本發(fā)明涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂熔融浸漬裝置及制備方法，特別是涉及一種可在線調(diào)整浸漬裝置包覆角的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂熔融浸漬裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料是一種由連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體、以熱塑性樹脂作為基體，經(jīng)過一定的工藝復(fù)合制備成的一種高性能復(fù)合材料。由于增強(qiáng)纖維是連續(xù)的，因此與短纖維或長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料相比，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料具有更加優(yōu)異的機(jī)械性能和力學(xué)性能，具有良好的比剛度和比強(qiáng)度、韌性高、耐沖擊性能好、尺寸穩(wěn)定性高、耐腐蝕以及吸水率低等眾多優(yōu)點(diǎn)。因而廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、航空航天、體育器材、工業(yè)產(chǎn)品和建筑材料等行業(yè)。

連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂常用的浸漬方法是熔融浸漬法。熔融浸漬法是利用熱塑性樹脂的加熱熔融特性，使纖維束通過充滿聚合物熔體的浸漬槽中，纖維束在一定的張力和壓力作用下得到分散浸漬。為了實(shí)現(xiàn)良好的纖維分散和浸漬，浸漬模腔內(nèi)采用類似正弦曲線的彎曲浸漬流道、波浪型的浸漬流道、改進(jìn)的彎曲流道浸漬模頭、在浸漬流道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)絲輥等等。不同形狀和結(jié)構(gòu)的浸漬模具的出現(xiàn)都是為了增強(qiáng)纖維絲束展開效果，增加纖維束在浸漬模具中的張力和壓力，實(shí)現(xiàn)高粘度聚合物熔體充分的浸潤纖維絲束。因此浸漬模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂浸漬效果的關(guān)鍵部件。

在公開號(hào)為CN102218829A的中國發(fā)明專利中，提到了一種連續(xù)/長纖維增強(qiáng)熱塑性的浸漬模具，該模具內(nèi)設(shè)置了纖維浸漬流道，流道上有導(dǎo)絲塊，導(dǎo)絲塊上設(shè)置有分絲孔，分絲孔與纖維浸漬流到相連通；連續(xù)纖維經(jīng)導(dǎo)絲塊上的分絲孔進(jìn)入模浸漬模具與熔融的熱塑性樹脂接觸，經(jīng)環(huán)狀波紋回轉(zhuǎn)體芯軸及與之外表面形狀相同的基體腔體內(nèi)壁之間的環(huán)形、波紋狀浸漬流道，纖維束被展開分散，實(shí)現(xiàn)浸漬。在公開號(hào)為CN102729483A的中國發(fā)明專利中，提到了一種連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂成型設(shè)備，該設(shè)備包括纖維與熱裝置、熔融浸漬模具以及二次輥壓裝置；該裝置中的熔融浸漬模具由數(shù)個(gè)等間距排布的張力輥組成，纖維束在浸漬模具內(nèi)交替繞過張力輥，實(shí)現(xiàn)纖維束的分散和浸漬。在公開號(hào)為CN103753831A的中國發(fā)明專利中，提到了一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的浸漬模具，該模具由殼體、上模頭和下模頭組成。上下模頭對(duì)應(yīng)設(shè)置具有相互錯(cuò)位的波峰浸漬面，上下模頭相互扣合形成浸漬通道。該模具浸漬方法是浸漬模具呈豎直設(shè)置，連續(xù)纖維兩側(cè)分別貼緊上模頭和下模頭的浸漬面并通過張緊裝置張緊，擠出機(jī)在連續(xù)纖維帶的兩側(cè)面涂覆，模具加熱，連續(xù)纖維帶受波浪狀浸漬面摩擦張力的影響浸漬。在公開號(hào)為CN103770241A的中國發(fā)明專利中，提到了一種連續(xù)長纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的雙面熔融浸漬設(shè)備，其設(shè)備是在熔融浸漬機(jī)頭內(nèi)的纖維通道設(shè)置纖維預(yù)分散區(qū)、樹脂浸漬纖維區(qū)和纖維再分散區(qū)，樹脂浸潤纖維區(qū)中設(shè)置雙面分配流道，雙面分配流道包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的上層分配流道和下層分配流道；纖維預(yù)分散區(qū)中設(shè)有預(yù)分散裝置，纖維再分散區(qū)中設(shè)有再分散裝置。

現(xiàn)有連續(xù)纖維浸漬熱塑性樹脂浸漬裝置存在以下問題：1.纖維束浸漬流道形式固定，浸漬形式單一；2.浸漬模具中纖維束所受張力難以調(diào)節(jié)測量；3.纖維束在浸漬模具中分散效果較差，導(dǎo)致浸漬效果較差；4.浸漬裝置形狀復(fù)雜，加工生產(chǎn)比較困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂熔融浸漬裝置及制備方法。

本發(fā)明提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的熔融浸漬裝置，包括展絲架、預(yù)熱裝置、熔融浸漬模具、冷卻裝置、牽引裝置和擠出機(jī)，熔融浸漬模具包括至少1個(gè)狹縫輥，所述狹縫輥上開有寬度小于其半徑的狹縫，所述狹縫輥能夠調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述狹縫兩端為圓弧過渡，圓弧半徑范圍為1-20mm。

