專利名稱：用于制造長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的浸漬模的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的制造，尤其涉及該目的的方法。
背景技術：
用于制造長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的方法和裝置在本領域中是公知的。 JP-A-10-309756、JP-A-10-315341和JP-A-2003-305779是用于該目的的現(xiàn)有技術的方法 和裝置的典型文獻。在這些文獻中公開的現(xiàn)有技術的方法一般可以被描述為包括一系列連 續(xù)步驟，所述步驟包括(a)將連續(xù)纖維材料給送到填充有熔融熱塑樹脂的浸漬模中，(b)從 浸漬模的擠拉孔擠拉浸漬有熱塑樹脂的連續(xù)纖維材料，和(c)在冷卻后將得到的桿狀產品 切割為預期長度的丸粒。通常，噴嘴附連到浸漬模的擠拉孔。噴嘴的形狀和噴嘴中的孔或開孔的尺寸被選 擇為執(zhí)行若干功能，所述功能包括過量熔融熱塑樹脂的去除，使得預期量的樹脂被浸漬到 擠拉桿狀產品中和擠拉后的桿狀產品的成形，使得它的橫截面變?yōu)轭A期形狀。實際上，噴嘴 的設計在很大程度上決定了在加工期間熔融熱塑樹脂浸漬到連續(xù)纖維材料中的效率和程度。JP-A-11-042639公開了一種防止熔融熱塑樹脂從桿狀擠拉產品流淌的方法。這通 過設置使用與噴嘴中的孔的長度和橫截面積有關的某個公式計算的加工值完成。JP-A-2001-088223公開了一種具有圓錐形部分和線性部分的噴嘴，該噴嘴具有特 定尺寸和形狀，被設計為防止切割細絲作為毛球積累在噴嘴附近，所述毛球可能潛在地干 擾丸粒狀產品的高效制造。JP-A-05-050432公開了將可去除噴嘴設在浸漬模上的概念。JP-A-08-090659公開了一種包括細化尖端部分的噴嘴，所述細化尖端部分被設計 為提高熔融熱塑樹脂在連續(xù)纖維材料中的浸漬水平。盡管這些現(xiàn)有技術的參考文獻在本領域中具有顯著進步，但是更進一步的改進仍 然是可能的。具體而言，當設法通過增加擠拉步驟的速度來提高生產率時，仍然會遇到諸如 在噴嘴的纖維斷裂或熔融熱塑樹脂的浸漬水平下降這樣的問題。當長纖維含量比例高時更 有可能出現(xiàn)這些問題。例如，當長纖維含量比例為60% (重量)或以上時問題是顯著的。 如果模塑產品由熱塑樹脂浸漬到連續(xù)纖維材料中的水平不足的長纖維增強熱塑樹脂模塑 材料制造，則模塑產品的機械性能和表面外觀降低。本發(fā)明為這些問題提供了 一種獨特和 因此未知的解決方案。

發(fā)明內容
根據(jù)如本文所述的本發(fā)明的目的，提供了一種用于在包括加工室的浸漬模中制造 長纖維增強熱塑樹脂丸粒的方法。所述方法包括以下步驟(a)用熔融熱塑樹脂填充加工 室，(b)將至少一個連續(xù)纖維束給送通過加工室，(c)擠拉浸漬有熔融熱塑樹脂的所述至少
3一個連續(xù)纖維束，和(d)將浸漬有熔融熱塑樹脂的擠拉后的至少一個連續(xù)纖維束切割為丸 粒。所述方法的特征在于根據(jù)公式A = Q L N/S2加工丸粒，其中A =加工值彡5.0;Q=在擠拉期間應用于所述至少一個連續(xù)纖維束和從所述加工室去除的熔融熱塑 樹脂的以mm7seC計的總量；L =沿連續(xù)纖維束給送方向的所述加工室的以mm計的長度；N =從所述浸漬模擠拉的浸漬有熔融熱塑樹脂的連續(xù)纖維束的總數(shù)；以及S =沿垂直于所述連續(xù)纖維束給送方向的方向的所述加工室的以mm2計的橫截面 積。在一個特別有用的實施例中，加工值A在0. 5到3. 5之間。所述方法還可以包括完全分隔浸漬模以便在單一浸漬模中提供完全分離的多個 加工室。在又一個實施例中，所述方法包括部分分隔浸漬模以便在單一浸漬模中提供多個 加工室，其中所述多個加工室彼此連通。