使连续纤维带依次绕过纤维预分散区1中的各张力辊9，对连续纤维带进行预热及分散；（2）将树脂熔体注入熔融浸渍区的树脂熔体分配流道2内，再由树脂熔体分配流道2流入浸渍流道的浸渍腔内；（3）将预热和分散的连续纤维带牵引至浸渍流道的浸渍腔内进行浸渍；（4）对浸渍完成的连续纤维带进行冷却、牵引和切粒处理。步骤（1）中，对连续纤维带进行预热的温度为60℃~400℃，如60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃或400℃等，优选200℃。
本发明中涉及的方向性指示（诸如上表面、下表面等），仅用于解释熔融浸渍设备处于如图2状态时的各部件之间的相对位置关系，如该特定状态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
实施例一
将单条或多条连续纤维带引致纤维预分散区1，纤维预分散区1内有两组张力辊组，使连续纤维带依次绕过纤维预分散区1中的各张力辊9，对连续纤维带进行预热及分散，预热温度为60℃，所述张力辊9的直径为50mm，相邻张力辊9之间的距离为200mm；将树脂熔体注入熔融浸渍区的树脂熔体分配流道2内，再由树脂熔体分配流道2流入浸渍流道的浸渍腔内，将预热和分散的连续纤维带牵引至浸渍流道的浸渍腔内进行浸渍，所述浸渍流道的上模3的下表面和下模4的上表面均有一个波峰5和一个波谷6，波纹半径为10mm，树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波峰位置连通，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为4mm，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为2mm，所述树脂熔体分配流道2的树脂熔体注入支管7的长度为100mm，呈喇叭形的树脂熔体注入机头8的扩张角为120°；对浸渍完成的连续纤维带进行冷却、牵引和切粒处理。
通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为45 m/min。
实施例二
在实施例一的基础上，将连续纤维带的预热温度设置为400℃，树脂熔体分配流道2与浸渍腔的波谷位置连通，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为4mm，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为2mm，其余内容与实施例一相同，通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为47 m/min。
实施例三
在实施例一的基础上，将连续纤维带的预热温度设置为200℃，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为10mm，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为5mm，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为5mm，其余内容与实施例一相同，通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为52 m/min。
实施例四
在实施例一的基础上，将连续纤维带的预热温度设置为200℃，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为20mm，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为5mm，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为15m，其余内容与实施例一相同，通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为56m/min。
实施例五
在实施例一的基础上，将连续纤维带的预热温度设置为200℃；所述浸渍流道的上模3的下表面和下模4的上表面均有两个波峰5和两个波谷6；浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为18mm，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为10mm，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为8mm，其余内容与实施例一相同，通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为58 m/min。
实施例六
在实施例一的基础上，将连续纤维带的预热温度设置为200℃；所述浸渍流道的上模3的下表面和下模4的上表面均有两个波峰5和两个波谷6；浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为15mm，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为3mm，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为12mm，其余内容与实施例一相同，通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为60m/min。
对比例一
