CN201896217U - 含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备 - Google Patents

Abstract

含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备，包括将玻璃液牵拉成玻璃纤维的玻璃纤维拉丝装置，所述玻璃纤维拉丝装置下方依次设有涂覆浸润剂的涂油辊、复合器、集束轮、拉丝机，还包括放置涤纶的多层纱架，所述纱架后依次设有调整涤纶纱线张力的张力器、汇聚涤纶纱线的整流器、分散涤纶纱线束的分离器，所述分离器位于复合器之上。本发明的有益效果：简化工艺设备，提高生产顺畅性，同时化纤进纱张力调节的引用，实用性更好，对烘制后的纱团定型效果更优良。

Description

含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备

技术领域

本实用新型涉及一种含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备。

背景技术

由于玻璃纤维增强树脂基体的复合材料具有轻质、高强、电绝缘、耐腐蚀等特点，目前在汽车、航空航天、国防等领域得到广泛应用。特别是玻璃纤维增强热塑性树脂基体复合材料，因其优异的冲击韧性、易修复、可二次成型、可回收等优良性能，近年来发展迅速，逐渐取代了传统的热固性树脂基体复合材料的部分应用领域。玻璃纤维增强热塑性树脂基体复合材料的发展将为传统金属材料提供轻质、高强的绝佳替代材料。

初期的玻璃纤维增强热塑性树脂组合物是使用玻璃纤维短切原丝和热塑性树脂颗粒混合挤出，然后经注塑成型，该方法也称为SFT工艺，其主要缺点是：玻璃纤维含量相对较低，同时由于纤维在挤出和注塑的过程中纤维有效残留长度低，因而最终的制品机械性能不高。针对此问题，20世纪90年代起，一种新的LFT工艺逐步得到发展和推广，该工艺中连续玻璃纤维经过充满热塑性树脂组合物的模具时迅速完成浸渍，再经冷却、切粒成长度在12mm左右的粒料，该粒料可用来注塑或模压成型复合材料制品，由于玻璃纤维的最终保留长度要大于SFT工艺，LFT工艺制得复合材料产品的机械性能相对要高，但是由于LFT浸渍工艺的特殊性，要想同时获得良好的浸渍效果和高的生产效率是相当有难度的。

为了在保证一定生产效率的前提下，改善热塑性树脂对玻璃纤维的浸渍效果，近年来发展的化纤和玻璃纤维同时在线拉丝并在线复合而成的复合纤维（又称复合纱）解决了这一难题，将玻璃纤维和化纤在拉丝阶段完成混合后形成丝束，可提供给客户直接用于LFT粒料工艺以及拉挤、缠绕等各种工艺中，经过编织后也可适用于模压、真空袋压成型等工艺。相对于在玻璃纤维与化纤分别拉制成型后再以丝束形式进行混和编织的混纺纱来说，复合纤维是在玻璃纤维与化纤拉制过程中以单丝的形式在线混合，因而提供了更好的玻璃纤维和化纤的混合均匀性，从而保证了复合材料成型过程中热塑性树脂对玻璃纤维的良好浸润。专利CN101421197A和CN1412366A中介绍了复合纤维的成型方法：玻璃纤维和化纤分别从一多孔板流出，在集束前混合在一起，然后卷绕成纱团。在上述成型方法中，玻璃纤维和化纤均是在线拉制，任何一种纤维拉制过程中出现的工艺问题将会影响复合纤维的最终成型稳定性，因而复合纤维的成型会复杂化；而且玻璃纤维与化纤的拉制生产线存在较大的结构差异，二者的联合使用也将增加复合纤维生产线的装配难度。此外，由于玻璃纤维与化纤热收缩性能的巨大差别，干燥后的复合纤维纱团会因化纤的较大收缩而变得蓬松，造成纱团结构不稳定、纱线退解困难。为解决该问题，上述专利分别采用了化纤超喂而形成卷曲和高温热定型降低化纤收缩率的方法来降低化纤收缩对纱团稳定结构的影响，但是其操控性不佳，质量波动大，而且装备复杂，成本较高。

