CN201471619U - 制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头 - Google Patents

Abstract

制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，涉及连续纤维增强的复合材料的生产技术领域。上盖板和下盖板之间分别开设连续纤维进料通道和出料通道，在下盖板上设置与所述连续纤维进料通道连通的加料通道；在连续纤维进料通道和出料通道之间的上、下盖板相对的面之间分别设置一组上浸渍辊和一组下浸渍辊，下浸渍辊的两端分别支撑在一对下辊托架上，下辊托架固定连接于下盖板的两侧，上浸渍辊的两端分别支撑在一对上辊托架上，上辊托架以与下辊托架之间的间距可调式活动连接在上盖板上。可实现上浸渍辊和下浸渍辊之间距离的调整，方便生头，也方便浸渍作业时连续纤维与浸渍辊包角的调节，从而使本实用新型适用于不同品种连续纤维与基体塑料的复合。

Description

制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头

技术领域

本实用新型涉及复合材料，特别是连续纤维增强的复合材料的生产技术领域。

背景技术

目前用熔融浸渍法生产连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的制造装置多处于研究试验阶段，还没有公认的定型通用设备，见诸报道的制备装置主要有两类。

第一类是包覆模头，这类模头制得的预浸料是类似电缆的结构，即所谓“皮芯结构”。在这类预浸料中，增强纤维束像电缆的铜芯一样位于预浸料中间，即所谓的“芯”，一周包裹的是热塑性塑料，像电缆的塑料皮，即所谓的“皮”。这种包覆式模头生产的预浸料增强纤维与基体塑料之间没有能够充份融合，这种预浸料的强度等各项力学性能指标比较低，不能充分发挥增强纤维的增强作用。

第二类是浸渍槽，可以实现增强纤维在基体塑料内的均匀分散与结合。浸渍槽按浸渍元件不同大体可分为“搓板式结构”和“辊式结构”两种。

搓板式结构浸渍槽的主要部件是以一定间隙对扣的两块“搓板”，上搓板的“槽”对下搓板的“峰”。工作时增强纤维从两块“搓板”之间的间隙通过，基体塑料也从这个间隙中通过。在牵引设备的拖拽作用下，增强纤维束具有一定张力，在经过搓板的上下凸峰时与之发生挤压作用，从而与基体树脂混合，达到浸渍效果。

在这种结构中，增强纤维束与搓板的凸峰之间是滑动摩擦，阻力大，对纤维束的损伤严重，容易造成纤维束断裂，所以为了保证生产稳定，防止纤维束断裂，纤维束的张力不能太大，浸渍速度一般不超过3米/秒，生产率低。第二，由于搓板的自身结构以及搓板与搓板间的相互位置是固定的，无法调节，所以浸渍效果也无法调节，在更换增强纤维或(和)基体塑料的品种、规格时需要重新设计搓板结构，工艺的适应性较差。第三，当增强纤维束在浸渍槽内出现断裂时，必须打开浸渍槽，把增强纤维束从上下搓板间穿过，才能重新开始生产，过程复杂。

辊式结构浸渍槽的浸渍元件是一系列圆柱形辊子，工作时增强纤维从辊子表面绕过，基体塑料从辊子与槽四壁构成的空间中通过。在牵引装置拖拽下具有一定张力的增强纤维束在辊子的挤压作用下与基体树脂混合，达到浸渍作用。这种浸渍槽由于增强纤维束与浸渍辊之间是滚动摩擦，所以对纤维束的损伤较小。这种结构存在以下缺点：第一，由于结构的限制，浸渍辊直径大(一般在20毫米以上)，转动惯量大，纤维束带动浸渍辊转动时内部产生的张力很大，容易造成增强纤维束断裂。所以纤维束的牵引速度也不能高，一般也不超过3米/秒，生产率低。第二，由于轴承结构的限制，浸渍辊的相对位置是固定的，增强纤维束与浸渍辊的包角无法调节，所以浸渍效果也无法调节，工艺适应性较差。第三，当增强纤维束在浸渍槽内出现断裂时，同样要打开浸渍槽，把增强纤维束重新绕过所有浸渍辊，才能开始生产，过程复杂。第四，由于内部结构复杂，浸渍槽的体积较大，高分子材料在槽内的平均停留时间长，导致基体塑料在高温下降解、黄变，影响预浸料的质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、体积紧凑、使用可靠、调整方便、工艺范围宽、生产效率高的制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头。

