CN104369285B - 连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备及方法。连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，包括机头和分配器；机头包括一个固定模头和两个活动模头；固定模头内部具有放置及连通上述两个活动模头的空腔，该空腔中间成“X”形；每一个活动模头的外端成方形，中间端成三角形、顶端为弧形；上述两个活动模头其中第一个活动模头中上部与固定模头具有第一浸渍流道，中下部与固定模头无间隙；第二个活动模头中上部与固定模头无间隙、中下部与固定模头具有第二浸渍流道。本发明可解决如何使连续纤维浸渍完全、熔体压力与流量均衡，连续纤维在浸渍流道中均匀分散、张力得到控制、减少纤维二次损伤的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种热塑性树脂成型技术领域，特别涉及一种连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍方法及设备。
背景技术
连续纤维增强热塑性树脂是一种以热塑性树脂为基体，增强纤维单向排列且连续的用于制备复合材料的中间体，在交通、汽车、石油、天然气或建筑等领域有着广泛的应用。尤其是在汽车领域中，连续纤维增强热塑性树脂可经过特定形状的口模牵引、切粒得到长纤维增强粒料，再经过二次注塑成型形成长纤维增强制件，广泛代替汽车内部的各种金属结构件，如前端模块，座椅支架，仪表板骨架和门板模块等，达到以塑代钢，减排环保的目的。但在实际生产过程中，常常由于熔融浸渍设备结构的不合理而影响连续纤维束的浸渍效果，甚至频繁发生断条等生产异常的现象，大大降低产品的产量和质量。
如：公开号为CN101695873A 的专利申请中公开一种长纤维增强塑料生产用纤维丝束熔融浸渍模头，该设备采用具有中高度的接触导丝辊和非接触导丝辊对，强化纤维丝束的径向扩展和塑料熔体往纤维丝束的径向流动，减少纤维单丝的摩擦折损。在充满熔体的模腔内，纤维丝束在张力牵引下交替绕过接触导丝辊的圆鼓体，从非接触导丝辊对间的缝隙穿过，圆鼓体促使受牵引滑过其曲面的纤维丝束向两边快速扩展，增加纤维丝束与塑料熔体的接触面；非接触导丝辊激起熔体旋流，压向穿过导丝辊对狭缝间的纤维丝束，促进塑料熔体往纤维丝束径向流动，提高浸渍效果。但在实际应用中，该设备最大的问题在于不能控制树脂熔体均匀地进入模头腔体，无法使整个模腔压力保持稳定，局部压力过高的风险加大，因此也很难达到理想的浸渍效果。
公开号为CN102107536A 的专利申请中公开一种长纤维增强热塑性树脂的成型设备，该设备是采用纤维导管的方式通入待处理的纤维，使得每束长纤维都能够沿着独立的方向前进，避免纤维束之间的干扰；采用预蓬松与预热系统，并加入特殊形状的张力辊，保证长纤维的浸渍效果，在纤维束的下侧引入树脂熔体流道，并采用从下往上的树脂熔体进料方式。但在该设备中，熔体从长纤维束单侧冒出，熔体难以全面包覆浸润纤维束，且熔体并没有统一的流道分配系统，难以保证整个模腔中的熔体压力较为均衡和一致，使得连续长纤维束在通过浸渍设备时，极易由于树脂熔体流量的波动而发生断条或纤维含量的波动。
公开号为CN102848489A 的专利申请中公开一种连续纤维增强热塑性树脂成型用的熔融浸渍机头，机头内部设有熔体分配流道和浸渍流道，熔体分配流道的各个出料口通过出料辊与浸渍流道连接，浸渍流道的两端分别设置纤维束进出用的入口通道和出口通道，入口通道与出料辊之间、出口通道与出料辊之间均设置至少一组张力辊，其中，出料辊用于连接熔体分配流道和浸渍流道，起过渡作用。该设备相对之前的熔融浸渍设备已有较大的改进，但仍存在一些不足。首先，树脂熔体同样是从出料辊下侧冒出，难以全面包覆浸润纤维束，每一根纤维存在单侧先浸润，另一侧后浸润的不均匀性；其次，该设备将出料辊的顶点作为纤维与树脂相遇浸润的场所，由于出料辊的顶点为波峰处，张力最大，虽然可以增强纤维浸渍效果，但增加了纤维断裂的风险，容易发生断条的现象；再次，该设备将树脂熔体出口一分为二，让长纤维束先后发生两次浸润，且两个流道的熔体阻力不同，可能会造成熔体喂料的不均匀性，引起更大的浸渍差异，最终影响纤维含量和产品外观。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，解决如何使连续纤维浸渍完全、熔体压力与流量均衡，连续纤维在浸渍流道中均匀分散、张力得到控制、减少纤维二次损伤的技术问题。