发明内容

本实用新型的目的在于解决复合纤维生产过程的顺畅性问题及质量控制稳定上存在的难点，提供了一种简化了工艺设备、提高生产顺畅性的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备。

本实用新型的技术方案：

含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备，包括将玻璃液牵拉成玻璃纤维的玻璃纤维拉丝装置，所述玻璃纤维拉丝装置下方依次设有涂覆浸润剂的涂油辊、复合器、集束轮、拉丝机，其特征在于：还包括放置涤纶的多层纱架，所述纱架后依次设有调整涤纶纱线张力的张力器、汇聚涤纶纱线的整流器、分散涤纶纱线束的分离器，所述分离器位于复合器之上。

进一步，所述张力器是液态阻尼补偿张力器，包括基座、进线盘、补偿部件、调整杆以及刻度盘。

进一步，所述分离器是一均匀分布有多个瓷眼的多孔板。

进一步，所述复合器是具有一凹口的酚醛树脂板。

本实用新型的技术构思，首先，经过熔融后的玻璃液经玻璃纤维拉丝装置的矩形漏板由喷丝头流出，并被牵拉成玻璃纤维，后经喷雾水快速冷却，通过石墨涂油辊涂覆上浸润剂；同时，纱架上的涤纶（PET）成品丝，分多束被牵拉并通过张力器，缓冲较大的牵引力和补偿较小的牵引力，从而使涤纶纱线分布更为平整、张力更加均匀。经张力调节后的涤纶纱线通过整流器进行汇聚，整流器能够使张力调节处理过的涤纶丝束以一定方向进行整合，并汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经过分离器被进一步分散，再通过具有一凹口的酚醛树脂板，即复合器，通过复合器时与受浸润剂处理过的玻璃纤维进行复合。此外，涤纶纱线在与玻璃纤维进行复合时具有相同的线速度，两者牵引速度的相同降低了因速度差异而引起的生产不稳定性。然后，经过复合的玻纤与涤纶经过集束轮进行集合成一束，通过拉丝机转动牵引，卷绕成复合纤维纱团。

本实用新型所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法中，玻璃纤维在经过涂油辊时，其表面被均匀涂敷上一薄层浸润剂组合物，该组合物在经过高温干燥后具有较好的成膜性能和较强的粘结性能，能确保玻璃纤维和涤纶纱线粘附在一起形成复合纤维束。

本实用新型所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备中，涤纶纱团摆放位置会受限于玻璃纤维实际生产车间的空间布局。要生产较大线密度，往往需要数十个丝团，不同的丝团摆放，出丝角度也不同。其牵引的张力会由于出纱角度的不同而大小不一，从而造成后期复合纱成型不良，纱束结合性变差，影响束面平整度。因此，进纱角度α（进入整流器前后的涤纶丝束间的夹角）的范围应当控制在0~60°之间，否则交叉角变大将会使丝束摩擦阻力变大，也会使牵引力过大，从而不易于稳定的生产。而从纱团摆放来看，为了更好的与后面的整流器以及玻璃纤维拉丝装置流畅组合在一起，其高度不宜过高，整流器摆放也应具备一定高度，其范围在1.5~2.0m之间，这样才能尽量保持与复合器的较小高度差，从而提高进纱的顺畅性。

所述张力器为一液态阻尼补偿张力器，通过调节纱线在补偿瓷棒间的行走路线来控制纱线牵引过程中的张力，并用阻尼油来降低张力波动。改善了涤纶纱线由于进纱角度不同而引起的张力不均匀问题，张力值应控制在15~300CN之间，从而确保涤纶纱线在复合纤维中分布均匀、结构稳定。

本实用新型所述的设备所拉制玻璃纤维的直径为11~33μm，优选16~24μm；涤纶成品丝的直径在10~40μm，优选20~30μm。

为尽量降低化纤收缩对纱团结构的影响，涤纶成品丝的沸水收缩率需控制在3%以内。满足此要求的其他热塑性纤维材料均可通过上述方法及装备来与玻璃纤维混合在一起得到复合纤维，包括：聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁酯（PBT）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）纤维等以及上述热塑性纤维的两个或多个的组合。

