一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，包括依次设置的放卷组件、张力控制组件、静电消除及预加热组件、浸渍组件、冷却组件及收卷组件。与现有技术相比，本发明采用一个双带辊压机对纤维和树脂进行浸渍，弥补了热塑性材料熔体粘性大，熔体流动性差的缺点，且不同于拉挤工艺，无需使用任何模具便可制备高玻纤含量的增强材料，并且生产设备简单，操作容易，纤维含量高，且可保证纤维与树脂的完全浸润。
【专利说明】一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子复合材料设备领域，尤其是涉及一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备。
【背景技术】
[0002]纤维增强热塑性复合材料性能优良，机械强度高，可重复利用，质量轻，抗冲击性能优异，环保性优良，近年来在生活中得到越来越多的应用。短切纤维增强热塑性复合材料研究甚多，如专利US3684645，采用短切纤维与热塑性树脂复核后进入一个双带硫化机，力口热浸溃，切割成需要的片材。
[0003]热塑性树脂熔体粘度较大是限制其发展的一个最关键的因素。熔体的高粘度使其与纤维复合时出现一些不良的效果，比如纤维与树脂浸润效果很差，容易产生干纱，这样就很难充分利用纤维和树脂的实际强度来达到复合材料理论上应该达到的数值；另一方面，高熔体粘度使得纤维在树脂中的含量不宜过高，这样的话起增强作用的纤维就很难更大程度上起到高增强的效果，而只能是起一定程度上的增强。为了增加树脂与纤维织物的浸润效果，很多人采用热塑性树脂粉末均匀的分散在在连续纤维织物上，加热熔融后形成均一的复合材料，如专利US20050215148，介绍了一种可以让树脂粉末均匀的分布在纤维上的设备，这个设备要求粒子的直径范围在l-2000um，在后续压力作用下可得到完全无气泡的浸溃良好的预浸带。该种方法主要是塑料粉末与连续纤维混合过程中所采用的流化床设备成本较高。
[0004]目前通过熔融浸溃的热塑性复合材料工艺中一般采用设计相对较复杂的浸溃模头，该模头处使纤维与树脂浸溃，例如美国专利US5037284，US4588538等，这种特殊的模头可以是纤维和树脂浸溃效果大大提高，但是模头的设计成本较高，另外浸溃过程是在模头的内部进行，浸溃的具体过程难于控制，且如果出现断纱的情况，重新牵纱操作起来相当的不方便，严重影响生产效率。
[0005]国内也有少部分企业有关热塑性复合材料的产品，例如辽宁辽杰新材料科技有限公司的连续纤维增强热塑性复合预浸带、复合板材的销售。该公司的预浸带采用连续纤维与热塑性树脂熔体熔融浸溃，专利CN200910048973介绍了该公司的生产设备，采用一组交错可开合双挤出模头，该开合双挤出模头组由两个平行的挤出模头1、挤出模头2和轨道运动装置组成。该设备的主要优势是纤维与树脂在双开合模头组下浸溃良好，没有干纱，浸溃过程可控，树脂含量可控。
[0006]本专利采用一种新的工艺，即连续纤维织物与热塑性树脂复合制备复合预浸带，通过一个挤出机挤出连续的纤维层，浇注到连续纤维织物上与纤维复合，再利用一个双带压机使纤维和树脂完全浸溃，然后冷却定型。定型后的预浸带材可再进行多层叠加，形成热塑性复合片材，如专利US2434541中的设备，如要形成一个连续的片材，需要充分的加热保持热塑性树脂的流动性；然而，加热又必须不能使热塑性树脂降解。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有生产线简单，操作简便，设备可实现高效连续化生产，且生产过程中没有任何的环境污染等优点的制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备。
[0008]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009]一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，该设备包括依次设置的放卷组件、张力控制组件、静电消除及预加热组件、浸溃组件、冷却组件及收卷组件，其中:
[0010]放卷组件:由纱架或放卷辊组成，固定宽度的连续纤维织物静置于纱架的辊筒上或放卷辊上；
