CN103802231B - 连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备及方法，其设备是在熔融浸渍机头内设置纤维预分散区、树脂浸润纤维区和纤维再分散区；纤维预分散区中设有预分散装置，树脂浸润纤维区中设有树脂熔体分配用的双面分配流道；纤维再分散区中，纤维通道呈波浪状，纤维通道的上下两侧设有再分散装置；纤维通道的末端出口为矩形。其方法是先对连续长纤维进行预分散和预加热，再通过双面分配流道进行全面包裹和浸润，进行纤维再分散处理后送出纤维通道。本发明可使得树脂熔体对胶带中连续纤维的浸渍效果更为均衡，达到完全包覆、渗透和浸润的目的，避免出现纤维单侧包覆不严的现象，实现长时间连续稳定生产，产品的产量和品质都得到大幅提高。

Description

连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备及方法

技术领域

本发明涉及热塑性树脂成型技术领域，特别涉及一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备及方法。

背景技术

连续长纤维增强胶带是一种以热塑性树脂为基体，增强纤维单向排列且连续的复合材料，在汽车、建筑、航天和军工领域有着广泛的应用，如在汽车零部件中底护板、后门板和整理箱支架的薄弱位置复合连续纤维增强胶带，可以起到补强、减重，延长制件使用寿命等功能。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胶带上连续纤维的浸渍效果，甚至频繁引发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CN101868333A的专利申请中公开一种用于制造长纤增强热塑树脂模塑材料的方法，该方法用熔融热塑树脂填充加工室，将连续纤维束给送通过加工室，挤拉浸渍有熔融热塑树脂的连续纤维束，形成最终产品。但在实际应用中，该方法是树脂熔体从连续纤维束下侧冒出，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，产品浸渍效果较差。

公开号为CN101152767A的专利申请中公开一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及其成型设备，该设备采用了浸渍独立流道，使得每束连续长纤维都能够沿着独立的方向前进，避免了纤维束之间的相互干扰引起的断条，且在张力辊上沿纵向开有圆弧形凹槽，张力辊在旋转时带动热塑性树脂熔体而产生足够的熔体紊流以提高浸渍效果。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。

公开号为CN103158209A的专利申请中公开一种连续碳纤维增强热塑性预浸带的制备方法，该设备采用V形状烘箱，延长加热距离，避免碳纤维运行路线成直线时碳纤维容易打捻的情况。但该设备简单地通过浸渍辊来加强树脂对碳纤维的浸润，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，易造成纤维打捻或断裂，不能保证树脂对纤维的良好浸润。此外，该设备通过调节树脂含量来确定预浸带的厚度，易产生预浸带中纤维分散不均匀的缺陷，使得产品的质量稳定性下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，该设备的使用可有效提高胶带上连续纤维的浸渍效果，可长时间连续稳定生产，产品的产量和品质都得到大幅提高。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍方法。

本发明的技术方案为：一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，熔融浸渍机头内设有截面为矩形的纤维通道，纤维通道包括依次连接且连续相通的纤维预分散区、树脂浸润纤维区和纤维再分散区；纤维预分散区中设有预分散装置，树脂浸润纤维区中设有树脂熔体分配用的双面分配流道；纤维再分散区中，纤维通道呈波浪状，纤维通道的上下两侧设有再分散装置；纤维通道的末端出口为矩形。

其中，纤维再分散区中的再分散装置可采用以下几种结构形式：

（1）所述再分散装置包括上分散块和下分散块，纤维通道的上方设有上分散块，纤维通道的下方设有下分散块，上分散块和下分散块交替分布且等间距排列；纤维通道呈波浪状，与上分散块表面的相接处为波谷，与下分散块表面的相接处为波峰，相邻波峰与波谷之间的距离为1～15mm；

上分散块和下分散块的结构相同，均为梯形截面，梯形的上底边长为10～500mm，梯形的下底边长为20～1000mm，梯形的高为10～100mm，梯形的各边角为90～150°的圆角。