为适应玻璃纤维生产车间的布局，所使用涤纶丝纱团数目为4~42个，优选6~24个；涤纶丝的线密度为56~1000dtex，优选167~500dtex。通过改变纱架1上被牵引化纤纱团的数量以及所选涤纶丝的线密度，可控制复合纱中玻璃纤维与涤纶丝的相对质量，其比值在85：15~10：90，优选80:20~30:70。所制备复合纤维的线密度为400~2600tex，优选800~2400tex。

本实用新型采用离线化纤复合在线玻纤技术，有效避免化纤生产过程中容易出现的各种质量及生产问题，保障了化纤的稳定性；同时，优化了化纤进纱工艺，通过进纱张力的调节，使得化纤在整个复合纱中分布更为均匀，减少了由于化纤本身收缩带来的卷曲、开散、蓬松等问题，这样也使得在有效提高生产顺畅性的同时提高了产品的质量，操控性更好。而且采用离线化纤工艺，简化了生产设备，降低了生产成本，使复合纤维产品的生产过程更加简单，实效性更强，因此通过该技术的发明和应用，可以有效提高复合纤维工业化生产的可行性。同时，通过该技术所得的复合纱团，成型优良，结构紧密，纱线平整光滑，具有极其优越的纺织性能，上机操作性能强，适用于多轴向织布用经、纬纱。此外，由于热塑性纤维经过张力调节作用，复合纱内在物理结构更为均匀，力学性能更为优越，可应用于中高端市场，比如航空航天、高性能汽车部件、风力叶片等领域。

本实用新型的有益效果：简化工艺设备，提高生产顺畅性，同时化纤进纱张力调节的引用，实用性更好，对烘制后的纱团定型效果更优良。

附图说明

图1是本实用新型中含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法的专用设备，包括将玻璃液牵拉成玻璃纤维的玻璃纤维拉丝装置，所述玻璃纤维拉丝装置下方依次设有涂覆浸润剂的涂油辊7、复合器8、集束轮9、拉丝机10，还包括放置涤纶纱团2的多层纱架1，所述纱架1后依次设有调整涤纶纱线张力的张力器3、汇聚涤纶纱线的整流器4、分散涤纶纱线束的分离器5，所述分离器5位于复合器8之上。

所述张力器3是液态阻尼补偿张力器，包括基座、进线盘、补偿部件、调整杆以及刻度盘。

所述分离器5是一均匀分布有多个瓷眼的多孔板。

所述复合器8是具有一凹口的酚醛树脂板。

本实用新型的技术构思，首先，经过熔融后的玻璃液经玻璃纤维拉丝装置的矩形漏板6由喷丝头流出，并被牵拉成玻璃纤维，后经喷雾水快速冷却，通过石墨涂油辊7涂覆上浸润剂；同时，纱架1上的涤纶（PET）成品丝，分多束被牵拉并通过张力器3，缓冲较大的牵引力和补偿较小的牵引力，从而使涤纶纱线分布更为平整、张力更加均匀。经张力调节后的涤纶纱线通过整流器4进行汇聚，整流器4能够使张力调节处理过的涤纶丝束以一定方向进行整合，并汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经过分离器5被进一步分散，再通过具有一凹口的酚醛树脂板，即复合器8，通过复合器8时与受浸润剂处理过的玻璃纤维进行复合。此外，涤纶纱线在与玻璃纤维进行复合时具有相同的线速度，两者牵引速度的相同降低了因速度差异而引起的生产不稳定性。然后，经过复合的玻纤与涤纶经过集束轮进行集合成一束，通过拉丝机转动牵引，卷绕成复合纤维纱团。

本实用新型所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备中，涤纶纱团2摆放位置会受限于玻璃纤维实际生产车间的空间布局。要生产较大线密度，往往需要数十个丝团，不同的丝团摆放，出丝角度也不同。其牵引的张力会由于出纱角度的不同而大小不一，从而造成后期复合纱成型不良，纱束结合性变差，影响束面平整度。因此，进纱角度α（进入整流器前的涤纶丝束间的夹角）的范围应当控制在0~60°之间，否则交叉角变大将会使丝束摩擦阻力变大，也会使牵引力过大，从而不易于稳定的生产。而从纱团摆放来看，为了更好的与后面的整流器4以及玻璃纤维拉丝装置流畅组合在一起，其高度不宜过高，整流器4摆放也应具备一定高度，其范围在1.5~2.0m之间，这样才能尽量保持与复合器8的较小高度差，从而提高进纱的顺畅性。