在浸漬模包括多個加工室的任何方法中，所述方法包括用熔融熱塑樹脂填充所述 多個加工室的每一個，將連續(xù)纖維束給送通過每個室，擠拉浸漬有熔融熱塑樹脂的連續(xù)纖 維束和將浸漬有熔融熱塑樹脂的連續(xù)纖維束切割為丸粒。所述方法還可以包括使用玻璃纖維束作為連續(xù)纖維束。備選地，所述方法可以包 括使用碳纖維束作為連續(xù)纖維束。另外，所述方法可以包括使用聚烯烴樹脂作為熔融熱塑 樹脂。在另一個備選實施例中，所述方法可以包括作為熔融熱塑樹脂的聚酰胺樹脂。所述方法還可以包括展開連續(xù)纖維束的多個細絲，以便有助于纖維束浸漬熔融熱 塑樹脂。在以下描述中，僅僅通過最適合于實現(xiàn)本發(fā)明的一些模式的舉例說明顯示和描述 了本發(fā)明的若干不同實施例。應當理解，本發(fā)明能夠有其他不同實施例并且它的若干細節(jié) 能夠在各種、明顯的方面進行修改而都不脫離本發(fā)明。因此，附圖和描述將被認為本質上是 示例性的而不是限制性的。


包含在本文中并且形成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的若干方面并且與 描述一起用于解釋本發(fā)明的某些原理。在圖中圖1是本發(fā)明的浸漬模的透視圖；圖2是類似于圖1、但卻是備選實施例的透視圖，該實施例包含分隔件使得浸漬模 包括多個加工室；圖3是示出圖1的浸漬模的部分示意性和截面圖；圖4是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的浸漬模的噴嘴的縱向截面詳圖；以及圖5是現(xiàn)有技術的噴嘴的類似視圖?，F(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的當前優(yōu)選的實施例，在附圖中示出了所述實施例的例子。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖1和3，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的教導構造的浸漬模10。浸漬模10包括由合適的高強度材料構造的主體或外殼12。外殼12包括內加工室14。如圖1中所示， 浸漬模10包括單一加工室14。參考圖3，外殼12包括供應開孔18以允許將熔融熱塑樹脂引入加工室14中。另 外，外殼12包括用于將連續(xù)纖維束50給送到加工室14中的引入開孔20。進一步地，外殼 12包括與引入開孔20相對的擠拉開孔22。在圖2中示出了浸漬模10的一個備選實施例。在該實施例中，浸漬模10包括形 成多個加工室14的一系列分隔件16。分隔件16均可以在外殼12的內腔的整個長度和寬 度上延伸，使得加工室14均完全分離。備選地，分隔件16可以部分地在外殼12的內腔的 長度和/或寬度上延伸，使得加工室14彼此連通。在該實施例中，多個室14的每一個包括 供應開孔18、引入開孔20和擠拉開孔22。噴嘴24承載在外殼12上(參見圖3)。噴嘴24可以由任何合適的材料(包括黃 銅或特種鋼)制造。在所示實施例中，噴嘴24覆蓋擠拉開孔22并且通過擠拉開孔與加工 室14連通。如圖3中所示，噴嘴24的底端26接收在圍繞擠拉開孔22同心地形成于外殼12 中的埋頭孔28中。擋圈30接合底端26的肩部。擋圈30可以由螺釘或其他緊固裝置(未 顯示)固定到外殼12，以便將噴嘴24固定就位。如圖4中最佳地所示，噴嘴24包括開口 32，所述開口具有入口端34、出口端36和 中心軸線A。入口端34借助于擠拉開孔22與加工室14直接連通。當詳細描述時，開口 32的特征在于包括鄰近入口端34的第一錐形部分40、在第一 錐形部分40的正下游的第一筆直部分42、在第一筆直部分42的正下游的第二錐形部分44 和在第二錐形部分44的正下游并且鄰近出口端36的第二筆直部分46。如圖4中所示，第 一錐形部分40包含彎曲錐度(注意開口的弧形側壁)，而第二錐形部分44包含線性錐度 (注意開口的直側壁)。