CN210880982U - 一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，包括阳模、阴模，所述浸渍模具中设置进纤通道、树脂进料口、主熔体浸渍流道、副熔体浸渍流道，所述进纤通道、树脂进料口均与主熔体浸渍流道的入口连通，所述副熔体浸渍流道的进料口及出料口均与主熔体浸渍流道连通；本实用新型通过设置主熔体浸渍流道、副熔体浸渍流道，一方面使得树脂熔体在主熔体浸渍流道内能够对连续纤维进行较强的冲击浸渍，另一方面部分树脂熔体通过副熔体浸渍流道流至模具后端，对连续纤维的另一面进行冲击浸渍，从而使得树脂熔体能够按照预先设计的导流方向对连续纤维进行双向冲击浸渍，有利于提高连续纤维的浸渍效果。

Description

一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具

技术领域

本实用新型涉及连续纤维增强热塑性复合材料制备加工的技术领域，特别涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，尤其是涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料带材用浸渍模具。

背景技术

近年来，随着人们对材料绿色环保和轻量化需求的增加，纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)得到越来越多的关注。其中连续玻璃纤维增强塑料带材具有轻质、高强、可回收和成型工艺多样等优点，是一种制造汽车零部件、建筑模板、体育器材等的理想原料。

国内外CFRTP的技术工艺路线主要包括溶液浸渍法、粉末浸渍法、熔融浸渍法、薄膜层叠法、反应浸渍法、混纤纱法等。其中熔融浸渍法是指利用塑料熔体在浸渍模具中对展纱处理后的纤维束进行浸渍，再通过成型装置制备出带材。该方法生产设备简单、基体树脂选型范围广、便于产品性能优化，但其浸渍模具的设计非常关键，直接关系到树脂对玻纤的浸渍效果，影响最终产品的性能。近年来，研究人员在连续纤维增强复合材料用浸渍模具方面做了相当多的研究。

在现有技术中，如CN102218829A公开了一种连续/长纤维增强热塑性复合材料的浸渍模具，其技术要点在于机体内设置有分丝孔、纤维浸渍流道和熔体进料口，生产过程中纤维束会被强制展开、分散，从而达到较好的浸渍效果。但实际生产中，由于热塑性树脂粘度很大，包裹在树脂中的连续纤维需要极大地牵引力才能被展开分散，因此连续纤维在牵引力下通过波纹状浸渍流道时，容易出现较大的损伤甚至断纤维,严重影响制品性能。

如CN108973163A公开了一种纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，该模具主体结构包括模具腔体和可调距的凸面辊，其中凸面辊可以使纤维在张力作用下分散，凸面辊的斜面与流道壁间能够产生一定熔体压力从而提高纤维的浸渍效果。但该模具通入的熔体粘度较大时，需设置多组凸面辊，对纤维损伤较大；其次专利所述口模设计不合理，出口处熔体压力过大，极易产生树脂溢出现象。此外，该模具熔体压力与熔体流动速度有较大的关系，若流动速度过小，浸渍效果不理想。

综上所述，现有专利所报道的模具，大多是通过导辊或流道使纤维分散展开，并通过收紧流道促进熔体对玻纤的浸润。但是当玻纤含量较高时，熔体压力不足以彻底浸润玻纤内部，严重影响制品的力学性能。并且多数模具存在安装繁琐，清理困难等缺点。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，以解决现有技术中浸渍模具所存在的连续纤维的浸渍效果较差的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，所述浸渍模具包括阳模、阴模，所述浸渍模具中设置进纤通道、树脂进料口、主熔体浸渍流道、副熔体浸渍流道，所述进纤通道、树脂进料口均与主熔体浸渍流道的入口连通，所述副熔体浸渍流道的进料口及出料口均与主熔体浸渍流道连通。

