CN109822777B - 一种连续纤维的浸渍方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续纤维的浸渍方法，包括以下步骤：(1)牵引纤维束进入浸渍腔体，并使纤维束依次绕过浸渍腔体内浸渍辊组的Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊；(2)在牵引力的作用下，纤维束带动Ⅰ被动浸渍辊转动，Ⅰ被动浸渍辊同步带动Ⅱ被动浸渍辊转动，当纤维束带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊带动Ⅱ被动浸渍辊时，浸渍辊依据树脂基体的粘度自动调节转速，并与纤维束相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而浸渍纤维束，浸渍完成后，纤维束被牵引出浸渍腔体。本发明能够依据树脂基体的粘度自我调节浸渍辊的转速，以满足对树脂基体的剪切作用，从而达到提高浸渍效果的目的。

Description

一种连续纤维的浸渍方法

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的浸渍方法。

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差异化，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。

中国专利公告号为CN104723576A的现有技术在2015年6月24日公开了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸片材的成型设备与方法。该专利中，当螺旋浸渍辊转动时，树脂沿螺槽槽内流道，实现纤维纵向方向浸渍，同时由于挤压作用，熔体沿垂直纤维方向流动，实现横向浸渍。其具有浸渍效果好，浸渍效率高，生产稳定性好的优点。但在实际浸渍过程中，其仍然存在着如下缺陷：1，浸渍辊由电机驱动，但在更换物料时需要通过不断摸索，探索出电机转速和不同树脂基体之间的匹配性才行，该过程耗时耗力较大，并导致浸渍效率低。2，在浸渍过程中对树脂基体的剪切效果不会依据纤维束的状态改变而改变，导致浸渍效果单一，不利于树脂基体对纤维束的浸渍。3，出现异常波动时不能实现在线自动调控，需要人为因素的介入，该过程不但浪费物料，还增加了人工成本，降低了生产效率。4，由于纤维束表面的状态、牵引速度、树脂基体粘度和浸渍辊表面状态的匹配性问题，浸渍辊无法满足动态中的平移，因此易出现断纱的现象，不利于产品的连续化生产。

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，提供一种连续纤维的浸渍方法，本发明能够依据树脂基体的粘度自我调节浸渍辊的转速，以满足对树脂基体的剪切作用，从而达到提高浸渍效果的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)牵引纤维束进入浸渍腔体，并使纤维束依次绕过浸渍腔体内浸渍辊组的Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊；

(2)在牵引力的作用下，纤维束带动Ⅰ被动浸渍辊转动，Ⅰ被动浸渍辊同步带动Ⅱ被动浸渍辊转动，当纤维束带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊带动Ⅱ被动浸渍辊时，浸渍辊依据树脂基体的粘度自动调节转速，并与纤维束相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而浸渍纤维束，浸渍完成后，纤维束被牵引出浸渍腔体。

所述浸渍温度为常温—400℃。

所述树脂基体由挤出机注入浸渍腔体，树脂基体的挤出速度为0.1—4kg/min。

所述纤维束的运动速度为10—25m/min。

所述Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊均为圆筒形结构，且Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊的外径不同。

所述Ⅰ被动浸渍辊的外径小于Ⅱ被动浸渍辊的外径，且Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊的外径比为1：1.5—2。

所述浸渍辊组的数量为2—5组，浸渍辊组均匀设置在浸渍腔体内。

所述Ⅰ被动浸渍辊通过连动件同步带动Ⅱ被动浸渍辊转动，连动件设置在浸渍腔体外，且连动件分别与Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊活动连接。

所述连动件为连杆机构，在Ⅰ被动浸渍辊的转动轴端部和Ⅱ被动浸渍辊的转动轴端部均固定有与对应被动浸渍辊截面大小相同的圆盘，连杆机构分别偏心连接在圆盘的盘面上。

所述连动件为链带，链带分别套设在Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊的转动轴上。

采用本发明的优点在于：

1、本发明在浸渍时，被动浸渍辊不需要动力源驱动，通过纤维束的运动就能够促使Ⅰ被动浸渍辊转动，而Ⅱ被动浸渍辊又是由Ⅰ被动浸渍辊同步带动转动的，因此就能够形成浸渍辊的异步旋转。在浸渍时，当纤维束带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊带动Ⅱ被动浸渍辊时，浸渍辊一方面依据树脂基体的粘度自动调节转速，以满足对树脂基体的剪切作用，进而实现树脂基体的多品种化。另一方面又与纤维束相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而实现纤维束的有效浸渍。另外，在浸渍过程中能够依据纤维束的状态自动改变对树脂基体的剪切效果，浸渍时出现异常波动时还能够在线自动调节，以便于在纤维束、牵引速度、树脂基体粘度等方面达到平移，避免出现断纱现象等，有利于产品的连续化生产。

