專利名稱：制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及復(fù)合材料，特別是連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前用熔融浸漬法生產(chǎn)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的制造裝置多處于
研究試驗(yàn)階段，還沒有公認(rèn)的定型通用設(shè)備，見諸報(bào)道的制備裝置主要有兩類。 第一類是包覆模頭，這類模頭制得的預(yù)浸料是類似電纜的結(jié)構(gòu)，即所謂"皮芯結(jié)
構(gòu)"。在這類預(yù)浸料中，增強(qiáng)纖維束像電纜的銅芯一樣位于預(yù)浸料中間，即所謂的"芯"，一周
包裹的是熱塑性塑料，像電纜的塑料皮，即所謂的"皮"。這種包覆式模頭生產(chǎn)的預(yù)浸料增強(qiáng)
纖維與基體塑料之間沒有能夠充份融合，這種預(yù)浸料的強(qiáng)度等各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)比較低，
不能充分發(fā)揮增強(qiáng)纖維的增強(qiáng)作用。 第二類是浸漬槽，可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)纖維在基體塑料內(nèi)的均勻分散與結(jié)合。浸漬槽按 浸漬元件不同大體可分為"搓板式結(jié)構(gòu)"和"輥式結(jié)構(gòu)"兩種。 搓板式結(jié)構(gòu)浸漬槽的主要部件是以一定間隙對(duì)扣的兩塊"搓板"，上搓板的"槽"對(duì) 下搓板的"峰"。工作時(shí)增強(qiáng)纖維從兩塊"搓板"之間的間隙通過，基體塑料也從這個(gè)間隙中 通過。在牽引設(shè)備的拖拽作用下，增強(qiáng)纖維束具有一定張力，在經(jīng)過搓板的上下凸峰時(shí)與之 發(fā)生擠壓作用，從而與基體樹脂混合，達(dá)到浸漬效果。 在這種結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)纖維束與搓板的凸峰之間是滑動(dòng)摩擦，阻力大，對(duì)纖維束的損 傷嚴(yán)重，容易造成纖維束斷裂，所以為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定，防止纖維束斷裂，纖維束的張力不 能太大，浸漬速度一般不超過3米/秒，生產(chǎn)率低。第二，由于搓板的自身結(jié)構(gòu)以及搓板與搓 板間的相互位置是固定的，無法調(diào)節(jié)，所以浸漬效果也無法調(diào)節(jié)，在更換增強(qiáng)纖維或(和) 基體塑料的品種、規(guī)格時(shí)需要重新設(shè)計(jì)搓板結(jié)構(gòu)，工藝的適應(yīng)性較差。第三，當(dāng)增強(qiáng)纖維束 在浸漬槽內(nèi)出現(xiàn)斷裂時(shí)，必須打開浸漬槽，把增強(qiáng)纖維束從上下搓板間穿過，才能重新開始 生產(chǎn)，過程復(fù)雜。 輥式結(jié)構(gòu)浸漬槽的浸漬元件是一系列圓柱形輥?zhàn)?，工作時(shí)增強(qiáng)纖維從輥?zhàn)颖砻胬@ 過，基體塑料從輥?zhàn)优c槽四壁構(gòu)成的空間中通過。在牽引裝置拖拽下具有一定張力的增強(qiáng) 纖維束在輥?zhàn)拥臄D壓作用下與基體樹脂混合，達(dá)到浸漬作用。這種浸漬槽由于增強(qiáng)纖維束 與浸漬輥之間是滾動(dòng)摩擦，所以對(duì)纖維束的損傷較小。這種結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)第一，由于 結(jié)構(gòu)的限制，浸漬輥直徑大( 一般在20毫米以上)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，纖維束帶動(dòng)浸漬輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 內(nèi)部產(chǎn)生的張力很大，容易造成增強(qiáng)纖維束斷裂。所以纖維束的牽引速度也不能高，一般也 不超過3米/秒，生產(chǎn)率低。第二，由于軸承結(jié)構(gòu)的限制，浸漬輥的相對(duì)位置是固定的，增強(qiáng) 纖維束與浸漬輥的包角無法調(diào)節(jié)，所以浸漬效果也無法調(diào)節(jié)，工藝適應(yīng)性較差。第三，當(dāng)增 強(qiáng)纖維束在浸漬槽內(nèi)出現(xiàn)斷裂時(shí)，同樣要打開浸漬槽，把增強(qiáng)纖維束重新繞過所有浸漬輥， 才能開始生產(chǎn)，過程復(fù)雜。第四，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，浸漬槽的體積較大，高分子材料在槽內(nèi) 的平均停留時(shí)間長，導(dǎo)致基體塑料在高溫下降解、黃變，影響預(yù)浸料的質(zhì)量。