優(yōu)選地，所述熔融浸漬裝置還包括1-6個(gè)分散輥,分散輥和狹縫輥錯(cuò)列布置。

優(yōu)選地，在所述展絲架和所述預(yù)熱裝置之間還設(shè)置有導(dǎo)絲輥。

優(yōu)選地，所述狹縫輥能夠進(jìn)行正、反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍為0-±90°。

本發(fā)明還提供了采用上述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的熔融浸漬裝置的制備方法，包括以下步驟：

(a)將連續(xù)纖維束通過展絲架進(jìn)行纖維預(yù)分散，并通過預(yù)熱裝置進(jìn)行干燥處理；

(b)將所述步驟(a)處理后的連續(xù)纖維束交替繞過熔融浸漬模具中的分散輥，并穿過狹縫輥，可通過旋轉(zhuǎn)狹縫輥調(diào)節(jié)連續(xù)纖維束在浸漬模具中的包覆角，且可以改變模具內(nèi)纖維束所受張力；同時(shí)通過擠出機(jī)將塑化好的熱塑性樹脂熔體擠入熔融浸漬模具，連續(xù)纖維束在分散輥和狹縫輥的作用下得到分散和浸漬；

(c)將所述步驟(b)處理后的連續(xù)纖維和熱塑性樹脂熔體通過冷卻裝置進(jìn)行冷卻定型，在牽引裝置的牽引下連續(xù)生產(chǎn)，得到所述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂。

優(yōu)選地，所述連續(xù)纖維束選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維中的至少一種。

優(yōu)選地，所述熱塑性樹脂熔體選自聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚甲醛中的至少一種。

優(yōu)選地，所述牽引裝置的牽引速度在0-1m/s之間。

根據(jù)本發(fā)明所提出的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的熔融浸漬裝置及制備方法，可以在線調(diào)整纖維束在浸漬模具中的包覆角，增加纖維束展開寬度，提高纖維束浸漬程度，改善連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合效果，連續(xù)制備出連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料或預(yù)浸帶。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的熔融浸漬裝置和浸漬方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明提供的熔融浸漬模具，由分散輥和狹縫輥組成，狹縫輥可旋轉(zhuǎn)，因此可通過狹縫輥的旋轉(zhuǎn)改變纖維束熔融浸漬的包覆角。而現(xiàn)有設(shè)備纖維束浸漬流道形式固定，浸漬形式單一；

2.本發(fā)明中，可通過狹縫輥外部手柄的角度顯示直接得到相應(yīng)的內(nèi)部纖維束流道形式及相應(yīng)的包覆角；

3.本發(fā)明通過分散輥和狹縫輥相結(jié)合，使纖維充分分散的同時(shí)通過狹縫流道充分浸漬，同時(shí)狹縫輥旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的張力進(jìn)一步促進(jìn)熱塑性樹脂熔體浸漬纖維束；

4.本發(fā)明工藝過程簡單，工藝條件易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)本發(fā)明提出的浸漬模具結(jié)構(gòu)易于加工實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂熔融浸漬裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂熔融浸漬模具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明狹縫輥手柄外側(cè)A向視圖結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、連續(xù)纖維束；2、展絲架；3、導(dǎo)絲輥；4、預(yù)熱裝置；5、熔融浸漬模具；6、分散輥；7、狹縫輥；71、狹縫；72、手柄；8、冷卻裝置；9、牽引裝置；10、擠出機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于一下實(shí)施例。

實(shí)施例一

參見圖1和圖2，本發(fā)明提供的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的熔融浸漬裝置包括展絲架2、導(dǎo)絲輥3、預(yù)熱裝置4、熔融浸漬模具5、冷卻裝置8、牽引裝置9和擠出機(jī)10。

本實(shí)施例中的熔融浸漬模具5由3個(gè)分散輥6和2個(gè)狹縫輥7組成。所述分散輥6直徑為20mm所述狹縫輥7直徑為20mm；狹縫輥7上開有狹縫71，狹縫71高2mm、長30mm；狹縫71兩端為圓弧過渡，圓弧半徑范圍為2mm，狹縫輥7可正反旋轉(zhuǎn)。

上述熔融浸漬模具5中分散輥6和狹縫輥7等間距錯(cuò)列布置，相鄰分散輥6和狹縫輥7之間的中心距為40mm。所述熔融浸漬模具5中分散輥6固定不動(dòng)，狹縫輥7可通過與之一體的位于熔融浸漬模具5外側(cè)的手柄72進(jìn)行正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，手柄72上可以標(biāo)有刻度，0°對(duì)應(yīng)輥7中狹縫71為水平的位置，旋轉(zhuǎn)范圍為0-±90°。

本發(fā)明還提供了采用上述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的熔融浸漬裝置的制備方法，包括以下步驟：