进一步的，所述浸渍模具上设置成型止溢模头，所述成型止溢模头以能够拆卸的方式设置在主熔体浸渍流道的出口处。

进一步的，所述浸渍模具中设置预留顶杆孔、导纱辊，所述预留顶杆孔设置在主熔体浸渍流道和/或副熔体浸渍流道中，所述导纱辊设置在主熔体浸渍流道中，连续纤维被设置在导纱辊上。

进一步的，进纤通道、树脂进料口、主熔体浸渍流道、预留顶杆孔、副熔体浸渍流道均设置在阴模上，导纱辊以能够拆卸的方式固定在阳模上。

进一步的，所述阳模与阴模通过密封连接件以对向合模的方式进行连接。

进一步的，所述树脂进料口与主熔体浸渍流道之间在连接处的夹角为45°-90°，所述树脂进料口的延伸方向与副熔体浸渍流道的延伸方向平行。

进一步的，在沿着副熔体浸渍流道的入口至出口的方向上，所述副熔体浸渍流道的通道尺寸逐渐缩小。

进一步的，在沿着连续纤维的行进方向上，所述进纤通道的开口尺寸逐渐缩小，在进纤通道与主熔体浸渍流道的入口之间设置导纱辊。

优选的，所述进纤通道的下壁与导纱辊之间的间隙为1-5mm。

进一步的，所述成型止溢模头在靠近主熔体浸渍流道的一端设置止溢结构。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具具有以下优势：

本实用新型所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，通过设置主熔体浸渍流道、副熔体浸渍流道，一方面使得树脂熔体在主熔体浸渍流道内能够对连续纤维进行较强的冲击浸渍，另一方面部分树脂熔体通过副熔体浸渍流道流至模具后端，对连续纤维的另一面进行冲击浸渍，从而使得树脂熔体能够按照预先设计的导流方向对连续纤维进行双向冲击浸渍，有利于提高连续纤维的浸渍效果。

同时，所述模具采用对开结构的阳模和阴模，并设置预留顶杆孔，便于穿纱引纱和整体清理的进行；此外，在进纤通道和出料模头上均带有止溢结构，能够有效防止熔体溢出；且所述浸渍模具整体尺寸较小，便于安装操作，与挤出机、纱架、收卷机等连接后即可实现连续纤维增强热塑性复合材料的制备。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具在省去阳模时的立体图；

图2为本实用新型实施例所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具的剖视图。

附图标记说明：

连续纤维1，进纤通道2，树脂进料口3，主熔体浸渍流道4，预留顶杆孔5，导纱辊6，副熔体浸渍流道7，成型止溢模头8，复合材料带9。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的实用新型概念。然而，这些实用新型概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型提出一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，如附图1-2所示，所述浸渍模具包括阳模、阴模，所述浸渍模具中设置进纤通道2、树脂进料口3、主熔体浸渍流道4、副熔体浸渍流道7、成型止溢模头8，所述进纤通道2、树脂进料口3均与主熔体浸渍流道4的入口连通，分别用于向主熔体浸渍流道4内部引入连续纤维1、热塑性树脂熔体，通过热塑性树脂熔体对连续纤维1进行浸渍，形成预浸带材；所述副熔体浸渍流道7的进料口及出料口均与主熔体浸渍流道4连通，所述主熔体浸渍流道4的出口处设置成型止溢模头8，用于对预浸带材进行初步成型，制得复合材料带9并从所述浸渍模具中引出，同时成型止溢模头8的设置，能够防止热塑性树脂熔体从主熔体浸渍流道4的出口处溢出。

在使用所述模具进行浸渍的过程中，连续纤维1从进纤通道2进入主熔体浸渍流道4内部，同时通过树脂进料口3向模具内引入热塑性树脂熔体，一部分树脂熔体进入主熔体浸渍流道4中，并与连续纤维1的行进方向相同，直接对连续纤维1进行浸渍，另一部分树脂熔体进入副熔体浸渍流道7中，从副熔体浸渍流道7的出口进入主熔体浸渍流道4中，并与连续纤维1的行进方向相反，对连续纤维1的另一面进行浸渍，从而通过设置主熔体浸渍流道4、副熔体浸渍流道7，能够将树脂熔体按照预先设计的导流方向对连续纤维1进行双向冲击浸渍，有利于提高连续纤维的浸渍效果。