然而應當理解，如果需要的話，第一錐形部分40可以包含線性錐度 并且第二錐形部分44可以包含彎曲錐度。因此，在一個可能的實施例中，第一和第二錐形 部分40、44兩者包含線性錐度。在另一個可能的實施例中第一和第二錐形部分40、44兩者 包含彎曲錐度。在又一個可能的實施例中，第一錐形部分40可以包含線性錐度，而第二錐 形部分44可以包含彎曲錐度。在任何一個可能的實施例中，第一錐形部分40朝著第一筆直部分42會聚。類似 地，第二錐形部分44朝著第二筆直部分46會聚。如圖4中進一步所示，應當理解，第一筆直部分42和第二筆直部分46兩者對稱地 排列并且沿著開口 32的中心軸線A縱向延伸。噴嘴24的尖端典型地從安裝擋圈30向外延伸5_20mm的長度。該距離有助于保 證從噴嘴24擠拉的產品變得穩(wěn)定，由此，當擠拉產品被切割為某個預期長度的丸粒時，減 小產品的破裂和由纖維下落產生的任何毛刺。開口 32的第一錐形部分40具有長度L1。開口 32的第一筆直部分42具有長度 L2和直徑D2。開口 32的第二錐形部分具有長度L3。開口 32的第二筆直部分具有長度L4 和直徑D4。典型地，第一錐形部分40的長度L1和第二錐形部分44的長度L3分別在0. 5 到5mm之間。另外，第一筆直部分42的長度L2長于第二筆直部分46的長度L4。第一筆直 部分42的直徑D2大于第二筆直部分46的直徑D4。此外，第一錐形部分40具有在第一、上游或入口端的直徑D1和在第二或下游端的直徑D2，其中D2 = D1/2。更進一步地，比率 L4/D4典型地在1. 4到3. 4之間?，F(xiàn)在將詳細描述制造丸粒形狀的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的方法。所述方法 包括通過供應開孔18用熔融熱塑樹脂連續(xù)填充加工室14的步驟。為設在浸漬模10中的 每個加工室14提供至少一個供應開孔18?？梢岳靡阎欣谏a長纖維增強熱塑樹脂 丸粒的任何熱塑樹脂，包括但不限于聚烯烴樹脂、聚酰胺樹脂和它們的組合。所述方法也包括將至少一個連續(xù)纖維束50給送通過加工室14。更具體而言，將連 續(xù)纖維束50從供應卷軸(未顯示)給送到導向元件48上并且通過引入開孔20進入加工 室14。連續(xù)纖維束50在通過穿過擠拉開孔22和噴嘴24被擠拉和完全浸漬樹脂之前與加 工室14中的熔融熱塑樹脂接觸。連續(xù)纖維束50可以由任何合適的材料制造，包括諸如玻 璃纖維束和/或碳纖維束這樣的增強材料。在本領域中已知類型的可選展開器54可以設 在加工室14中的間隔位置以展開連續(xù)纖維束50的單個細絲并且有助于浸漬過程。包括浸 漬有熔融熱塑樹脂51的連續(xù)纖維束50的擠拉后的桿狀產品56通過噴嘴24被擠出并且然 后通過切割裝置52被切割為預期長度的丸粒60。本發(fā)明的方法的特征在于根據(jù)公式A = Q L N/S2加工丸粒，其中A =加工值彡5. 0 ；Q=在擠拉期間應用于所述至少一個連續(xù)纖維束和從所述加工室去除的熔融熱塑 樹脂的以mm7seC計的總量；L =沿連續(xù)纖維束給送方向的所述加工室的以mm計的長度；N =從所述浸漬模擠拉的浸漬有熔融熱塑樹脂的連續(xù)纖維束的總數(shù)；以及S =沿垂直于所述連續(xù)纖維束給送方向的方向的所述加工室的以mm2計的橫截面 積。更優(yōu)選地，加工值A設在0. 5到3. 5之間。在諸如圖2中所示的包含多個加工室14的浸漬模10中，根據(jù)加工值A加工由穿 過那些單個室14的每一個的連續(xù)帶50生產的丸粒。在這樣的情況下，當計算前述公式中 的值A時，每個室14的相應橫截面積SI、S2、S3、S4的總值用作浸漬模10的橫截面積S。以下例子將幫助舉例說明本發(fā)明。實驗1使用圖2中所示形狀的浸漬模獲得丸粒形狀的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料，長 度L和橫截面積S (每個加工室的橫截面積的總值)如表1中所述，并且將從浸漬模擠拉的 桿狀產品的總數(shù)N設置為4，并且設置桿狀產品的擠拉速度，使得從浸漬模去除的熔融熱塑 樹脂的總量Q為如表1中所述。