[0011]张力控制组件:由按照等边三角形三个顶点的位置均匀排列的三个张力辊组成，张力辊不仅可以再生产过程中提高连续纤维增强织物的张力，而且还可以让其均匀平行排列，减少纤维丝束之间水平间隙(连续纤维丝束)和使纤维织物表面更加光滑平整，有利于避免浸溃过程中起毛的现象，且避免纤维织物产生扭曲和变形；
[0012]静电消除及预加热组件:由依次设置的静电消除装置及预加热器组成，连续纤维织物经过张力辊之后不可避免的会因为摩擦而引起静电，会使织物表面起毛，特别是连续纤维束，影响制品的生产，因此在纤维织物进入加热装置之前要对其进行消除静电处理，通过静电消除装置来实现。消除静电后，连续纤维织物进入预加热器进行预热。保证纤维进入热的树种当中不至于使其表层树脂因为遇到冷的纤维织物而导致结晶，且可提高生产效率；
[0013]浸溃组件:由依次设置的螺杆挤出机及双带辊压机组成，螺杆挤出机提供热塑性树脂，经过预处理的连续纤维织物在双带辊压机中经熔融的热塑性树脂浸溃；
[0014]冷却组件:由一对冷却压辊组成，冷却压辊内通有循环冷却水或冷却空气；
[0015]收卷组件:由收卷辊组成,缠绕经冷却组件冷却成型的连续纤维织物增强热塑性树脂复合预浸带。
[0016]所述的放卷组件中的辊筒为金属圆形滚筒。
[0017]所述的预加热器采用红外加热方式或电加热方式，加热的温度高于热塑性树脂的溶融温度.[0018]所述的预加热器的加热温度优选210°C _290°C。
[0019]所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
[0020]所述的双带辊压机为上下对称式结构，经过预处理的连续纤维织物从双带辊压机的中间穿过，双带辊压机的每侧包括钢带、加热烘箱、用于调节钢带张力的辊筒及压力辊组，所述的钢带输送预处理的连续纤维织物，所述的加热烘箱设在钢带的内侧，所述的辊筒设在钢带上控制钢带的张力，使钢带与带有热塑性树脂基体的连续纤维织物接触面始终处于平整的状态，所述的压力辊组由4个压力辊组成，向连续纤维织物施加压力使连续纤维织物与热塑性树脂充分浸溃，并控制得到的预浸带的厚度。
[0021]通过控制压力辊组来控制上下两侧的钢带之间的距离，控制得到的预浸带的厚度。
[0022]所述的辊筒静止不转动，使热塑性树脂浸溃入连续纤维织物中并避免压力辊组沾上热塑性树脂。[0023]所述的加热烘箱采用红外加热方式或电加热方式，加热的温度为200°C -280°C,使热塑性树脂始终保持熔融的最佳状态，便于与纤维织物浸溃。
[0024]所述的冷却组件使浸溃有热塑性树脂的连续纤维增强织物的结晶或冷却至热塑性树脂玻璃化转变温度以下，两个冷却压辊之间的距离与双带辊压机中上下钢带之间的距离相等。
[0025]所述的收卷组件控制整个纤维织物在生产过程中的速度并调节纤维织物所受张力大小。
[0026]与现有技术相比，本发明采用一个双带辊压机对纤维和树脂进行浸溃，弥补了热塑性材料熔体粘性大，熔体流动性差的缺点，且不同于拉挤工艺，无需使用任何模具便可制备高玻纤含量的增强材料，并且生产设备简单，操作容易，纤维含量高，且可保证纤维与树脂的完全浸润。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的结构示意图；
[0028]图2为双带辊压机的结构示意图。
[0029]图中，1-纱架、2-连续纤维织物、3-张力辊、4-静电消除装置、5-预加热器、6_螺杆挤出机、7-热塑性树脂、8-带有热塑性树脂基体的纤维织物、9-双带辊压机、10-钢带、11-加热烘箱、12-辊筒、13-压力辊组、14-纤维增强热塑性树脂预浸带材、15a-冷却压辊、15b-冷却压辊、16-收卷辊、17-放卷组件、18-张力控制组件、19-静电消除及预加热组件、20-浸溃组件、21-冷却组件、22-收卷组件。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031]实施例1
[0032]一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其结构如图1所示，该设备包括依次设置的放卷组件17、张力控制组件18、静电消除及预加热组件19、浸溃组件20、冷却组件21及收卷组件22。