除此之外，所述浸渍模具中还设置有预留顶杆孔5，导纱辊6，所述预留顶杆孔5设置在主熔体浸渍流道4和/或副熔体浸渍流道7中，在浸渍模具日常使用过程中，通过顶杆对预留顶杆孔5进行密封，在需要对浸渍模具进行排料或清理时，通过去掉顶杆，通过预留顶杆孔5即可快速方便地将主熔体浸渍流道4、副熔体浸渍流道7中残留的物料进行脱除；

所述导纱辊6设置在主熔体浸渍流道4中，所述连续纤维1被设置在导纱辊6上，并能够沿着导纱辊6在主熔体浸渍流道4中行进，同时导纱辊6也能够压缩主熔体浸渍流道4的间隙，有利于建立一定的熔体压力，提高浸渍效率；此外，所述导纱辊6为多个，可以根据实际的牵引力度以及浸渍情况进行调整；

由于导纱辊6长期与连续纤维1、高温树脂熔体直接接触，为了确保其使用寿命，所述导纱辊6优选为不锈钢材质。

所述浸渍模具包括阳模、阴模，所述阳模与阴模通过密封连接件以对向合模的方式进行连接；作为优选的，所述密封连接件为螺栓、螺柱、定位销等连接件；所述进纤通道2、树脂进料口3、主熔体浸渍流道4、预留顶杆孔5、副熔体浸渍流道7均设置在阴模上，所述导纱辊6以能够拆卸的方式固定在阳模上；其中，阳模为一块模具钢板。

其中，在树脂熔体进料过程中，所述树脂进料口3为直径10-50mm圆形通孔，所述树脂进料口3的入口端通过连接装置与挤出机或熔体泵相连，所述树脂进料口3的出口端与主熔体浸渍流道4连通，起到输送树脂熔体的作用；作为优选方案，所述树脂进料口3的直径为20-40mm；

具体的，所述树脂进料口3与主熔体浸渍流道4之间在连接处的夹角为45°-90°，所述树脂进料口3的延伸方向与副熔体浸渍流道7的延伸方向平行；为了充分利用重力作用，减小树脂熔体的进料压力，所述树脂进料口3与副熔体浸渍流道7均设置在主熔体浸渍流道4的上方，且树脂进料口3与副熔体浸渍流道7的进料口平齐，从而可以使得一部分树脂熔体在自身重力作用下，直接流入主熔体浸渍流道4中，对连续纤维1进行较强的冲击浸渍，另一部分树脂能够进入副熔体浸渍流道7，从而可以在较小的树脂熔体的进料压力下，实现树脂熔体对连续纤维1进行双向冲击浸渍，以提高连续纤维的浸渍效果。

此外，在沿着副熔体浸渍流道7的入口至出口的方向上，所述副熔体浸渍流道7的通道尺寸逐渐缩小，从而有利于提高副熔体浸渍流道7中的熔体流速，确保副熔体浸渍流道7中的树脂熔体也能够对连续纤维1进行较强的冲击浸渍，以提高浸渍效果。

对于进纤通道2而言，所述进纤通道2的通道宽度为50-600mm，在沿着连续纤维1的行进方向上，所述进纤通道2的开口尺寸逐渐缩小，且在进纤通道2与主熔体浸渍流道4的入口之间设置导纱辊6，且进纤通道2的下壁与导纱辊6之间的间隙为1-5mm，一方面用于引导连续纤维1进行行进，另一方面导纱辊6对进纤通道2能够提供一定的遮挡效果，防止主熔体浸渍流道4中的树脂熔体进入进纤通道2中，避免树脂熔体从进纤通道2溢出的情况发生，有利于维持浸渍模具的正常使用。