2、本发明将浸渍温度设为常温—400℃，将树脂基体的挤出速度设为0.1—4kg/min。纤维束的运动速度设为10—25m/min，其优点在于保证纤维束的有效浸渍。

3、本发明将Ⅰ被动浸渍辊和Ⅱ被动浸渍辊设置为外径不同的结构，有利于纤维束和浸渍辊对树脂基体产生不同的剪切作用。

4、本发明将Ⅰ被动浸渍辊的外径设置为小于Ⅱ被动浸渍辊的外径，其优点在于使得Ⅰ被动浸渍辊易于被纤维促使转动，进而利于促使Ⅱ被动浸渍辊的同步转动。

5、本发明中Ⅰ被动浸渍辊通过连动件同步带动Ⅱ被动浸渍辊转动，连动件可为链带或连杆机构，连动件的结构多种多样，有利于适用于不同的使用情况。而连动件设置在浸渍腔体外的结构，既便于观察浸渍辊的运动状态，间接得出浸渍腔体内树脂基体的状态，又使得其运动过程不受树脂粘滞作用。

6、本发明由于浸渍辊外径的差异化，使得纤维束和浸渍辊对树脂基体产生不同的剪切作用，对纤维束的浸渍效果更好。

7、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2的结构示意图；

图2为实施例3的结构示意图；

图中标记为：1、浸渍腔体，2、浸渍辊组，3、纤维束，4、Ⅰ被动浸渍辊，5、Ⅱ被动浸渍辊，6、连杆机构，7、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的浸渍方法，包括以下步骤：

(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内浸渍辊组2的Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5；

(2)在牵引力的作用下，纤维束3带动Ⅰ被动浸渍辊4转动，Ⅰ被动浸渍辊4同步带动Ⅱ被动浸渍辊5转动，当纤维束3带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊4带动Ⅱ被动浸渍辊5时，浸渍辊依据树脂基体的粘度自动调节转速，并与纤维束3相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而浸渍纤维束3，浸渍完成后，纤维束3被牵引出浸渍腔体1。

本实施例中，所述浸渍温度为常温—400℃，模具采用耐高温金属材质。所述树脂基体由挤出机注入浸渍腔体1，树脂基体的挤出速度为0.1—4kg/min，优选树脂基体的挤出速度为0.5kg/min。所述纤维束3的运动速度为10—25m/min，优选纤维束3的运动速度为15m/min。

本实施例在实施时，其条件可为：

1，采用东丽碳纤维T700-12K，树脂基体为PP，浸渍模具温度为190℃，每个出料口包含3束纤维，出料口数量为10孔，树脂基体挤出速度为0.3kg/min。

2，用东丽碳纤维T700-12K，树脂基体为PPS，浸渍模具温度为315℃，每个出料口包含4束纤维，出料口数量为15孔，树脂基体挤出速度为0.5kg/min。

3，采用东丽碳纤维T700-12K，树脂基体为PPS，浸渍模具温度为315℃，每个出料口包含4束纤维，出料口数量为20孔，树脂基体挤出速度为0.7kg/min。

实施例2

本实施例公开了一种连续纤维的浸渍方法，包括以下步骤：

(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内浸渍辊组2的Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5；

(2)在牵引力的作用下，纤维束3带动Ⅰ被动浸渍辊4转动，Ⅰ被动浸渍辊4同步带动Ⅱ被动浸渍辊5转动，当纤维束3带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊4带动Ⅱ被动浸渍辊5时，浸渍辊依据树脂基体的粘度自动调节转速，并与纤维束3相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而浸渍纤维束3，浸渍完成后，纤维束3被牵引出浸渍腔体1。

本实施例中，所述Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5均为圆筒形结构，且Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5的外径不同。进一步的，Ⅰ被动浸渍辊4的外径小于Ⅱ被动浸渍辊5的外径，且Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5的外径比为1：1.5—2。其中，设置在浸渍腔体1内的浸渍辊组2的数量为2—5组，本实施例优选采用2组并均匀设置在浸渍腔体1内。浸渍时，纤维束3依次绕过各个浸渍辊组2中的Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5。

本实施例中，所述Ⅰ被动浸渍辊4通过连动件同步带动Ⅱ被动浸渍辊5转动，所述连动件设置在浸渍腔体1外，且连动件分别与Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5活动连接。具体的，所述连动件可为耐高温的连杆机构6，连杆机构6为通用机械机构，其结构不再赘述。安装时，可先在Ⅰ被动浸渍辊4的转动轴端部和Ⅱ被动浸渍辊5的转动轴端部均固定有与对应被动浸渍辊截面大小相同的圆盘(即Ⅰ被动浸渍辊4端部的圆盘与Ⅰ被动浸渍辊4的截面大小相同，Ⅱ被动浸渍辊5端部的圆盘与Ⅱ被动浸渍辊5的截面大小相同)，固定后再将连杆机构6分别偏心连接在圆盘的盘面上即可。