[0033]放卷组件17:主要包括纱架1或者放卷辊，本实施例中采用的纱架1，固定宽度的连续纤维织物2静置于纱架1的金属圆形辊筒上。
[0034]张力控制组件18:纱架1上的连续纤维织物2进入张力控制组件18，该装置有三个成一定角度的张力辊3组成，这三个张力辊3按照等边三角形三个顶点的位置均匀排列，可以更好的控制复合带在缠绕过程中的张力。该张力辊3还可以使引出的连续纤维织物2均匀平整的排列并前进。此处的张力辊3不仅可以再生产过程中提高连续纤维织物2的张力，而且还可以让其均匀平行排列，减少纤维丝束之间水平间隙(连续纤维丝束)和使纤维织物表面更加光滑平整，有利于避免浸溃过程中起毛的现象，且避免纤维织物产生扭曲和变形。
[0035]静电消除及预加热组件19:连续纤维织物2经过张力辊3之后不可避免的会因为摩擦而引起静电，会使织物表面起毛，特别是连续纤维束，影响制品的生产，因此在纤维织物进入加热装置之前要对其进行消除静电处理，通过静电消除装置4来实现。消除静电后，连续纤维织物2进入预加热器5进行预热。保证纤维进入热的树种当中不至于使其表层树脂因为遇到冷的纤维织物而导致结晶，且可提高生产效率。预加热器5采用红外加热方式或电加热方式，所加热的温度高于热塑性树脂的熔融温度，本实施例中根据采用的不同的热塑性树脂，其加热温度为210-290°C。
[0036]浸溃组件20:预热好的连续纤维织物进入浸溃组件20，浸溃组件20包括螺杆挤出机6和双带辊压机9。螺杆挤出机6可以为单螺杆挤出机或是双螺杆挤出机，挤出机6提供热塑性树脂7，双带辊压机9的结构如图2所示，为上下对称式结构，经过预处理的连续纤维织物从双带辊压机9的中间穿过，双带辊压机的每侧均由钢带10、加热烘箱11、用于调节钢带张力的辊筒12及压力辊组13构成。钢带10主要是起到一个输送预浸带材的作用；加热烘箱11为保证热塑性树脂的一个熔体流动状态，使其更好的与纤维织物浸溃；辊筒12控制钢带10的张力，使钢带10与带有热塑性树脂基体的纤维织物8接触的面始终处于平整的状态；压力辊组13由4个压力辊组成，主要是施加一定的压力是树脂与纤维充分浸溃，并控制预浸带材的厚度。辊筒12是静止不转动的，其目的是为了使热塑性聚氨酯浸溃入纤维织物中，为了避免压辊沾上热塑性树脂。加热烘箱11采用红外加热方式或电加热方式，所加热温度范围为200°C-280°C，设置加热烘箱11目的是为了是使热塑性树脂始终保持熔融的最佳状态，便于与纤维织物浸溃。
[0037]冷却组件21:完成浸溃好的的纤维增强热塑性树脂预浸带材14进入冷却组件21，使其结晶或冷却至玻璃化转变温度以下。冷却组件21主要由一组冷却压辊15a、冷却压辊15b组成。冷却压辊15a和冷却压辊15b通有循环冷却水或冷却水或直接冷空气冷却。在冷却压辊15b中通有冷却水，冷却压辊15a采用冷空气冷却，实现热塑性树脂的冷却定型，保证纤维增强热塑性树脂复合带材表面平整光洁；冷却压辊15a与冷却压辊15b之间的距离与双带辊压机9中的上下钢带13之间的距离相等，该距离由所需的纤维增强热塑性树脂预浸带材14决定，并控制纤维增强热塑性树脂预浸带材14的最终厚度。
[0038]收卷组件22:由收卷辊16组成，缠绕经冷却组件冷却成型的连续纤维织物增强热塑性树脂复合预浸带冷却完全后，将成型好的连续纤维织物增强热塑性树脂复合预浸带材14缠绕至收卷辊16上，完成复合预浸带材14的收卷工作。收卷组件22可以控制整个纤维织物在生产过程中的速度并调节纤维织物所受张力大小。
[0039]实施例2
[0040]一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，该设备包括依次设置的放卷组件、张力控制组件、静电消除及预加热组件、浸溃组件、冷却组件及收卷组件。
[0041]其中，放卷组件由纱架组成，固定宽度的连续纤维织物静置于纱架上。张力控制组件:由按照等边三角形三个顶点的位置均匀排列的三个张力辊组成，张力辊不仅可以再生产过程中提高连续纤维增强织物的张力，而且还可以让其均匀平行排列，减少纤维丝束之间水平间隙(连续纤维丝束)和使纤维织物表面更加光滑平整，有利于避免浸溃过程中起毛的现象，且避免纤维织物产生扭曲和变形。