作为优选的，所述进纤通道2的通道宽度为100-200mm，所述进纤通道2的下壁与导纱辊6之间的间隙为1-2mm。

对于成型止溢模头8而言，所述成型止溢模头8的模口间隙为0.5-2mm，具体可以根据不同的带材密度和产品要求调整间隙尺寸。所述成型止溢模头8在靠近主熔体浸渍流道4的一端设置止溢结构，所述止溢结构采用“倒V”结构的止溢嘴，用于防止主熔体浸渍流道4中的熔体溢出；所述成型止溢模头8通过紧固件与浸渍模具连接，即所述成型止溢模头8以能够拆卸的方式设置在主熔体浸渍流道4的出口处，以便于发生磨损或堵塞时，能够及时对成型止溢模头8进行更换。

此外，在实际的复合材料带过程中，供纱装置与进纤通道2连通，用于向浸渍模具中供应连续纤维1，挤出机或熔体泵与树脂进料口3连通，用于向浸渍模具中供应树脂熔体，辊压、分切收卷等装置与成型止溢模头8配合，用于制得的复合材料带进行收卷。

具体的，本实用新型提出一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具的使用方法，包括以下几个步骤：

B1、引纱：将扩纤、展丝处理后的连续纤维按照一定方向依次绕经阳模上的各个导纱辊6，并由成型止溢模头8引出后连接辊压、分切收卷等装置；

B2、合模：通过密封连接件将已完成引纱的阳模与阴模进行连接密封，并将树脂进料口3与挤出机或熔体泵连接；

B3、浸渍：开启树脂挤出塑化装置，完成塑化的树脂熔体经过树脂熔体加压输送装置后，由树脂进料口3进入主熔体浸渍流道4、副熔体浸渍流道7，并对行进中的连续纤维进行双面浸渍，最终通过成型止溢模头8完成所述复合材料的预成型。

从而本实用新型提供的连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，具有独特的双面冲击浸渍结构，能够使连续纤维被熔体快速有效浸渍，提高浸渍效率；同时模具采用对开结构的阳模和阴模，并设置预留顶杆孔5，便于穿纱引纱和整体清理；此外，在进纤通道2和出料模头上均带有止溢结构，能够有效防止熔体溢出；且所述浸渍模具整体尺寸较小，便于安装操作。因此，所述浸渍模具具有安装简单、易于清理、浸渍效果好等优点，与挤出机、纱架、收卷机等连接后即可实现连续纤维增强热塑性复合材料的制备。

以下将使用不同材质的物料进行的实际浸渍过程作为实施例，进行具体介绍：

实施例1

制备连续玻纤增强聚酰胺复合材料。

本实施例中的连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具包括阴模、阳模和成型止溢模头8，模具整体采用P20不锈钢以满足高温处理要求。其中阴模长度为250mm，宽度为130mm，高度为100mm。阴模上设置的进纤通道2和各熔体流道的深度均为120mm。进纤通道2的下壁与导辊间距为1mm；树脂进料口3的直径为30mm，成型止溢模头8的间隙为0.5mm。