(a)將連續(xù)纖維束1通過展絲架2進(jìn)行纖維預(yù)分散，并通過預(yù)熱裝置4進(jìn)行干燥處理，預(yù)熱溫度為190℃。

(b)將所述步驟(a)處理后的連續(xù)纖維束1交替繞過熔融浸漬模具5中的分散輥6，并穿過狹縫輥7的狹縫71，可通過旋轉(zhuǎn)狹縫輥7調(diào)節(jié)連續(xù)纖維束1在浸漬輥的包覆角，且可以改變模具內(nèi)纖維束所受張力；同時(shí)通過擠出機(jī)10將塑化好的熱塑性樹脂熔體擠入熔融浸漬模具5，擠出機(jī)10加料段加熱溫度190℃，塑化段加熱溫度210℃，均化段和擠出機(jī)頭溫度為230℃，熔融浸漬模具5的加熱溫度230℃；連續(xù)纖維束1在分散輥6和狹縫輥7的作用下得到分散和浸漬；浸漬后的纖維束經(jīng)過直徑為2.8mm的定型口模定型牽出；

(c)將所述步驟(b)處理后的連續(xù)纖維和熱塑性樹脂熔體通過冷卻裝置8進(jìn)行冷卻定型，在牽引裝置9的牽引下連續(xù)生產(chǎn)，得到所述連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂。

步驟(a)中，連續(xù)纖維束10為玻璃纖維。

步驟(b)中，熱塑性樹脂熔體為聚丙烯。

所述步驟(b)中狹縫輥7在0-±90°間旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

所述步驟(c)中牽引裝置9的牽引速度2m/min。

吸水率是反映浸漬程度的重要指標(biāo)，根據(jù)GB/T 1462-2005《纖維增強(qiáng)塑料吸水性試驗(yàn)方法》，針對(duì)本實(shí)施例所制備的每組料條垂直于軸向截取長50mm±1mm的樣本5個(gè)；試樣放進(jìn)50℃±2℃的烘箱中干燥20h±1h，取出試樣稱量每個(gè)試樣質(zhì)量(m₁)，精確至0.001g；隨后將試樣浸入溫度為23℃±0.5℃的蒸餾水中24h±0.5h，將試樣取出用濾紙去除表面水分后再次稱得試樣質(zhì)量(m₂)，精確至0.001g；每組樣條重復(fù)以上測試步驟，相對(duì)于試樣質(zhì)量的吸水百分率根據(jù)式計(jì)算可得。

拉伸強(qiáng)度是反映預(yù)浸料力學(xué)性能的重要指標(biāo)，根據(jù)GB/T1477-2005《纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》，將本實(shí)施例所制備的預(yù)浸料制備成厚度d＝4mm、中間平行段寬度b＝10mm的標(biāo)準(zhǔn)測試樣條，并在拉力測試機(jī)上進(jìn)行拉伸性能測試，拉力測試機(jī)夾具間距離115mm，加載速度2mm/min，拉伸應(yīng)力根據(jù)式計(jì)算可得。實(shí)驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)見下列表1。

表1

實(shí)施例二

本實(shí)施例浸漬工藝過程、浸漬方法以及結(jié)果評(píng)價(jià)方法均與實(shí)施例一相同，其不同之處在于：本實(shí)施例全部采用狹縫輥7，所述狹縫輥7直徑為30mm，所述狹縫輥7的狹縫71高5mm、長30mm，狹縫71兩端為圓弧過渡，圓弧半徑范圍為5mm，狹縫輥7可正反旋轉(zhuǎn)；相鄰狹縫輥之間的中心距為50mm。本實(shí)施例中所用連續(xù)纖維束10為碳纖維，熱塑性樹脂熔體為尼龍。

擠出機(jī)10加料段加熱溫度210℃，塑化段加熱溫度230℃，均化段和擠出機(jī)頭溫度為250℃，熔融浸漬模具5的加熱溫度250℃；連續(xù)纖維束1在分散輥6和狹縫輥7的作用下得到分散和浸漬；浸漬后的纖維束經(jīng)過直徑為2.8mm的定型口模定型牽出。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)見下列表2。

表2

實(shí)施例三

本實(shí)施例浸漬工藝過程、浸漬方法以及結(jié)果評(píng)價(jià)方法均與實(shí)施例一相同，其不同之處在于：本實(shí)施例所用分散輥6直徑為30mm，所述狹縫輥7直徑為30mm，所述狹縫輥7的狹縫71高5mm、長30mm，狹縫71兩端為圓弧過渡，圓弧半徑范圍為5mm，狹縫輥7可正反旋轉(zhuǎn)；相鄰分散輥和狹縫輥之間的中心距為50mm。本實(shí)施例中所用連續(xù)纖維束10為芳綸纖維，熱塑性樹脂熔體為聚乙烯。

擠出機(jī)10加料段加熱溫度190℃，塑化段加熱溫度210℃，均化段和擠出機(jī)頭溫度為230℃，熔融浸漬模具5的加熱溫度230℃；連續(xù)纖維束1在分散輥6和狹縫輥7的作用下得到分散和浸漬；浸漬后的纖維束經(jīng)過直徑為2.8mm的定型口模定型牽出。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)見下列表3。

表3

如上所述，便可較好實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，并非用來限定并發(fā)明的實(shí)施范圍。