本发明的另一个目的在于提供一种连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍方法，解决如何使连续纤维浸渍完全、熔体压力与流量均衡，连续纤维在浸渍流道中均匀分散、张力得到控制、减少纤维二次损伤的技术问题。
连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，包括机头和分配器；机头包括一个固定模头和两个活动模头；固定模头内部具有放置及连通上述两个活动模头的空腔，该空腔中间成“X”形；每一个活动模头的外端成方形，中间端成三角形、顶端为弧形；上述两个活动模头其中第一个活动模头中上部与固定模头具有第一浸渍流道，中下部与固定模头无间隙；第二个活动模头中上部与固定模头无间隙、中下部与固定模头具有第二浸渍流道；第一个活动模头内部具有第一熔体分配流道，分配器的热熔体喷口对准上述第一熔体分配流道。
所述第一个活动模头和第二个活动模头中间均具有一个孔。
所述第一熔体分配流道左侧的顶端的高度小于右侧的顶端的高度形成缺口结构。
所述第一个活动模头的外端和中间端相交处上方还具有一个第二熔体分配流道，该第二熔体分配流道处于第一浸渍流道的另一侧；在该第二熔体分配流道同样也设有一个分配器。
连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍方法，包括如下步骤：
a、 连续纤维由第一个活动模头与固定模头之间的第一浸渍流道进入，然后经过固定模头中间空腔部位，最后从第二个活动模头与固定模头之间的第二浸渍流道流出；
b、热塑性熔体经过两个分配器的各级分支流道在上述两个浸渍流道流动时出，浸渍流道形成密闭腔体，热塑性熔体对连续纤维进行双面浸渍；
c、经过熔融浸渍的连续纤维从第二个活动模头与固定模头之间的第二浸渍流道流出。
本发明的有益效果是：熔体分配流道的各个出料口与浸渍流道连接，这样可控制出料压力使通过预浸的连续纤维得到安全浸渍；浸渍流道在填充好热融树脂后形成密闭腔体，从而减少与空气接触，并且可调整两个活动模头内端的弧形形成的S波浪形的中心距或者波峰波谷来调节在生产过程中连续纤维的张力，这样就可解决如何使连续纤维浸渍完全、熔体压力与流量均衡、连续纤维在浸渍流道中分散均匀，张力得到控制。
附图说明
图1是连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备的示意图，其中去掉了右边的活动模头；
图2是两个活动模头的示意图；
图3是分配器与浸渍流道的示意图；
图4是图3中的A处局部放大图；
图5是分配器的示意图；
图6是分配器的左侧示意图；
图中 1. 机头、11. 固定模头、111. 空腔、12. 活动模头、121. 外端、122. 中间端、123. 顶端、124. 第一浸渍流道、125. 第二浸渍流道、126. 第一熔体分配流道、127.第二熔体分配流道、128.第一活动模头、129.第二活动模头、2. 分配器、3.连续纤维、4.挤出机。
具体实施方式
请参考图1至图6，图中的连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，包括一个机头1和两个分配器2。机头1主要是用于提供内部空腔用于连续纤维的浸渍，分配器2用于喷出熔融树脂使连续纤维得到浸渍。机头1和分配器2为一体式结构，使连续纤维3的熔融浸渍加工一体化，一次性成型。