（2）所述再分散装置包括上分散辊和下分散辊，纤维通道的上方设有上分散辊，纤维通道的下方设有下分散辊，上分散辊和下分散辊交替分布且等间距排列；

上分散辊和下分散辊的结构相同，均为方形截面的光滑辊，方形的各边长为5～60mm，方形的各边角为90～150°的圆角；各上分散辊和下分散辊内部分别设有电加热棒，加热温度为60～400℃；相邻的上分散辊和下分散辊之间，水平方向的中心距为50～200mm，垂直方向的中心距为0～150mm，水平方向的中心连线与水平面的夹角为0～±80°。

（3）所述再分散装置包括上分散辊和下分散块，纤维通道的上方设有上分散辊，纤维通道的下方设有下分散块，上分散辊和下分散块交替分布且等间距排列；纤维通道呈波浪状，上分散辊置于波谷中，外侧边缘与波谷的距离为1～15mm；

其中，上分散辊为方形截面的光滑辊，方形的各边长为5～60mm，方形的各边角为90～150°的圆角；各上分散辊和分散辊内部分别设有电加热棒，加热温度为60～400℃；

下分散块的横截面为梯形截面，梯形的上底边长为10～500mm，梯形的下底边长为20～1000mm，梯形的高为10～100mm，梯形的各边角为90～150°的圆角。

所述双面分配流道包括结构对称的上层分配流道和下层分配流道，上层分配流道的熔体出口与胶带的上表面相接，下层分配流道的熔体出口与胶带的下表面相接；

上层分配流道和下层分配流道结构对称，分别为多级分支的结构形式，包括多级的分支流道，各级的分支流道的柱体为圆柱形流道；

多级的分支流道中，位于同一级的分支流道具有相同的直径和相同的熔体流动阻力，各级分支流道的直径为1～80mm。

所述上层分配流道的熔体出口与下层分配流道的熔体出口结构相同，为扩展型出口、平行出口或收缩型出口中的一种；上层分配流道的熔体出口和下层分配流道的熔体出口的直径为1～20mm。对称位于某一根连续长纤维上下两面的2个熔体出口所在的流道中心线穿过该连续长纤维的中心。

所述树脂浸润纤维区中，按照连续长纤维的输送方向，双面分配流道的后侧还设有至少一组压延辊组，每组压延辊组中包括2个压延辊，2个压延辊对称设于连续长纤维的上下两侧，2个压延辊表面的最近距离为1～15mm；各压延辊为内部设有电加热棒的光滑辊，加热温度为60～400℃，各压延辊的直径为5～30mm。压延辊组的设置，可实现在树脂熔体刚浸润连续纤维之后立即对其进行平整处理。

所述纤维预分散区中，预分散装置包括至少2组张力辊组，各张力辊组包括上张力辊和下张力辊，上张力辊设于胶带上方，下张力辊设于胶带下方，上张力辊和下张力辊交替分布且等间距排列；

上张力辊和下张力辊的结构相同，均为圆形截面的光滑辊，圆形的直径为5～60mm；各上张力辊和下张力辊内部分别设有电加热棒，加热温度为60～400℃；相邻的上分散辊和下分散辊之间，水平方向的中心距为50～200mm，垂直方向的中心距为40～150mm，水平方向的中心连线与水平面的夹角为0～±80°。

所述纤维通道的末端出口为长条状的矩形，长为10～1000mm，宽为1～10mm。

本发明通过上述设备实现一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍方法，包括以下步骤：

（1）胶带进入纤维通道后，先进入纤维预分散区中，由预分散装置对胶带上的连续纤维进行预分散和预加热；

（2）经过预分散和预加热的胶带进入树脂浸润纤维区，树脂熔体由双面分配流道流出，从胶带的上下两侧同时包覆浸润连续纤维；

（3）浸润后的胶带进入纤维再分散区，在波浪状的纤维通道内，由再分散装置从胶带的上下两侧进行再一次的纤维分散，最后送出纤维通道。

所述步骤（1）中，预加热的温度为60～400℃；

所述步骤（2）中，在树脂浸润纤维区内，胶带上的连续纤维被树脂熔体包覆浸润后，还经过压延辊组进行平整；

所述胶带中的连续纤维为玻璃纤维、碳纤维、合成纤维或植物纤维中的一种或多种；

所述树脂熔体为聚丙烯、尼龙、聚甲醛、聚酯或聚氨酯中的一种或多种。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍方法通过先在纤维预分散区对胶带上的连续纤维进行预分散，然后在树脂浸润纤维区对连续纤维进行双面浸润，最后在纤维再分散区进行再分散处理，可使得树脂熔体在树脂浸润纤维区中的流动更为均匀，对连续纤维的浸渍效果更为均衡，实现长时间连续稳定生产，产品的产量和品质都得到大幅提高。