所述张力器3为一液态阻尼补偿张力器，通过调节纱线在补偿瓷棒间的行走路线来控制纱线牵引过程中的张力，并用阻尼油来降低张力波动。改善了涤纶纱线由于进纱角度不同而引起的张力不均匀问题，张力值应控制在15~300CN之间，从而确保涤纶纱线在复合纤维中分布均匀、结构稳定。

玻璃纤维在经过涂油辊时，其表面被均匀涂敷上一薄层浸润剂组合物，该组合物在经过高温干燥后具有较好的成膜性能和较强的粘结性能，能确保玻璃纤维和涤纶纱线粘附在一起形成复合纤维束。

为尽量降低化纤收缩对纱团结构的影响，涤纶成品丝的沸水收缩率需控制在3%以内。满足此要求的其他热塑性纤维材料均可通过上述方法及其专用设备来与玻璃纤维混合在一起得到复合纤维，包括：聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸丁酯（PBT）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）纤维等以及上述热塑性纤维的两个或多个的组合。

为适应玻璃纤维生产车间的布局，所使用涤纶丝纱团数目为4~42个，优选6~24个；涤纶丝的线密度为56~1000dtex，优选167~500dtex。通过改变纱架1上被牵引化纤纱团的数量以及所选涤纶丝的线密度，可控制复合纱中玻璃纤维与涤纶丝的相对质量，其比值在85：15~10：90，优选80:20~30:70。所制备复合纤维的线密度为400~2600tex，优选800~2400tex。

本实用新型所拉制玻璃纤维的直径为11~33μm，优选16~24μm；涤纶成品丝的直径在10~40μm，优选20~30μm。

复合实例：

1．使用7个线密度为333dtex的涤纶纱团作为涤纶的来源，其沸水收缩率为1.4%。化纤进纱角度最大为20°，经过张力器3后化纤张力值在25~45CN之间。按本实用新型得到复合纤维的纱团后，经过122℃、18h的高温烘干后得到最终的复合纤维制品，其线密度为800tex，玻璃纤维与涤纶的比值为70:30，含水为0.05%。

利用经编机械将所得复合纤维编织成单向布，纬纱同样为涤纶，再将多层铺设的单向布在热压机上压制成单向玻璃纤维增强的PET热塑性树脂复合材料，其力学性能见表一。

2．使用10个线密度为333dtex的PPS纱团作为化纤的来源，其沸水收缩率为0.3%。化纤进纱角度最大为30°，经过张力器3后化纤张力值在25~65CN之间。经过122℃、18h的高温烘干后得到线密度为800tex的复合纤维，其中玻璃纤维与PPS纤维的比值约为60:40，含水率为0.1%。

3．使用26个线密度为167dtex的涤纶纱团，其沸水收缩率为1.8%。化纤进纱角度最大为45°，经过张力器3后化纤张力值在25~100CN之间。经过122℃、18h的高温烘干后得到线密度为1400tex的复合纤维，其中玻璃纤维与涤纶的比值约为70:30，含水率为0.1%。

本实用新型本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备，包括将玻璃液牵拉成玻璃纤维的玻璃纤维拉丝装置，所述玻璃纤维拉丝装置下方依次设有涂覆浸润剂的涂油辊、复合器、集束轮、拉丝机，其特征在于：还包括放置涤纶的多层纱架，所述纱架后依次设有调整涤纶纱线张力的张力器、汇聚涤纶纱线的整流器、分散涤纶纱线束的分离器，所述分离器位于复合器之上。

2.根据权利要求1所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备，其特征在于：所述张力器是液态阻尼补偿张力器，包括基座、进线盘、补偿部件、调整杆以及刻度盘。

3.根据权利要求1或2所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备，其特征在于：所述分离器是一均匀分布有多个瓷眼的多孔板。

4.根据权利要求3所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备，其特征在于：所述复合器是具有一凹口的酚醛树脂板。

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