CN109732807A - 一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，包括浸渍腔体，所述浸渍腔体内活动设置有多根供纤维束依次绕过的椭圆形浸渍辊，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊呈高低排布。本发明能够在没有动力源驱动的作用下，通过纤维束的运动促使浸渍辊转动，在浸渍时，浸渍辊一方面将对树脂基体产生剪切作用，使树脂基体的粘度降低；另一方面将带动纤维束在长度方向运动的同时产生非纤维取向方向的往复运动，增加纤维与树脂基体之间的相对位移，实现对纤维束的有效浸渍。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性复合材料技术领域，具体地说涉及一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置。
背景技术
热塑性树脂基复合材料是以热塑性树脂为基体的纤维增强材料，主要有长纤维增强粒料和连续纤维增强预浸带及短纤维增强热塑性树脂。它与普通的短纤维增强热塑性树脂相比，具有更加突出的机械性能、耐热性能、抗翘曲性能、尺寸稳定性等，因而可制造出机械性能卓越的产品，如汽车零部件、电子器件、化工部件等。
热塑性复合材料产品质量的好坏，其较为重要的一个环节是纤维的浸渍，纤维浸渍效果与浸渍过程中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，将提高纤维的浸渍效果。
目前纤维束的浸渍通常在设置有浸渍辊的浸渍腔体内实施，浸渍辊有不动辊和如中国专利公告号为CN104723576A的现有技术在2015年6月24日公开的电机驱动辊。其中，不动辊的缺点在于其剪切效果单一，使得浸渍模具对应的树脂基体较少。而电机驱动辊在更换物料时则需要通过不断摸索，探索出电机转速和不同树脂基体之间的匹配性才行。但该过程耗时耗力较大，且浸渍效率低。
另外，目前的浸渍辊一般都为圆筒形结构，在实际使用时对树脂基体产生的剪切作用较小，不利于纤维束的浸渍。且在纤维束的牵引过程中，纤维长度方向的运动较为单一，也不利于纤维束的有效浸渍。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，本发明能够在没有动力源驱动的作用下，通过纤维束的运动促使浸渍辊转动，在浸渍时，浸渍辊一方面将对树脂基体产生剪切作用，使树脂基体的粘度降低；另一方面将带动纤维束在长度方向运动的同时产生非纤维取向方向的往复运动，增加纤维与树脂基体之间的相对位移，实现对纤维束的有效浸渍。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：包括浸渍腔体，所述浸渍腔体内活动设置有多根供纤维束依次绕过的椭圆形浸渍辊，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊呈高低排布。
所述浸渍腔体外还设置有用于将多根椭圆形浸渍辊两两相连的同步件，所述同步件用于使相连两根椭圆形浸渍辊的角速度相同。
所述同步件为链带或连杆机构，为链带时，链带分别套设在相连两根椭圆形浸渍辊的转动轴上；为连杆机构时，椭圆形浸渍辊的转动轴端部固定有与椭圆形浸渍辊截面大小相同的椭圆盘，连杆机构分别偏心连接在椭圆盘的盘面上。
所述椭圆形浸渍辊的长轴和短轴的长度比为1.5-2。
所述浸渍腔体内的两端设置有由电机驱动的纤维导向辊，椭圆形浸渍辊位于纤维导向辊之间。
所述椭圆形浸渍辊均匀设置在浸渍腔体内。
采用本发明的优点在于：
1、本发明在浸渍腔体内设置有多根供纤维束依次绕过的椭圆形浸渍辊，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊呈高低排布，该结构能够在没有动力源驱动的作用下，通过纤维束的运动促使椭圆形浸渍辊转动，且还使椭圆形浸渍辊的转速能够依据树脂基体的粘度进行自我调节，以满足树脂基体的剪切作用。在浸渍时，浸渍辊一方面在转动时将使树脂基体产生比圆筒形浸渍辊更为强力的剪切流动，该剪切作用会使得树脂粘度降低，提升树脂对纤维的浸润效果；另一方面将带动纤维束在长度方向运动的同时产生非纤维取向方向的往复运动，使纤维束具有多运动状态，增加纤维与树脂基体之间的相对位移，实现对纤维束的有效浸渍。
2、本发明将椭圆形浸渍辊通过链带或连杆机构这样的同步件两两相连，这样的结构能使相连两根椭圆形浸渍辊的角速度相同，其优点在于能够进一步增加浸渍辊和纤维束之间的剪切作用，使得树脂基体的粘度降低，有利于提高剪切效果。