阳模长度、高度与阴模保持一致，阳模底板厚度为20mm，固定在阳模底板上的导纱辊6直径为10mm，长度为110mm。

浸渍模具组装过程具体包括：

S1、将成型止溢模头8与阳模通过螺栓连接，将分丝、展丝处理后的连续玻璃纤维束依次绕经固定在阳模的导纱辊6上，并穿过成型止溢模头8的间隙；

S2、将缠有玻纤的导纱辊6放入阴模的流道中，再通过M8螺栓分别将阳模、成型止溢模头8与阴模连接紧固；

S3、将浸渍模具的树脂进料口3与熔体泵通过法兰连接，完成浸渍模具装配。

本实施例中，分丝、展丝处理后的玻璃纤维先在收卷机的拉力下经进纤通道2进入模具，聚酰胺熔体通过树脂进料口3注入模具后对玻璃纤维进行第一次冲击浸渍。大部分熔体被玻纤阻挡从而进入主熔体浸渍流道4中，少量熔体通过玻纤间的空隙进入副熔体浸渍流道7。在主熔体浸渍流道4中，导纱辊6会对玻纤进行多次展丝并且熔体压力会因导纱辊6处流道收紧而增大，促使玻璃纤维充分浸渍。副熔体浸渍流道7中的熔体也会对玻纤另一面进行冲击浸渍，最终通过成型止溢模头8，制备出厚度0.5mm，宽度110mm，纤维含量高于60％的连续玻纤增强聚酰胺复合材料。

实施例2

制备连续玻纤增强聚酰胺复合材料。

本实施例与实施例1基本相同，其中浸渍模具中各组件的结构尺寸不同。具体为，阴模长度为250mm，宽度为220mm，高度为100mm。阴模上设置的进纤通道2和各熔体流道的深度均为200mm。进纤通道2的下壁与导纱辊6之间的间距为1mm；树脂进料口3的直径为50mm，成型止溢模头8的间隙为0.5mm。

阳模长度、高度与阴模保持一致，阳模底板厚度为20mm，固定在阳模底板上的导纱辊6直径为10mm，长度为210mm。

在本实施例中，制备出厚度0.5mm，宽度200mm，纤维含量高于60％的连续玻纤增强聚酰胺复合材料。

实施例3

制备连续纤维增强聚丙烯复合材料。

本实施例采用与实施例1中相同的浸渍模具，区别在于树脂熔体采用聚丙烯熔体。采用相同的制备工艺，可以得到厚度为0.5mm，宽度为110mm，纤维含量为50％-70％的连续纤维增强聚丙烯复合材料。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，所述浸渍模具包括阳模、阴模，其特征在于，所述浸渍模具中设置进纤通道(2)、树脂进料口(3)、主熔体浸渍流道(4)、副熔体浸渍流道(7)，所述进纤通道(2)、树脂进料口(3)均与主熔体浸渍流道(4)的入口连通，所述副熔体浸渍流道(7)的进料口及出料口均与主熔体浸渍流道(4)连通。

2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，所述浸渍模具上设置成型止溢模头(8)，所述成型止溢模头(8)以能够拆卸的方式设置在主熔体浸渍流道(4)的出口处。

3.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，所述浸渍模具中设置预留顶杆孔(5)、导纱辊(6)，所述预留顶杆孔(5)设置在主熔体浸渍流道(4)和/或副熔体浸渍流道(7)中，所述导纱辊(6)设置在主熔体浸渍流道(4)中，连续纤维(1)被设置在导纱辊(6)上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，进纤通道(2)、树脂进料口(3)、主熔体浸渍流道(4)、预留顶杆孔(5)、副熔体浸渍流道(7)均设置在阴模上，导纱辊(6)以能够拆卸的方式固定在阳模上。

5.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，所述阳模与阴模通过密封连接件以对向合模的方式进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，所述树脂进料口(3)与主熔体浸渍流道(4)之间在连接处的夹角为45°-90°，所述树脂进料口(3)的延伸方向与副熔体浸渍流道(7)的延伸方向平行。

7.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，在沿着副熔体浸渍流道(7)的入口至出口的方向上，所述副熔体浸渍流道(7)的通道尺寸逐渐缩小。

8.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，在沿着连续纤维(1)的行进方向上，所述进纤通道(2)的开口尺寸逐渐缩小，在进纤通道(2)与主熔体浸渍流道(4)的入口之间设置导纱辊(6)。

9.根据权利要求8所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，所述进纤通道(2)的下壁与导纱辊(6)之间的间隙为1-5mm。

10.根据权利要求2所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料用浸渍模具，其特征在于，所述成型止溢模头(8)在靠近主熔体浸渍流道(4)的一端设置止溢结构。

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