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊、使用可靠、調(diào)整方便、工藝范 圍寬、生產(chǎn)效率高的制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭。 本實(shí)用新型包括上蓋板、下蓋板，在所述上蓋板和下蓋板之間分別開設(shè)連續(xù)纖維 進(jìn)料通道和出料通道，在下蓋板上設(shè)置與所述連續(xù)纖維進(jìn)料通道連通的加料通道；在連續(xù) 纖維進(jìn)料通道和出料通道之間的上、下蓋板相對(duì)的面之間分別設(shè)置一組上浸漬輥和一組下 浸漬輥，所述下浸漬輥的兩端分別支撐在一對(duì)下輥托架上，所述下輥托架固定連接于下蓋 板的兩側(cè)，所述上浸漬輥的兩端分別支撐在一對(duì)上輥托架上，所述上輥托架以與下輥托架 之間的間距可調(diào)式活動(dòng)連接在上蓋板上。 本實(shí)用新型調(diào)整上輥托架與下輥托架之間的間距，以實(shí)現(xiàn)上浸漬輥和下浸漬輥之 間距離的調(diào)整，方便生頭，也方便浸漬作業(yè)時(shí)連續(xù)纖維與浸漬輥包角的調(diào)節(jié)，從而使本實(shí)用 新型適用于不同品種連續(xù)纖維與基體塑料的復(fù)合。本實(shí)用新型采用浸漬原理，通過上浸漬 輥和下浸漬輥的作用，可使由連續(xù)纖維進(jìn)料通道進(jìn)入的連續(xù)纖維束內(nèi)部填充由加料通道進(jìn) 入的原料，實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的生產(chǎn)。 本實(shí)用新型所述成對(duì)的上輥托架相對(duì)的面上分別設(shè)置凹槽，所述各上浸漬輥的兩 端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)式伸入于所述凹槽內(nèi)；所述成對(duì)的下輥托架相對(duì)的面上分別設(shè)置凹槽，所述 各下浸漬輥的兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)式伸入于所述凹槽內(nèi)。 上、下浸漬輥的兩端支承不再使用滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，而是利用由加料通道進(jìn)入的改 性原料直接做潤滑劑，直接將上、下浸漬輥支承在上輥托架和下輥托架的凹槽中。利于上、 下浸漬輥直徑的減小，可在3-10mm范圍內(nèi)變化。 本實(shí)用新型所述上浸漬輥可以為圓柱形，也可以為腰鼓形或束腰形。腰鼓形或束 腰形更利于基體材料均勻地浸漬于原料纖維束之間，可得到力學(xué)性能穩(wěn)定的復(fù)合材料。 同理，所述下浸漬輥可以為圓柱形或腰鼓形或束腰形。 為了實(shí)現(xiàn)工藝的溫度要求，可將電加熱棒產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至具有導(dǎo)熱性能的下蓋 板，本實(shí)用新型所述下蓋板為導(dǎo)熱材料制成，在下蓋板上開設(shè)若干通孔，于各通孔內(nèi)穿置電 加熱棒。 同理，為了實(shí)現(xiàn)工藝的溫度要求，本實(shí)用新型所述上蓋板為導(dǎo)熱材料制成，在上蓋 板的外側(cè)面連接電加熱板。 另外，本實(shí)用新型還在出料通道的外端可更換式連接出料口模。改變出料口模的 內(nèi)孔直徑可以改變預(yù)浸料條中增強(qiáng)纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而得到不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的產(chǎn)品。 為了方便調(diào)節(jié)，本實(shí)用新型所述上輥托架的外端連接導(dǎo)桿，在上蓋板上開設(shè)通孔， 所述導(dǎo)桿間隙式穿置在上蓋板的所述通孔中，導(dǎo)桿的另一端連接絲桿，所述絲桿的另一端 支撐在與上蓋板連接的支架上，在所述絲桿上連接調(diào)節(jié)螺母。

圖1為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為上、下浸漬輥的另一種外形圖。 圖3為上、下浸漬輥的第三種外形圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型在上蓋板3和下蓋板7之間分別開設(shè)連續(xù)纖維進(jìn)料通道 11和出料通道12，在連續(xù)纖維進(jìn)料通道11的上端設(shè)置進(jìn)絲口導(dǎo)管5，在出料通道12的下端 通過壓板可更換式連接出料口模10。在下蓋板7上設(shè)置與連續(xù)纖維進(jìn)料通道11連通的加 料通道13。 下蓋板7由導(dǎo)熱材料制成，在下蓋板7上開設(shè)若干通孔，于各通孔內(nèi)穿置電加熱棒 6。上蓋板由為導(dǎo)熱材料制成，在上蓋板3的外側(cè)面連接電加熱板1。 