3、本发明将椭圆形浸渍辊的长轴和短轴的长度比设为1.5-2，其优点一为纤维通过椭圆时，在纤维非取向方向会出现上下不同步的振动，致使纤维和树脂基体发生错位移动，提升浸渍效果。其优点二为椭圆表面运动时常出现波浪面的形式，增加纤维接触区域的剪切作用，使树脂基体的粘度变稀。
4、本发明在浸渍腔体内的两端设置有由电机驱动的纤维导向辊，通过纤维导向辊能够保证当浸渍腔体进出口的纤维张力及运行速度稳定性，有利于控制纤维进入浸渍腔体的稳定性。
5、本发明可以用来制备长纤维或连续纤维增强热塑性复合材料，具有结构简单、浸渍效果好、可操作性强等优点。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例3的结构示意图；
图中标记为：1、浸渍腔体，2、椭圆形浸渍辊，3、纤维束，4、纤维导向辊，5、连杆机构，6、链带。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，包括浸渍腔体1，所述浸渍腔体1连接挤出机，提供纤维浸渍的场所；所述浸渍腔体1的两端分别开设有供纤维束3通过的进口和出口，所述浸渍腔体1内通过轴承活动设置有多根供纤维束3依次绕过的椭圆形浸渍辊2，多根椭圆形浸渍辊2均匀设置在浸渍腔体1内，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊2呈高低排布。
本实施例中，所述浸渍腔体1内的两端设置有由电机驱动的纤维导向辊4，椭圆形浸渍辊2位于纤维导向辊4之间。纤维导向辊4的特征尺寸一致，其旋转轴心为圆心，纤维导向辊4之间可通过链条连接。纤维束3从浸渍腔体1的进口进入后，先经过位于进口侧的纤维导向辊4，再绕过多个椭圆形浸渍辊2，最后经过位于出口侧的纤维导向辊4后到达出口。
本实施例中，所述椭圆形浸渍辊2绕轴心线转动，椭圆形浸渍辊2的数量根据实际需求选取，例如椭圆形浸渍辊2的数量可为2—6根，椭圆形浸渍辊2的特征尺寸一致，各辊截面差异化设计(旋转路径匹配性设计)，保证椭圆形浸渍辊2运动过程中纤维在浸渍腔体1内长度尺寸稳定，工作过程中通过偏心转动实现树脂基体对纤维的良好浸润。
本实施例中，所述椭圆形浸渍辊2的长轴和短轴的长度比优选设置为1.8。
实施例2
本实施例公开了一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，包括浸渍腔体1，所述浸渍腔体1连接挤出机，提供纤维浸渍的场所；所述浸渍腔体1的两端分别开设有供纤维束3通过的进口和出口，所述浸渍腔体1内通过轴承活动设置有多根供纤维束3依次绕过的椭圆形浸渍辊2，多根椭圆形浸渍辊2均匀设置在浸渍腔体1内，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊2呈高低排布。
本实施例中，所述浸渍腔体1内的两端设置有由电机驱动的纤维导向辊4，椭圆形浸渍辊2位于纤维导向辊4之间。纤维导向辊4的特征尺寸一致，其旋转轴心为圆心，纤维导向辊4之间可通过链条连接。纤维束3从浸渍腔体1的进口进入后，先经过位于进口侧的纤维导向辊4，再绕过多个椭圆形浸渍辊2，最后经过位于出口侧的纤维导向辊4后到达出口。
本实施例中，所述椭圆形浸渍辊2的数量根据实际需求选取，例如椭圆形浸渍辊2的数量可为3—5根，椭圆形浸渍辊2的特征尺寸一致，各辊截面差异化设计(旋转路径匹配性设计)，保证椭圆形浸渍辊2运动过程中纤维在浸渍腔体1内长度尺寸稳定，工作过程中通过偏心转动实现树脂基体对纤维的良好浸润。
本实施例中，所述椭圆形浸渍辊2的长轴和短轴的长度比优选设置为2。
本实施例中，所述浸渍腔体1外还设置有用于将多根椭圆形浸渍辊2两两相连的同步件，所述同步件用于使相连两根椭圆形浸渍辊2的角速度相同。所述同步件优选为耐高温的连杆机构5，连杆机构5为通用机械机构，其结构不再赘述。具体连接时，可先在椭圆形浸渍辊2的转动轴端部固定与椭圆形浸渍辊2截面大小相同的椭圆盘，固定后将连杆机构5分别偏心连接在椭圆盘的盘面上即可。其中，连杆机构5与椭圆盘的偏心连接结构有两种，一种是转动轴中心位于椭圆盘的中心位置，连杆机构5的转动端活动连接在椭圆盘的一个焦点上。另一种是转动轴中心位于椭圆盘的一个焦点位置，连杆机构5的转动端活动连接在椭圆盘的另一个焦点上。
实施例3
本实施例公开了一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，包括浸渍腔体1，所述浸渍腔体1连接挤出机，提供纤维浸渍的场所；所述浸渍腔体1的两端分别开设有供纤维束3通过的进口和出口，所述浸渍腔体1内通过轴承活动设置有多根供纤维束3依次绕过的椭圆形浸渍辊2，多根椭圆形浸渍辊2均匀设置在浸渍腔体1内，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊2呈高低排布。