關于纖維，使用將直徑為16 y m的4，080個玻璃細絲聚束在一起的玻璃纖維。具有 根據(jù)IS0-1133中所述的程序測量的151熔體流率(MFR)的聚丙烯樹脂用作熱塑樹脂。獲 得的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的玻璃纖維的含量比例為50% (重量)。在以下方法中，評估例子1-5和比較例子1-3的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料，以 得到聚丙烯樹脂對玻璃纖維的浸漬水平并且在表1中顯示結果。浸漬水平的評價方法將10g丸粒形狀的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料浸泡在水基紅墨水中一分鐘并
6取出，在水中沖洗并且擦去流體。更輕的著色丸粒具有聚丙烯樹脂對玻璃纖維的更好浸漬 水平，原因是墨水透過未浸漬聚丙烯樹脂的部分中(即，丸粒的微小氣隙內)。由眼睛基于 著色的深度相對地評估浸漬水平。如表1中所示，作為本發(fā)明的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的例子1-5的丸粒具 有良好的樹脂浸漬水平。表 1 實驗 2使用圖4中所示形狀的若干噴嘴附連到其上的如圖3中所示的浸漬模10制造長 纖維增強熱塑樹脂模塑材料。噴嘴的每個尺寸為Dl = 10mm, D2 = 5mm, D3 = 15mm, D4 = 2. 2mm,D5 = 10mm，R(第一錐形部分的彎曲錐度的曲率半徑)=5mm,LI = 2mm,L2 = 20mm, L3 = 2mm, L4 = 6mm,L4/D4 = 2. 7并且它的材料為黃銅。關于纖維，使用將17條玻璃纖維 聚集在一起的玻璃纖維束，所述玻璃纖維通過聚束直徑為13. 5 ym的600個玻璃細絲獲得。 而且，聚丙烯樹脂用作熱塑樹脂。將擠拉桿狀產品的速度設置為15m/min，并且將其他條件設置為N = 4條，Q = 1，747mm3/sec, L = 1，000mm, S = 2，360mm2以及A = 1. 3。然后，制造玻璃纖維的含量比例 為70% (重量)的長纖維增強熱塑樹脂模塑材料。在該制造過程中，圍繞噴嘴的擠拉、桿狀 產品的斷裂次數(shù)被計數(shù)并且被轉換為一天(24小時)中每個噴嘴的斷裂頻率。由包括玻璃 纖維的玻璃細絲部分地斷裂和起毛刺并且毛刺積累在噴嘴中導致的玻璃纖維的斷裂被計 數(shù)為桿狀產品的斷裂。本發(fā)明中的斷裂頻率為每天每個噴嘴0. 099次。為了比較，使用圖5中所示形狀的噴嘴(現(xiàn)有技術)在與上面相同的條件下并且 在相同的方法中計數(shù)桿狀產品的斷裂次數(shù)。盡管噴嘴60具有肩部68，但是它具有大致圓柱 形，帶有穿透它的孔65，所述孔的橫截面為圓形?？?5具有錐形部分66以及平行或筆直部 分 67。噴嘴 60 的每個尺寸為 D6 = 9mm, D7 = 2. 2mm, D8 = 15mm, D9 = 10mm, L6 = 25mm, L7 = 5mm。在該現(xiàn)有技術中的桿狀產品的斷裂頻率為每天每個噴嘴0. 77次。如上所述，本發(fā)明的桿狀產品的斷裂頻率遠遠小于現(xiàn)有技術中的斷裂頻率。所以， 在本發(fā)明的浸漬模中長纖維增強熱塑樹脂模塑材料的生產率更高。
為了例示和描述的目的提供了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以上描述。它并非旨在是窮 舉的或將本發(fā)明限制為公開的確切形式。按照以上教導明顯的修改或變化是可能的。選擇 和描述實施例是為了提供本發(fā)明的原理及其實踐應用的最佳例證，由此允許本領域的普通 技術人員在各種實施例中并且以適合于預期特定用途的各種修改而利用本發(fā)明。當根據(jù)正 當?shù)亍⒑戏ǖ睾凸亟o予權利要求的外延來理解時所有這樣的修改和變化在由附帶權利 要求確定的本發(fā)明的范圍內。附圖和優(yōu)選實施例并不而且并非旨在以任何方式在其正當和 廣義解釋中限制權利要求的普通含義。