将连续纤维从纱架上的连续纤维卷中引出并展开，再依次经过张力调节装置、静电消除装置、预加热装置、张力调节装置后得到预热的连续纤维带，导入交错可开合双挤出模头组进行预浸渍，将预浸渍后的连续纤维带导入浸渍压延辊组进行浸渍，然后经冷却辊压装置冷却定型，最后导入牵引卷绕装置卷绕成型，即得到连续纤维增强热塑性复合材料预浸带 ；所述预热的连续纤维带导入交错可开合双挤出模头组，该交错可开合双挤出模头组包括挤出模头 a、挤出模头 b和轨道运动装置，连续纤维带与挤出模头 a接触并产生与纤维带平面相垂直的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的一侧进行预浸渍，连续纤维带的另一侧与挤出模头 b接触并产生同样的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的另一侧进行再浸渍。
通过测速仪在不断纱的情况下测得牵引速度为20m/min。
通过实施例一至实施例五分别和对比例一对比可看出，在不断纱的情况下，本发明的熔融浸渍设备的牵引速度更快，生产稳定性高，效率高。

Claims (13)

1.一种熔融浸渍设备，包括对连续纤维带进行加热及分散的纤维预分散区(1)，以及浸渍连续纤维带的熔融浸渍区；其特征在于：所述熔融浸渍区包括树脂熔体分配流道(2)以及浸渍流道；所述浸渍流道包括上模(3)和下模(4)，上模(3)的下表面和下模(4)的上表面均呈波纹状，且均至少有一个波峰(5)和一个波谷(6)，上模(3)的下表面上的波峰(5)和波谷(6)分别与下模(4)的上表面上的波峰(5)和波谷(6)相对应，上模(3)的下表面与下模(4)的上表面之间形成浸渍连续纤维带的呈波纹状的浸渍腔，树脂熔体分配流道(2)通过管路与浸渍腔的波峰连通或与浸渍腔的波谷连通，在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度，在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度大于浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度。
2.根据权利要求1所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：所述上模(3)的下表面和下模(4)的上表面均有两个波峰(5)和两个波谷(6)。
3.根据权利要求1所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，波谷位置的腔体垂直高度为2mm~10mm；在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度为4mm~20mm，波峰位置的腔体垂直高度为2mm~10mm。
4.根据权利要求3所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为5mm~15mm；在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度与波峰位置的腔体垂直高度的高度差为5mm~15mm。
5.根据权利要求4所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波峰位置连通时，浸渍腔的波峰位置的腔体垂直高度与波谷位置的腔体垂直高度的高度差为8mm~12mm；在树脂熔体分配流道(2)与浸渍腔的波谷位置连通时，浸渍腔的波谷位置的腔体垂直高度与波峰位置的腔体垂直高度的高度差为8mm~12mm。
6.根据权利要求1所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：所述上模(3)下表面的波纹半径和下模(4)上表面的波纹半径为5mm~50mm。
7.根据权利要求1所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：所述树脂熔体分配流道(2)包括树脂熔体注入支管(7)，以及与树脂熔体注入支管(7)连通的树脂熔体注入机头(8)，所述树脂熔体注入机头(8) 包括与树脂熔融注入支管(7)连通的呈板状的喇叭形腔体(10)以及与喇叭形腔体(10)尾部连通的方形腔体(11)，在喇叭形腔体(10)的两个相对的斜面之间的两个平面上分别设置有内凹的弧面(12)，两个内凹的弧面(12)呈对称设置。
8.根据权利要求7所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：所述树脂熔体注入支管(7)的长度为5mm~100mm；所述呈喇叭形的树脂熔体注入机头(8)的扩张角为120°~175°。
9.根据权利要求1所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：所述纤维预分散区(1)包括至少两组呈前后布置的张力辊组，每组张力辊组由两个前后布置的张力辊(9)组成，每个张力辊(9)上均设置有电磁加热装置。
10.根据权利要求9所述的一种熔融浸渍设备，其特征在于：所述张力辊(9)的直径为5mm~150mm，所述相邻张力辊(9)之间的距离为10mm~500mm。
11.一种利用所述熔融浸渍设备浸渍连续纤维带的熔融浸渍方法，其特征在于，步骤如下：
1）将单条或多条连续纤维带引致纤维预分散区(1)，使连续纤维带依次绕过纤维预分散区(1)中的各张力辊(9)，对连续纤维带进行预热及分散；
2）将树脂熔体注入熔融浸渍区的树脂熔体分配流道(2)内，再由树脂熔体分配流道(2)流入浸渍流道的浸渍腔内；
3）将预热和分散的连续纤维带牵引至浸渍流道的浸渍腔内进行浸渍；
4）对浸渍完成的连续纤维带进行冷却、牵引和切粒处理。
12.根据权利要求11所述的一种利用所述熔融浸渍设备浸渍连续纤维带的熔融浸渍方法，其特征在于：步骤1）中，对连续纤维带进行预热的温度为60℃~400℃。
13.根据权利要求12所述的一种利用所述熔融浸渍设备浸渍连续纤维带的熔融浸渍方法，其特征在于：步骤1）中，对连续纤维带进行预热的温度为200℃。
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