本实用新型包括上盖板、下盖板，在所述上盖板和下盖板之间分别开设连续纤维进料通道和出料通道，在下盖板上设置与所述连续纤维进料通道连通的加料通道；在连续纤维进料通道和出料通道之间的上、下盖板相对的面之间分别设置一组上浸渍辊和一组下浸渍辊，所述下浸渍辊的两端分别支撑在一对下辊托架上，所述下辊托架固定连接于下盖板的两侧，所述上浸渍辊的两端分别支撑在一对上辊托架上，所述上辊托架以与下辊托架之间的间距可调式活动连接在上盖板上。

本实用新型调整上辊托架与下辊托架之间的间距，以实现上浸渍辊和下浸渍辊之间距离的调整，方便生头，也方便浸渍作业时连续纤维与浸渍辊包角的调节，从而使本实用新型适用于不同品种连续纤维与基体塑料的复合。本实用新型采用浸渍原理，通过上浸渍辊和下浸渍辊的作用，可使由连续纤维进料通道进入的连续纤维束内部填充由加料通道进入的原料，实现纤维增强复合材料的生产。

本实用新型所述成对的上辊托架相对的面上分别设置凹槽，所述各上浸渍辊的两端分别可转动式伸入于所述凹槽内；所述成对的下辊托架相对的面上分别设置凹槽，所述各下浸渍辊的两端分别可转动式伸入于所述凹槽内。

上、下浸渍辊的两端支承不再使用滚动轴承结构，而是利用由加料通道进入的改性原料直接做润滑剂，直接将上、下浸渍辊支承在上辊托架和下辊托架的凹槽中。利于上、下浸渍辊直径的减小，可在3-10mm范围内变化。

本实用新型所述上浸渍辊可以为圆柱形，也可以为腰鼓形或束腰形。腰鼓形或束腰形更利于基体材料均匀地浸渍于原料纤维束之间，可得到力学性能稳定的复合材料。

同理，所述下浸渍辊可以为圆柱形或腰鼓形或束腰形。

为了实现工艺的温度要求，可将电加热棒产生的热量传导至具有导热性能的下盖板，本实用新型所述下盖板为导热材料制成，在下盖板上开设若干通孔，于各通孔内穿置电加热棒。

同理，为了实现工艺的温度要求，本实用新型所述上盖板为导热材料制成，在上盖板的外侧面连接电加热板。

另外，本实用新型还在出料通道的外端可更换式连接出料口模。改变出料口模的内孔直径可以改变预浸料条中增强纤维的质量分数，从而得到不同质量分数的产品。

为了方便调节，本实用新型所述上辊托架的外端连接导杆，在上盖板上开设通孔，所述导杆间隙式穿置在上盖板的所述通孔中，导杆的另一端连接丝杆，所述丝杆的另一端支撑在与上盖板连接的支架上，在所述丝杆上连接调节螺母。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

图2为上、下浸渍辊的另一种外形图。

图3为上、下浸渍辊的第三种外形图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型在上盖板3和下盖板7之间分别开设连续纤维进料通道11和出料通道12，在连续纤维进料通道11的上端设置进丝口导管5，在出料通道12的下端通过压板可更换式连接出料口模10。在下盖板7上设置与连续纤维进料通道11连通的加料通道13。

下盖板7由导热材料制成，在下盖板7上开设若干通孔，于各通孔内穿置电加热棒6。上盖板由为导热材料制成，在上盖板3的外侧面连接电加热板1。

在连续纤维进料通道11和出料通道12之间的上、下盖板3、7相对的面上分别开有凹槽，凹槽内分别设置一组上浸渍辊9和一组下浸渍辊14，上浸渍辊9和下浸渍辊14的可以为圆柱形，如图1所示，也可以如图2、3所示，为腰鼓形或束腰形。

成对的两只下辊托架8分别固定连接于下盖板7的两侧，在两只下辊托架8相对的面上分别设置凹槽8-1，各下浸渍辊14的两端分别可转动式伸入于相应的凹槽8-1内。

由两只组成一对的上辊托架4相对的面上分别设置凹槽4-1，各上浸渍辊9的两端分别可转动式伸入于相应的凹槽4-1内。

上辊托架4的外端分别固定连接两只导杆15，在上盖板3上开设两个通孔，两只导杆15分别间隙式穿置在上盖板3的两个通孔中，并在通孔内设置密封件16，两个导杆15的另一端同共连接在一个横板17上，在横板17的中部连接一根丝杆18，丝杆18的另一端分别套置在横板19、横板21的中孔内，横板19和横板21的两端分别通过隔套22和螺母23固定连接在支架20上，支架20与上盖板3固定连接。在横板19、横板21之间的丝杆18上连接调节螺母2，通过调节螺母2的正反旋转可使上辊托架4与下辊托架8之间的间距可调。[0]