權利要求
一種浸漬模，該浸漬模包括外殼，包括內加工室和擠拉開孔；和承載在所述外殼上的噴嘴，所述噴嘴包括開口，所述開口具有入口端、出口端和中心軸線，所述入口端借助于所述擠拉開孔與所述加工室連通；所述浸漬模的特征在于，所述開口包括鄰近所述入口端的第一錐形部分，在所述第一錐形部分的下游的第一筆直部分，在所述第一筆直部分的下游的第二錐形部分和在所述第二錐形部分的下游并且鄰近所述出口端的第二筆直部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述第一錐形部分朝著所述第一筆直部分會聚o
3.根據(jù)權利要求2所述的浸漬模，其中所述第一錐形部分包含線性錐度。
4.根據(jù)權利要求2所述的浸漬模，其中所述第一錐形部分包含彎曲錐度。
5.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述第二錐形部分朝著所述第二筆直部分會聚o
6.根據(jù)權利要求5所述的浸漬模，其中所述第二錐形部分包含線性錐度。
7.根據(jù)權利要求5所述的浸漬模，其中所述第二錐形部分包含彎曲錐度。
8.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述第一筆直部分和所述第二筆直部分沿著所 述開口的所述中心軸線對稱地排列。
9.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述第一錐形部分具有長度L1，所述第一筆直 部分具有長度L2，所述第二錐形部分具有長度L3，并且所述第二筆直部分具有長度L4，并 且 L2 > L4。
10.根據(jù)權利要求9所述的浸漬模，其中所述長度L1和所述長度L3在0.5到5. 0mm之間。
11.根據(jù)權利要求9所述的浸漬模，其中所述第一筆直部分具有直徑D2并且所述第二 筆直部分具有直徑D4，并且D2 > D4。
12.根據(jù)權利要求11所述的浸漬模，其中L4/D4= 1. 4至3. 4。
13.根據(jù)權利要求9所述的浸漬模，其中所述第一錐形部分具有在第一端的直徑Di和 在第二端的直徑仏，其中D2 = Di/2。
14.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述外殼包括用于熔融熱塑樹脂的供應開孔。
15.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述外殼包括用于連續(xù)纖維束的引入開孔。
16.根據(jù)權利要求15所述的浸漬模，其中所述引入開孔與所述擠拉開孔基本相對。
17.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中在所述加工室中設有細絲展開器。
18.根據(jù)權利要求1所述的浸漬模，其中所述外殼包括將所述內加工室分為多個內加 工室的至少一個分隔件。
全文摘要
一種浸漬模，包括外殼，其包括內加工室和擠拉開孔；和承載在所述外殼上的噴嘴，所述噴嘴包括開口，所述開口具有入口端、出口端和中心軸線，所述入口端借助于所述擠拉開孔與所述加工室連通；所述浸漬模的特征在于，所述開口包括鄰近所述入口端的第一錐形部分，在所述第一錐形部分的下游的第一筆直部分，在所述第一筆直部分的下游的第二錐形部分和在所述第二錐形部分的下游并且鄰近所述出口端的第二筆直部分。
文檔編號B29C70/52GK101868334SQ200780101624
公開日2010年10月20日 申請日期2007年10月2日 優(yōu)先權日2007年10月2日
發(fā)明者富永真彥 申請人:歐文斯-康寧玻璃纖維技術第二有限公司