[0042]静电消除及预加热组件由依次设置的静电消除装置及预加热器组成，连续纤维织物经过张力辊之后不可避免的会因为摩擦而引起静电，会使织物表面起毛，特别是连续纤维束，影响制品的生产，因此在纤维织物进入加热装置之前要对其进行消除静电处理，通过静电消除装置来实现。消除静电后，连续纤维织物进入预加热器进行预热。保证纤维进入热的树种当中不至于使其表层树脂因为遇到冷的纤维织物而导致结晶，且可提高生产效率。预加热器采用红外加热方式，本实施例中加热温度为210°C，该温度高于被加热的热塑性树脂的熔融温度。
[0043]浸溃组件由依次设置的单螺杆挤出机及双带辊压机组成，螺杆挤出机提供热塑性树脂，经过预处理的连续纤维织物在双带辊压机中经熔融的热塑性树脂浸溃。双带辊压机为上下对称式结构，经过预处理的连续纤维织物从双带辊压机的中间穿过，双带辊压机的每侧包括钢带、加热烘箱、用于调节钢带张力的辊筒及压力辊组，所述的钢带输送预处理的连续纤维织物，加热烘箱设在钢带的内侧，辊筒设在钢带上控制钢带的张力，使钢带与带有热塑性树脂基体的连续纤维织物接触面始终处于平整的状态，压力辊组由4个压力辊组成，向连续纤维织物施加压力使连续纤维织物与热塑性树脂充分浸溃，并控制得到的预浸带的厚度。
[0044]双带辊压机通过控制压力辊组来控制上下两侧的钢带之间的距离，控制得到的预浸带的厚度，辊筒静止不转动，使热塑性树脂浸溃入连续纤维织物中并避免压力辊组沾上热塑性树脂。加热烘箱采用红外加热方式，加热的温度为200°C，从而能够使热塑性树脂始终保持熔融的最佳状态，便于与纤维织物浸溃。
[0045]冷却组件由一对冷却压辊组成，冷却压辊内通有循环冷却水或冷却空气，冷却组件使浸溃有热塑性树脂的连续纤维增强织物的结晶或冷却至热塑性树脂玻璃化转变温度以下，两个冷却压辊之间的距离与双带辊压机中上下钢带之间的距离相等。收卷组件控制整个纤维织物在生产过程中的速度并调节纤维织物所受张力大小，由收卷辊组成，缠绕经冷却组件冷却成型的连续纤维织物增强热塑性树脂复合预浸带。
[0046]实施例3
[0047]一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，该设备包括依次设置的放卷组件、张力控制组件、静电消除及预加热组件、浸溃组件、冷却组件及收卷组件。
[0048]其中，放卷组件由纱架组成，固定宽度的连续纤维织物静置于纱架上。张力控制组件:由按照等边三角形三个顶点的位置均匀排列的三个张力辊组成，张力辊不仅可以再生产过程中提高连续纤维增强织物的张力，而且还可以让其均匀平行排列，减少纤维丝束之间水平间隙(连续纤维丝束)和使纤维织物表面更加光滑平整，有利于避免浸溃过程中起毛的现象，且避免纤维织物产生扭曲和变形。
[0049]静电消除及预加热组件由依次设置的静电消除装置及预加热器组成，连续纤维织物经过张力辊之后不可避免的会因为摩擦而引起静电，会使织物表面起毛，特别是连续纤维束，影响制品的生产，因此在纤维织物进入加热装置之前要对其进行消除静电处理，通过静电消除装置来实现。消除静电后，连续纤维织物进入预加热器进行预热。保证纤维进入热的树种当中不至于使其表层树脂因为遇到冷的纤维织物而导致结晶，且可提高生产效率。预加热器采用电加热方式，本实施例中加热温度为290°C，该温度高于被加热的热塑性树脂的溶融温度。
[0050]浸溃组件由依次设置的双螺杆挤出机及双带辊压机组成，螺杆挤出机提供热塑性树脂，经过预处理的连续纤维织物在双带辊压机中经熔融的热塑性树脂浸溃。双带辊压机为上下对称式结构，经过预处理的连续纤维织物从双带辊压机的中间穿过，双带辊压机的每侧包括钢带、加热烘箱、用于调节钢带张力的辊筒及压力辊组，所述的钢带输送预处理的连续纤维织物，加热烘箱设在钢带的内侧，辊筒设在钢带上控制钢带的张力，使钢带与带有热塑性树脂基体的连续纤维织物接触面始终处于平整的状态，压力辊组由4个压力辊组成，向连续纤维织物施加压力使连续纤维织物与热塑性树脂充分浸溃，并控制得到的预浸带的厚度。
[0051]双带辊压机通过控制压力辊组来控制上下两侧的钢带之间的距离，控制得到的预浸带的厚度，辊筒静止不转动，使热塑性树脂浸溃入连续纤维织物中并避免压力辊组沾上热塑性树脂。加热烘箱采用电加热方式，加热的温度为280°C，从而能够使热塑性树脂始终保持熔融的最佳状态，便于与纤维织物浸溃。