在連續(xù)纖維進(jìn)料通道11和出料通道12之間的上、下蓋板3、7相對(duì)的面上分別開 有凹槽，凹槽內(nèi)分別設(shè)置一組上浸漬輥9和一組下浸漬輥14，上浸漬輥9和下浸漬輥14的 可以為圓柱形，如圖1所示，也可以如圖2、3所示，為腰鼓形或束腰形。 成對(duì)的兩只下輥托架8分別固定連接于下蓋板7的兩側(cè)，在兩只下輥托架8相對(duì) 的面上分別設(shè)置凹槽8-l，各下浸漬輥14的兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)式伸入于相應(yīng)的凹槽8-l內(nèi)。 由兩只組成一對(duì)的上輥托架4相對(duì)的面上分別設(shè)置凹槽4-l，各上浸漬輥9的兩端 分別可轉(zhuǎn)動(dòng)式伸入于相應(yīng)的凹槽4-1內(nèi)。 上輥托架4的外端分別固定連接兩只導(dǎo)桿15，在上蓋板3上開設(shè)兩個(gè)通孔，兩只導(dǎo) 桿15分別間隙式穿置在上蓋板3的兩個(gè)通孔中，并在通孔內(nèi)設(shè)置密封件16，兩個(gè)導(dǎo)桿15的 另一端同共連接在一個(gè)橫板17上，在橫板17的中部連接一根絲桿18，絲桿18的另一端分 別套置在橫板19、橫板21的中孔內(nèi)，橫板19和橫板21的兩端分別通過隔套22和螺母23 固定連接在支架20上，支架20與上蓋板3固定連接。在橫板19、橫板21之間的絲桿18上 連接調(diào)節(jié)螺母2，通過調(diào)節(jié)螺母2的正反旋轉(zhuǎn)可使上輥托架4與下輥托架8之間的間距可 調(diào)。[0] 可將本實(shí)用新型應(yīng)用于連續(xù)纖維(如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等)增強(qiáng)熱塑性 塑料(如聚丙烯、聚酰胺、ABS、 PBT、 PET等)預(yù)浸料條的生產(chǎn)。本模頭的作用在于可以簡(jiǎn) 單、方便、可靠地實(shí)現(xiàn)熔融態(tài)的熱塑性塑料在連續(xù)增強(qiáng)纖維束內(nèi)部的填充，使連續(xù)增強(qiáng)纖維 在熱塑性工程塑料預(yù)浸料條內(nèi)部均勻分散，并與熱塑性塑料充分結(jié)合，形成復(fù)合材料，達(dá)到 提高材料力學(xué)性能的目的。 生頭時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母2，上輥托架4遠(yuǎn)離下輥托架8，上下浸漬輥之間形成 一條通道，用專用生頭工具從出料口模10伸到進(jìn)絲導(dǎo)管5處導(dǎo)引增強(qiáng)纖維束，穿過奇偶數(shù) 輥之間的通道，就可把增強(qiáng)纖維束從出料口拉出。下一步，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母2，上輥托 架4壓下，增強(qiáng)纖維束繞過所有浸漬輥，開始浸漬作業(yè)，完成生頭工作。在生產(chǎn)過程中如果 出現(xiàn)增強(qiáng)纖維束斷頭，也可以用此法快速進(jìn)行補(bǔ)頭。通過調(diào)節(jié)上輥托架的不同位置，還可以 改變上下浸漬輥之間的相對(duì)位置，從面改變?cè)鰪?qiáng)纖維束在浸漬輥上的包角，起到調(diào)節(jié)浸漬 效果的作用，以適合不同材料和不同工藝對(duì)浸漬模頭的要求。 熱塑性塑料由加料通道13進(jìn)入，經(jīng)浸漬輥后隨增強(qiáng)纖維束一起從出料口模10變 為預(yù)浸料排出。 本實(shí)用新型具有如下優(yōu)越性 1、為了提高浸漬輥的鋪展、擠壓和混和效果，浸漬輥的形狀不再是現(xiàn)有技術(shù)中單 一的圓柱形，可以是圓柱形、鼓形、束腰形及其搭配使用。 2、浸漬輥的數(shù)量、排列方式可以按照工藝要求任意調(diào)節(jié)。(可不等距)[0034] 3、浸漬結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，浸漬輥兩端支承不再使用滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，而是利用基體樹 脂做潤滑劑，直接支承在上輥托架4和下輥托架8的支承孔中。輥?zhàn)又睆酱蟠鬁p小，可在 3-10mm范圍內(nèi)變化。 4、本實(shí)用新型把浸漬輥按奇數(shù)號(hào)和偶數(shù)號(hào)分為兩組，分別安裝在兩個(gè)輥?zhàn)油屑?上，使一半輥?zhàn)涌梢詫?shí)現(xiàn)相對(duì)于另一半輥?zhàn)由舷逻\(yùn)動(dòng)，從而改變兩組浸漬輥之間的相對(duì)位 置。成功解決了不打開模頭就可以進(jìn)行生頭的難題。 5、浸漬輥分組并用螺旋機(jī)構(gòu)對(duì)上輥托架進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)增強(qiáng)纖維在浸漬輥 上的包角大小連續(xù)可調(diào)，擴(kuò)大了浸漬裝置的工藝適用范圍。 6、由于本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，本模頭的內(nèi)部容積僅相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中浸漬槽體積