可将本实用新型应用于连续纤维(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)增强热塑性塑料(如聚丙烯、聚酰胺、ABS、PBT、PET等)预浸料条的生产。本模头的作用在于可以简单、方便、可靠地实现熔融态的热塑性塑料在连续增强纤维束内部的填充，使连续增强纤维在热塑性工程塑料预浸料条内部均匀分散，并与热塑性塑料充分结合，形成复合材料，达到提高材料力学性能的目的。

生头时，顺时针旋转调节螺母2，上辊托架4远离下辊托架8，上下浸渍辊之间形成一条通道，用专用生头工具从出料口模10伸到进丝导管5处导引增强纤维束，穿过奇偶数辊之间的通道，就可把增强纤维束从出料口拉出。下一步，逆时针旋转调节螺母2，上辊托架4压下，增强纤维束绕过所有浸渍辊，开始浸渍作业，完成生头工作。在生产过程中如果出现增强纤维束断头，也可以用此法快速进行补头。通过调节上辊托架的不同位置，还可以改变上下浸渍辊之间的相对位置，从面改变增强纤维束在浸渍辊上的包角，起到调节浸渍效果的作用，以适合不同材料和不同工艺对浸渍模头的要求。

热塑性塑料由加料通道13进入，经浸渍辊后随增强纤维束一起从出料口模10变为预浸料排出。

本实用新型具有如下优越性：

1、为了提高浸渍辊的铺展、挤压和混和效果，浸渍辊的形状不再是现有技术中单一的圆柱形，可以是圆柱形、鼓形、束腰形及其搭配使用。

2、浸渍辊的数量、排列方式可以按照工艺要求任意调节。(可不等距)

3、浸渍结构大大简化，浸渍辊两端支承不再使用滚动轴承结构，而是利用基体树脂做润滑剂，直接支承在上辊托架4和下辊托架8的支承孔中。辊子直径大大减小，可在3-10mm范围内变化。

4、本实用新型把浸渍辊按奇数号和偶数号分为两组，分别安装在两个辊子托架上，使一半辊子可以实现相对于另一半辊子上下运动，从而改变两组浸渍辊之间的相对位置。成功解决了不打开模头就可以进行生头的难题。

5、浸渍辊分组并用螺旋机构对上辊托架进行调节实现了连续增强纤维在浸渍辊上的包角大小连续可调，扩大了浸渍装置的工艺适用范围。

6、由于本实用新型结构紧凑，本模头的内部容积仅相当于现有技术中浸渍槽体积的几十分之一，彻底解决了浸渍槽积料造成高分子材料降解黄变的问题。

7、由于浸渍辊结构轻巧，转动灵活，所以本模头浸渍速度很高，生产速度达到15米/分钟以上。

8、可更换的出料口模使本模头在生产不同质量分数的预浸料时调整变得非常方便。

Claims (8)

1.制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于包括上盖板、下盖板，在所述上盖板和下盖板之间分别开设连续纤维进料通道和出料通道，在下盖板上设置与所述连续纤维进料通道连通的加料通道；在连续纤维进料通道和出料通道之间的上、下盖板相对的面之间分别设置一组上浸渍辊和一组下浸渍辊，所述下浸渍辊的两端分别支撑在一对下辊托架上，所述下辊托架固定连接于下盖板的两侧，所述上浸渍辊的两端分别支撑在一对上辊托架上，所述上辊托架以与下辊托架之间的间距可调式活动连接在上盖板上。

2.根据权利要求1所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于所述成对的上辊托架相对的面上分别设置凹槽，所述各上浸渍辊的两端分别可转动式伸入于所述凹槽内；所述成对的下辊托架相对的面上分别设置凹槽，所述各下浸渍辊的两端分别可转动式伸入于所述凹槽内。

3.根据权利要求1或2所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于所述上浸渍辊为圆柱形或腰鼓形或束腰形。

4.根据权利要求1或2所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于所述下浸渍辊为圆柱形或腰鼓形或束腰形。

5.根据权利要求1或2所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于所述下盖板为导热材料制成，在下盖板上开设若干通孔，于各通孔内穿置电加热棒。

6.根据权利要求1或2所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于所述上盖板为导热材料制成，在上盖板的外侧面连接电加热板。

7.根据权利要求1所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于在出料通道的外端可更换式连接出料口模。

8.根据权利要求1所述制备连续纤维增强型复合材料的浸渍模头，其特征在于所述上辊托架的外端连接导杆，在上盖板上开设通孔，所述导杆间隙式穿置在上盖板的所述通孔中，导杆的另一端连接丝杆，所述丝杆的另一端支撑在与上盖板连接的支架上，在所述丝杆上连接调节螺母。

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