2、本连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备通过在树脂浸润纤维区中设置结构对称的双面分配流道，相比单面的分配流道，其优点有：一是所有同级流道具有相同的直径和相同的熔体阻力，可确保浸渍区域内整个流场的通畅；二是树脂熔体从两面同时浸润纤维束，达到完全包覆、渗透和浸润的目的，提高连续长纤维的浸渍效果，避免出现纤维单侧包覆不严的现象。

3、本连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备还在树脂浸润纤维区中设置压延辊组，胶带上的连续纤维被树脂熔体浸润之后，立即进入压延辊进行平整处理，进一步确保全部纤维束被树脂包覆，有效避免出现树脂熔体分布不均的现象。

4、本连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备中，纤维再分散区中设置再分散装置，并且纤维通道呈波浪状，采用两面设置分散块或分散辊的结构形式，使其张力分散，能够提高连续长纤维的浸润效果，减少纤维折断，提高在高牵引速度下生产的稳定性。

附图说明

图1为本双面熔融浸渍设备的原理示意图。

图2为本双面熔融浸渍设备中双面分配流道的结构示意图。

图3为实施例1中再分散装置的结构示意图。

图4为实施例2中再分散装置的结构示意图。

图5为实施例3中再分散装置的结构示意图。

图6为纤维通道的末端出口截面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，如图1所示，熔融浸渍机头10内设有截面为矩形的纤维通道12，纤维通道包括依次连接且连续相通的纤维预分散区A、树脂浸润纤维区B和纤维再分散区C；纤维预分散区中设有预分散装置，树脂浸润纤维区中设有树脂熔体分配用的双面分配流道1；纤维再分散区中，纤维通道呈波浪状，纤维通道的上下两侧设有再分散装置；纤维通道的末端出口为矩形，胶带2置于纤维通道内。

其中，纤维再分散区中的再分散装置如图3所示，包括上分散块4和下分散块5，纤维通道的上方设有上分散块，纤维通道的下方设有下分散块，上分散块和下分散块交替分布且等间距排列；纤维通道呈波浪状，与上分散块表面的相接处为波谷，与下分散块表面的相接处为波峰，相邻波峰与波谷之间的距离为1～15mm；

上分散块和下分散块的结构相同，均为梯形截面，梯形的上底边长为10～500mm，梯形的下底边长为20～1000mm，梯形的高为10～100mm，梯形的各边角为90～150°的圆角。

如图2所示，双面分配流道包括结构对称的上层分配流道1-1和下层分配流道1-2，上层分配流道的熔体出口与胶带的上表面相接，下层分配流道的熔体出口与胶带的下表面相接；

上层分配流道和下层分配流道结构对称，分别为多级分支的结构形式，包括多级的分支流道，各级的分支流道的柱体为圆柱形流道；

多级的分支流道中，位于同一级的分支流道具有相同的直径和相同的熔体流动阻力，各级分支流道的直径为1～80mm。

上层分配流道的熔体出口与下层分配流道的熔体出口结构相同，为扩展型出口、平行出口或收缩型出口中的一种；上层分配流道的熔体出口和下层分配流道的熔体出口的直径为1～20mm。对称位于某一根连续长纤维上下两面的2个熔体出口所在的流道中心线穿过该连续长纤维的中心。

如图1所示，树脂浸润纤维区中，按照连续长纤维的输送方向，双面分配流道的后侧还设有至少一组压延辊组3，每组压延辊组中包括2个压延辊，2个压延辊对称设于连续长纤维的上下两侧，2个压延辊表面的最近距离为1～15mm；各压延辊为内部设有电加热棒的光滑辊，加热温度为60～400℃，各压延辊的直径为5～30mm。压延辊组的设置，可实现在树脂熔体刚浸润连续纤维之后立即对其进行平整处理。