的幾十分之一，徹底解決了浸漬槽積料造成高分子材料降解黃變的問題。 7、由于浸漬輥結(jié)構(gòu)輕巧，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，所以本模頭浸漬速度很高，生產(chǎn)速度達(dá)到15
米/分鐘以上。 8、可更換的出料口模使本模頭在生產(chǎn)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的預(yù)浸料時(shí)調(diào)整變得非常方 便。
權(quán)利要求制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于包括上蓋板、下蓋板，在所述上蓋板和下蓋板之間分別開設(shè)連續(xù)纖維進(jìn)料通道和出料通道，在下蓋板上設(shè)置與所述連續(xù)纖維進(jìn)料通道連通的加料通道；在連續(xù)纖維進(jìn)料通道和出料通道之間的上、下蓋板相對(duì)的面之間分別設(shè)置一組上浸漬輥和一組下浸漬輥，所述下浸漬輥的兩端分別支撐在一對(duì)下輥托架上，所述下輥托架固定連接于下蓋板的兩側(cè)，所述上浸漬輥的兩端分別支撐在一對(duì)上輥托架上，所述上輥托架以與下輥托架之間的間距可調(diào)式活動(dòng)連接在上蓋板上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于所述成 對(duì)的上輥托架相對(duì)的面上分別設(shè)置凹槽，所述各上浸漬輥的兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)式伸入于所述 凹槽內(nèi)；所述成對(duì)的下輥托架相對(duì)的面上分別設(shè)置凹槽，所述各下浸漬輥的兩端分別可轉(zhuǎn) 動(dòng)式伸入于所述凹槽內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于所 述上浸漬輥為圓柱形或腰鼓形或束腰形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于所 述下浸漬輥為圓柱形或腰鼓形或束腰形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于所 述下蓋板為導(dǎo)熱材料制成，在下蓋板上開設(shè)若干通孔，于各通孔內(nèi)穿置電加熱棒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于所 述上蓋板為導(dǎo)熱材料制成，在上蓋板的外側(cè)面連接電加熱板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于在出料 通道的外端可更換式連接出料口模。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，其特征在于所述上 輥托架的外端連接導(dǎo)桿，在上蓋板上開設(shè)通孔，所述導(dǎo)桿間隙式穿置在上蓋板的所述通孔 中，導(dǎo)桿的另一端連接絲桿，所述絲桿的另一端支撐在與上蓋板連接的支架上，在所述絲桿 上連接調(diào)節(jié)螺母。
專利摘要制備連續(xù)纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料的浸漬模頭，涉及連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。上蓋板和下蓋板之間分別開設(shè)連續(xù)纖維進(jìn)料通道和出料通道，在下蓋板上設(shè)置與所述連續(xù)纖維進(jìn)料通道連通的加料通道；在連續(xù)纖維進(jìn)料通道和出料通道之間的上、下蓋板相對(duì)的面之間分別設(shè)置一組上浸漬輥和一組下浸漬輥，下浸漬輥的兩端分別支撐在一對(duì)下輥托架上，下輥托架固定連接于下蓋板的兩側(cè)，上浸漬輥的兩端分別支撐在一對(duì)上輥托架上，上輥托架以與下輥托架之間的間距可調(diào)式活動(dòng)連接在上蓋板上?？蓪?shí)現(xiàn)上浸漬輥和下浸漬輥之間距離的調(diào)整，方便生頭，也方便浸漬作業(yè)時(shí)連續(xù)纖維與浸漬輥包角的調(diào)節(jié)，從而使本實(shí)用新型適用于不同品種連續(xù)纖維與基體塑料的復(fù)合。
文檔編號(hào)B29B15/14GK201471619SQ20092023459
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者任云暉, 趙利民 申請(qǐng)人:揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院