本实施例中，所述浸渍腔体1内的两端设置有由电机驱动的纤维导向辊4，椭圆形浸渍辊2位于纤维导向辊4之间。纤维导向辊4的特征尺寸一致，其旋转轴心为圆心，纤维导向辊4之间可通过链条连接。纤维束3从浸渍腔体1的进口进入后，先经过位于进口侧的纤维导向辊4，再绕过多个椭圆形浸渍辊2，最后经过位于出口侧的纤维导向辊4后到达出口。
本实施例中，所述椭圆形浸渍辊2绕轴心线转动，椭圆形浸渍辊2的数量根据实际需求选取，例如椭圆形浸渍辊2的数量可为4根，椭圆形浸渍辊2的特征尺寸一致，各辊截面差异化设计(旋转路径匹配性设计)，保证椭圆形浸渍辊2运动过程中纤维在浸渍腔体1内长度尺寸稳定，工作过程中通过偏心转动实现树脂基体对纤维的良好浸润。
本实施例中，所述椭圆形浸渍辊2的长轴和短轴的长度比优选设置为1.5。
本实施例中，所述浸渍腔体1外还设置有用于将多根椭圆形浸渍辊2两两相连的同步件，所述同步件用于使相连两根椭圆形浸渍辊2的角速度相同。所述同步件优选为耐高温的链带6，安装时将链带6分别套设在相连两根椭圆形浸渍辊2的转动轴上即可。
本发明的工作原理为：
1，牵引纤维束3进入浸渍腔体1，并使纤维束3依次绕过浸渍腔体1内的多个椭圆形浸渍辊2；
2，将树脂基体送入浸渍腔体1，在牵引力的作用下，纤维束3带动椭圆形浸渍辊2转动，当纤维束3带着树脂基体经过椭圆形浸渍辊2时，转动的椭圆形浸渍辊2一方面对树脂基体产生剪切作用，使树脂基体的粘度降低；另一方面将带动纤维束3在长度方向运动的同时产生非纤维取向方向的往复运动，增加纤维与树脂基体之间的相对位移，实现对纤维束3的浸渍，浸渍完成后，纤维束3被牵引出浸渍腔体1。
最后，申请人还要郑重说明的是：申请人同日还提交了专利名称为“一种浸渍辊异步旋转的纤维束浸渍装置”和“一种连续纤维的浸渍方法”的专利申请，该两件专利申请的技术内容与本发明有一定相似之处。但申请人为了后期能够较好的保护这些技术，出于后期能够有效维权的思想，因此，申请人对这些技术进行了专利布局，且经其研讨后决定将这些技术分开申请。并且，两者在技术上还是存在着实质性的区别，具体为：另两件专利申请中的浸渍辊为大小不一致的圆筒形结构，本发明中的浸渍辊为大小尺寸一致的椭圆形结构，相比现有圆筒形结构而言，本发明采用椭圆形浸渍辊除了能够增强对树脂基体的剪切作用，使树脂基体的粘度降低外，还能够带动纤维束在长度方向运动的同时产生非纤维取向方向的往复运动，增加纤维与树脂基体之间的相对位移，实现对纤维束的有效浸渍，而这是另两件专利所不能达到的。
Claims (6)
1.一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：包括浸渍腔体(1)，所述浸渍腔体(1)内活动设置有多根供纤维束(3)依次绕过的椭圆形浸渍辊(2)，且任意相邻两根椭圆形浸渍辊(2)呈高低排布。
2.如权利要求1所述的一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：所述浸渍腔体(1)外还设置有用于将多根椭圆形浸渍辊(2)两两相连的同步件，所述同步件用于使相连两根椭圆形浸渍辊(2)的角速度相同。
3.如权利要求2所述的一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：所述同步件为链带(6)或连杆机构(5)，为链带(6)时，链带(6)分别套设在相连两根椭圆形浸渍辊(2)的转动轴上；为连杆机构(5)时，椭圆形浸渍辊(2)的转动轴端部固定有与椭圆形浸渍辊(2)截面大小相同的椭圆盘，连杆机构(5)分别偏心连接在椭圆盘的盘面上。
4.如权利要求1—3中任一项所述的一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：所述椭圆形浸渍辊(2)的长轴和短轴的长度比为1.5-2。
5.如权利要求1所述的一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：所述浸渍腔体(1)内的两端设置有由电机驱动的纤维导向辊(4)，椭圆形浸渍辊(2)位于纤维导向辊(4)之间。
6.如权利要求1所述的一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置，其特征在于：所述椭圆形浸渍辊(2)均匀设置在浸渍腔体(1)内。
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