实施例3

本实施例公开了一种连续纤维的浸渍方法，包括以下步骤：

(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内浸渍辊组2的Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5；

(2)在牵引力的作用下，纤维束3带动Ⅰ被动浸渍辊4转动，Ⅰ被动浸渍辊4同步带动Ⅱ被动浸渍辊5转动，当纤维束3带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊4带动Ⅱ被动浸渍辊5时，浸渍辊依据树脂基体的粘度自动调节转速，并与纤维束3相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而浸渍纤维束3，浸渍完成后，纤维束3被牵引出浸渍腔体1。

本实施例中，所述Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5均为圆筒形结构，且Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5的外径不同。进一步的，Ⅰ被动浸渍辊4的外径小于Ⅱ被动浸渍辊5的外径，且Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5的外径比为1：1.5—2。其中，设置在浸渍腔体1内的浸渍辊组2的数量为2—5组，本实施例优选采用3组并均匀设置在浸渍腔体1内。浸渍时，纤维束3依次绕过各个浸渍辊组2中的Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5。

本实施例中，所述Ⅰ被动浸渍辊4通过连动件同步带动Ⅱ被动浸渍辊5转动，所述连动件设置在浸渍腔体1外，且连动件分别与Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5活动连接。具体的，所述连动件可为耐高温的链带7，将链带7分别套设在Ⅰ被动浸渍辊4和Ⅱ被动浸渍辊5的转动轴上即可。

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”、“一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置”和“一种多运动状态的椭圆浸渍装置”的专利申请，该三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，本专利申请以及“一种浸渍辊异步旋转的纤维束浸渍装置”与“一种连续纤维多运动状态的椭圆浸渍装置”和“一种多运动状态的椭圆浸渍装置”这两件专利申请在技术上还是存在着实质性的区别，具体为：本专利申请以及“一种浸渍辊异步旋转的纤维束浸渍装置”中的浸渍辊为大小不一致的圆筒形结构，而另两件中的浸渍辊为大小尺寸一致的椭圆形结构，其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。而这是本专利申请以及“一种浸渍辊异步旋转的纤维束浸渍装置”与另两件专利所不同的。

Claims (9)

1.一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于包括以下步骤：

（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）内浸渍辊组（2）的Ⅰ被动浸渍辊（4）和Ⅱ被动浸渍辊（5）；（2）在牵引力的作用下，纤维束（3）带动Ⅰ被动浸渍辊（4）转动，Ⅰ被动浸渍辊（4）同步带动Ⅱ被动浸渍辊（5）转动，当纤维束（3）带着树脂基体经过Ⅰ被动浸渍辊（4）带动Ⅱ被动浸渍辊（5）时，浸渍辊依据树脂基体的粘度自动调节转速，并与纤维束（3）相互作用并促使树脂基体产生剪切运动，进而浸渍纤维束（3），浸渍完成后，纤维束（3）被牵引出浸渍腔体（1）；

其中，所述纤维束（3）为碳纤维T700-12K；所述纤维束（3）的运动速度为10—25m/min。

2.如权利要求1所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述浸渍温度为常温—400℃。

3.如权利要求1所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述树脂基体由挤出机注入浸渍腔体（1），树脂基体的挤出速度为0.31—4kg/min。

4.如权利要求1所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述Ⅰ被动浸渍辊（4）和Ⅱ被动浸渍辊（5）均为圆筒形结构，且Ⅰ被动浸渍辊（4）和Ⅱ被动浸渍辊（5）的外径不同。

5.如权利要求4所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述Ⅰ被动浸渍辊（4）的外径小于Ⅱ被动浸渍辊（5）的外径，且Ⅰ被动浸渍辊（4）和Ⅱ被动浸渍辊（5）的外径比为1：1.5—2。

6.如权利要求1所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述浸渍辊组（2）的数量为2—5组，浸渍辊组（2）均匀设置在浸渍腔体（1）内。

7.如权利要求1所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述Ⅰ被动浸渍辊（4）通过连动件同步带动Ⅱ被动浸渍辊（5）转动，连动件设置在浸渍腔体（1）外，且连动件分别与Ⅰ被动浸渍辊（4）和Ⅱ被动浸渍辊（5）活动连接。

8.如权利要求7所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述连动件为连杆机构（6），在Ⅰ被动浸渍辊（4）的转动轴端部和Ⅱ被动浸渍辊（5）的转动轴端部均固定有与对应被动浸渍辊截面大小相同的圆盘，连杆机构（6）分别偏心连接在圆盘的盘面上。

9.如权利要求7所述的一种连续纤维的浸渍方法，其特征在于：所述连动件为链带（7），链带（7）分别套设在Ⅰ被动浸渍辊（4）和Ⅱ被动浸渍辊（5）的转动轴上。

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