如图1所示，纤维预分散区中，预分散装置包括至少2组张力辊组，各张力辊组包括上张力辊6和下张力辊7，上张力辊设于胶带上方，下张力辊设于胶带下方，上张力辊和下张力辊交替分布且等间距排列；

上张力辊和下张力辊的结构相同，均为圆形截面的光滑辊，圆形的直径为5～60mm；各上张力辊和下张力辊内部分别设有电加热棒，加热温度为60～400℃；相邻的上分散辊和下分散辊之间，水平方向的中心距为50～200mm，垂直方向的中心距为40～150mm，水平方向的中心连线与水平面的夹角为0～±80°。

如图6所示，纤维通道的末端出口11为长条状的矩形，长为10～1000mm，宽为1～10mm。

本实施例通过上述设备可实现一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍方法，包括以下步骤：

（1）胶带进入纤维通道后，先进入纤维预分散区中，由预分散装置对胶带上的连续纤维进行预分散和预加热；

（2）经过预分散和预加热的胶带进入树脂浸润纤维区，树脂熔体由双面分配流道流出，从胶带的上下两侧同时包覆浸润连续纤维；

（3）浸润后的胶带进入纤维再分散区，在波浪状的纤维通道内，由再分散装置从胶带的上下两侧进行再一次的纤维分散，最后送出纤维通道。

步骤（1）中，预加热的温度为60～400℃；

步骤（2）中，在树脂浸润纤维区内，胶带上的连续纤维被树脂熔体包覆浸润后，还经过压延辊组进行平整；

胶带中的连续纤维为玻璃纤维、碳纤维、合成纤维或植物纤维中的一种或多种；

树脂熔体为聚丙烯、尼龙、聚甲醛、聚酯或聚氨酯中的一种或多种。

实施例2

本实施例一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，与实施例1相比较，其不同之处在于：如图4所示，纤维再分散区中，再分散装置包括上分散辊8和下分散辊9，纤维通道的上方设有上分散辊，纤维通道的下方设有下分散辊，上分散辊和下分散辊交替分布且等间距排列；

上分散辊和下分散辊的结构相同，均为方形截面的光滑辊，方形的各边长为5～60mm，方形的各边角为90～150°的圆角；各上分散辊和下分散辊内部分别设有电加热棒，加热温度为60～400℃；相邻的上分散辊和下分散辊之间，水平方向的中心距为50～200mm，垂直方向的中心距为0～150mm，水平方向的中心连线与水平面的夹角为0～±80°。

实施例3

本实施例一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，与实施例1相比较，其不同之处在于：如图5所示，纤维再分散区中，再分散装置包括上分散辊8和下分散块5，纤维通道的上方设有上分散辊，纤维通道的下方设有下分散块，上分散辊和下分散块交替分布且等间距排列，纤维通道呈波浪状，上分散辊置于波谷中，外侧边缘与波谷的距离为1～15mm；

其中，上分散辊为方形截面的光滑辊，方形的各边长为5～60mm，方形的各边角为90～150°的圆角；各上分散辊和分散辊内部分别设有电加热棒，加热温度为60～400℃；

下分散块的横截面为梯形截面，梯形的上底边长为10～500mm，梯形的下底边长为20～1000mm，梯形的高为10～100mm，梯形的各边角为90～150°的圆角。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (8)

1.连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，其特征在于，熔融浸渍机头内设有截面为矩形的纤维通道，纤维通道包括依次连接且连续相通的纤维预分散区、树脂浸润纤维区和纤维再分散区；纤维预分散区中设有预分散装置，树脂浸润纤维区中设有树脂熔体分配用的双面分配流道；纤维再分散区中，纤维通道呈波浪状，纤维通道的上下两侧设有再分散装置；纤维通道的末端出口为矩形；

所述再分散装置包括上分散辊和下分散辊，纤维通道的上方设有上分散辊，纤维通道的下方设有下分散辊，上分散辊和下分散辊交替分布且等间距排列；

上分散辊和下分散辊的结构相同，均为方形截面的光滑辊，方形的各边长为5～60mm，方形的各边角为90～150°的圆角；各上分散辊和下分散辊内部分别设有电加热棒；相邻的上分散辊和下分散辊之间，水平方向的中心距为50～200mm，垂直方向的中心距为0～150mm，水平方向的中心连线与水平面的夹角为0～±80°。