[0052]冷却组件由一对冷却压辊组成，冷却压辊内通有循环冷却水或冷却空气，冷却组件使浸溃有热塑性树脂的连续纤维增强织物的结晶或冷却至热塑性树脂玻璃化转变温度以下，两个冷却压辊之间的距离与双带辊压机中上下钢带之间的距离相等。收卷组件控制整个纤维织物在生产过程中的速度并调节纤维织物所受张力大小，由收卷辊组成，缠绕经冷却组件冷却成型的连续纤维织物增强热塑性树脂复合预浸带。
[0053]上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，该设备包括依次设置的放卷组件、张力控制组件、静电消除及预加热组件、浸溃组件、冷却组件及收卷组件，其中:放卷组件:由纱架或放卷辊组成，固定宽度的连续纤维织物静置于纱架的辊筒上或放卷辊上；张力控制组件:由按照等边三角形三个顶点的位置均匀排列的三个张力辊组成，使引出的连续纤维增强织物均匀平整的排列并前进；静电消除及预加热组件:由依次设置的静电消除装置及预加热器组成；浸溃组件:由依次设置的螺杆挤出机及双带辊压机组成，螺杆挤出机提供热塑性树脂，经过预处理的连续纤维织物在双带辊压机中经熔融的热塑性树脂浸溃；冷却组件:由一对冷却压辊组成，冷却压辊内通有循环冷却水或冷却空气:收卷组件:由收卷辊组成，缠绕经冷却组件冷却成型的连续纤维织物增强热塑性树脂复合预浸带。
2.根据权利要求1所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的放卷组件中的辊筒为金属圆形滚筒。
3.根据权利要求1所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的预加热器采用红外加热方式或电加热方式，加热的温度高于热塑性树脂的熔融温度。
4.根据权利要求3所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的预加热器的加热温度优选210°C -290°C
5.根据权利要求1所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
6.根据权利要求1所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的双带辊压机为上下对称式结构，经过预处理的连续纤维织物从双带辊压机的中间穿过，双带辊压机的每侧包括钢带、加热烘箱、用于调节钢带张力的辊筒及压力辊组，所述的钢带输送预处理的连续纤维织物，所述的加热烘箱设在钢带的内侧，所述的辊筒设在钢带上控制钢带的张力，使钢带与带有热塑性树脂基体的连续纤维织物接触面始终处于平整的状态，所述的压力辊组由4个压力辊组成，向连续纤维织物施加压力使连续纤维织物与热塑性树脂充分浸溃，并控制得到的预浸带的厚度。
7.根据权利要求6所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，通过控制压力辊组来控制上下两侧的钢带之间的距离，控制得到的预浸带的厚度。
8.根据权利要求6所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的辊筒静止不转动，使热塑性树脂浸溃入连续纤维织物中并避免压力辊组沾上热塑性树脂。
9.根据权利要求6所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的加热烘箱采用红外加热方式或电加热方式，加热的温度为200°C -280°C。
10.根据权利要求1所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的冷却组件使浸溃有热塑性树脂的连续纤维增强织物的结晶或冷却至热塑性树脂玻璃化转变温度以下，两个冷却压辊之间的距离与双带辊压机中上下钢带13之间的距离相等。
11.根据权利要求1所述的一种制作连续纤维织物增强热塑性树脂的设备，其特征在于，所述的收卷组件控制整个纤维织物在生产过程中的速度并调节纤维织物所受张力大小。
【文档编号】B29C70/50GK103624996SQ201210301633
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】邓丽莉 申请人:上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司