机头1包括一个固定模头11和两个活动模头12。固定模头11在使用过程中是始终保持不动的，其主要是用于安装活动模头12。为了安装活动模头12，该固定模头11内部加工有放置及连通上述两个活动模头12的空腔，该空腔中间成“X”形。每一个活动模头12的外端121成方形，中间端122成三角形、顶端123为弧形；方形的结构主要用于连续纤维3的水平运行及方便热塑性的熔体对连续纤维3进行浸渍；中间端122成三角形及顶端123成弧形主要用于调节在连续纤维3的张力，这样就可解决如何使连续纤维3浸渍完全、熔体压力与流量均衡、连续纤维3在浸渍流道中分散均匀，张力得到控制。上述两个活动模头12其中第一个活动模头128中上部与固定模头11具有第一浸渍流道124，中下部与固定模头11无间隙；第二个活动模头129中上部与固定模头11无间隙、中下部与固定模头11具有第二浸渍流道125；第一个活动模头128内部具有第一熔体分配流道126，分配器2的热熔体喷口对准上述第一熔体分配流道126，这样第一浸渍流道124在填充好热融树脂后形成密闭腔体，从而减少与空气接触。为了方便的调整活动模头12在固定模头11内部的位置，特别在第一个活动模头128和第二个活动模头129中间加工出一个孔，这样根据需要进行朝外或者朝内运动。为了缓冲连续纤维3与热融性树脂的浸渍过程，特别使第一熔体分配流道126左侧的顶端的高度小于右侧的顶端的高度形成缺口结构。上述只是对连续纤维3进行单面浸渍，为了对连续纤维3进行双面浸渍，特别在第一个活动模头128的外端121和中间端122相交处上方还设有一个第二熔体分配流道127，该第二熔体分配流道127处于第一浸渍流道124的另一侧；在该第二熔体分配流道127同样也设有一个分配器2。
分配器2的结构为现有技术，其具有多个分支流道，其结构可参考公开号为CN102848489A的专利。分配器中的熔融树脂采用挤出机4挤出。
上述设备对连续纤维进行浸渍的过程包括如下步骤：首先连续纤维3由第一个活动模头128与固定模头11之间的第一浸渍流道124进入，然后经过固定模头11中间空腔111部位，最后从第二个活动模头129与固定模头11之间的第二浸渍流道125流出；接着热塑性熔体经过两个分配器2的各级分支流道在上述两个浸渍流道流动时出，浸渍流道形成密闭腔体，热塑性熔体对连续纤维3进行双面浸渍；最后经过熔融浸渍的连续纤维3从第二个活动模头129与固定模头11之间的第二浸渍流道125流出。
Claims (4)
1.连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，其特征在于：包括机头和分配器；机头包括一个固定模头和两个活动模头；固定模头内部具有放置及连通上述两个活动模头的空腔，该空腔中间成“X”形；每一个活动模头的外端成方形，中间端成三角形、顶端为弧形；上述两个活动模头其中第一个活动模头中上部与固定模头具有第一浸渍流道，中下部与固定模头无间隙；第二个活动模头中上部与固定模头无间隙、中下部与固定模头具有第二浸渍流道；第一个活动模头内部具有第一熔体分配流道，分配器的热熔体喷口对准上述第一熔体分配流道。
2. 根据权利要求1 中所述的连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，其特征在于：所述第一个活动模头和第二个活动模头中间均具有一个孔。
3. 根据权利要求1 中所述的连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，其特征在于：所述第一熔体分配流道左侧的顶端的高度小于右侧的顶端的高度形成缺口结构。
4. 根据权利要求1 中所述的连续纤维增强热塑性树脂的熔融浸渍设备，其特征在于：所述第一个活动模头的外端和中间端相交处上方还具有一个第二熔体分配流道，该第二熔体分配流道处于第一浸渍流道的另一侧；在该第二熔体分配流道同样也设有一个分配器。
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