2.连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，其特征在于，熔融浸渍机头内设有截面为矩形的纤维通道，纤维通道包括依次连接且连续相通的纤维预分散区、树脂浸润纤维区和纤维再分散区；纤维预分散区中设有预分散装置，树脂浸润纤维区中设有树脂熔体分配用的双面分配流道；纤维再分散区中，纤维通道呈波浪状，纤维通道的上下两侧设有再分散装置；纤维通道的末端出口为矩形；

所述再分散装置包括上分散辊和下分散块，纤维通道的上方设有上分散辊，纤维通道的下方设有下分散块，上分散辊和下分散块交替分布且等间距排列；

其中，上分散辊为方形截面的光滑辊，方形的各边长为5～60mm，方形的各边角为90～150°的圆角；各上分散辊和分散辊内部分别设有电加热棒；

下分散块的横截面为梯形截面，梯形的上底边长为10～500mm，梯形的下底边长为20～1000mm，梯形的高为10～100mm，梯形的各边角为90～150°的圆角。

3.根据权利要求1所述连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，其特征在于，所述双面分配流道包括结构对称的上层分配流道和下层分配流道，上层分配流道的熔体出口与胶带的上表面相接，下层分配流道的熔体出口与胶带的下表面相接；

上层分配流道和下层分配流道结构对称，分别为多级分支的结构形式，包括多级的分支流道，各级的分支流道的柱体为圆柱形流道；

多级的分支流道中，位于同一级的分支流道具有相同的直径和相同的熔体流动阻力，各级分支流道的直径为1～80mm。

4.根据权利要求3所述连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，其特征在于，所述上层分配流道的熔体出口与下层分配流道的熔体出口结构相同，为扩展型出口、平行出口或收缩型出口中的一种；上层分配流道的熔体出口和下层分配流道的熔体出口的直径为1～20mm。

5.根据权利要求1所述连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，其特征在于，所述树脂浸润纤维区中，按照连续长纤维的输送方向，双面分配流道的后侧还设有至少一组压延辊组，每组压延辊组中包括2个压延辊，2个压延辊对称设于连续长纤维的上下两侧，2个压延辊表面的最近距离为1～15mm；各压延辊为内部设有电加热棒的光滑辊，各压延辊的直径为5～30mm。

6.根据权利要求1所述连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍设备，其特征在于，所述纤维预分散区中，预分散装置包括至少2组张力辊组，各张力辊组包括上张力辊和下张力辊，上张力辊设于胶带上方，下张力辊设于胶带下方，上张力辊和下张力辊交替分布且等间距排列；

上张力辊和下张力辊的结构相同，均为圆形截面的光滑辊，圆形的直径为5～60mm；各上张力辊和下张力辊内部分别设有电加热棒；相邻的上分散辊和下分散辊之间，水平方向的中心距为50～200mm，垂直方向的中心距为40～150mm，水平方向的中心连线与水平面的夹角为0～±80°。

7.根据权利要求1～6任一项所述设备实现一种连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)胶带进入纤维通道后，先进入纤维预分散区中，由预分散装置对胶带上的连续纤维进行预分散和预加热；

(2)经过预分散和预加热的胶带进入树脂浸润纤维区，树脂熔体由双面分配流道流出，从胶带的上下两侧同时包覆浸润连续纤维；

(3)浸润后的胶带进入纤维再分散区，在波浪状的纤维通道内，由再分散装置从胶带的上下两侧进行再一次的纤维分散，最后送出纤维通道。

8.根据权利要求7所述连续纤维增强胶带的双面熔融浸渍方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预加热的温度为60～400℃；

所述步骤(2)中，在树脂浸润纤维区内，胶带上的连续纤维被树脂熔体包覆浸润后，还经过压延辊组进行平整；

所述胶带中的连续纤维为玻璃纤维、碳纤维、合成纤维或植物纤维中的一种或多种；

所述树脂熔体为聚丙烯、尼龙、聚甲醛、聚酯或聚氨酯中的一种或多种。