一种交变压力熔融浸渍设备的制作方法

本实用新型涉及交变压力熔融浸渍设备及熔融浸渍方法，特别涉及连续纤维增强热塑性树脂复合材料用的熔融浸渍设备及熔融浸渍方法。

背景技术：

连续纤维增强热塑性树脂复合材料是一种采用浸渍设备实现熔融树脂对连续纤维浸渍增强的复合材料，其与短纤维增强热塑性树脂复合材料相比，具有强度高、抗冲击性能好、尺寸稳定等优点，因而在汽车、航天电子电器、机械设备、兵器工业、建筑器材、家具及运动器具等领域得到了广泛的应用。

熔融浸渍过程中，树脂熔体在纤维束中的流动是在纤维轴向和径向上同时发生的，可近似地看作液体在多孔介质中的流动，根据达西定律：

其中，μ为渗透速率，k为渗透系数，为流体作用在多孔介质上的压力降，为流体粘度，为熔体流动长度。由此可知，提高熔体压力、降低纤维束厚度、降低熔体粘度可以提高浸渍速率。

如中国专利CN106113317A公开了一种连续碳纤维熔融浸渍热塑性聚合物的装置，该浸渍模具的上模和下模之间的间隔构成熔体池，上下模之间为相互配合的曲面，在上下模之间还设置有三组动力对辊，对辊之间设置张力辊，通过对辊对树脂熔体进行挤压，以给树脂熔体浸渍提供浸渍压力；再如中国专利CN105058817A公开了一种连续长纤维增强热塑性树脂片材的装置，在纤维束的上下方设置相互啮合的齿轮组，强化熔体在纤维束上的各方向的流动；另外，再如中国专利CN104827686A公开了一种植物纤维浸渍装置及方法，采用多组可调节张力的压辊对浸渍纤维挤压，以给树脂熔体浸渍提供浸渍压力。上述三项专利中在牵引速度为低速且树脂熔体浓度低时可以得到比较理想的浸渍效果，然而，当连续纤维在这些弯曲形或波浪形的狭窄浸渍通道穿行时，因树脂熔体内部存在较大的流动速度差，树脂熔体速度梯度会形成剪切场，在牵引速度为高速的情况下浸渍时，易造成断纱，当树脂熔体粘度高时，断纱的情况将进一步大幅提升；另外，由于在浸渍区域内存在数量较多的转动辊或齿轮，因此，导致设备结构复杂，清理维护困难，在纤维束断纱情况下，还容易在转动辊或齿轮上缠绕，并加剧断纱情况。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种结构简单、浸渍效果好、断纱少的交变压力熔融浸渍设备，该种交变压力熔融浸渍设备的浸渍速率高、生产稳定性高。

本实用新型所述的一种交变压力熔融浸渍设备，包括对连续纤维束进行加热及分散的纤维预分散区，以及浸渍连续纤维束的熔体注入区；在熔体注入区的进丝一端和出丝一端分别间隔设置有多块节流板，相邻节流板围成一个减压腔，所述减压腔至少有一个，在每个节流板上均设置有供连续纤维束穿过的走丝孔；所述熔体注入区包括上模和下模，上模和下模之间有间距，该间距形成供树脂熔体流入的浸渍腔，上模和下模上分别设置有多个与浸渍腔连通的树脂熔体流道。

本实用新型所述的一种交变压力熔融浸渍设备，由于树脂熔体由熔体注入区的上模和下模上的各个树脂熔体流道喷出，因此，可使喷出的树脂熔体直接喷在进入浸渍腔的连续纤维束的上下表面上，通过喷出的压力初步完成对连续纤维束的双面的浸渍渗透；随着浸渍腔内的树脂熔体向其两侧的减压腔流动时，会产生顺向、逆向、径向、斜向等不同方向的扰动，使树脂熔体流动方向多变；当树脂熔体流到节流板处时，由于节流板的阻力会导致浸渍腔内的树脂熔体压力上升，促使树脂熔体突破连续纤维束的表面张力，实现对连续纤维束的再次渗透；随后当树脂熔体由节流板上的走丝孔喷出到减压腔时，压力降低，且树脂熔体由较小的走丝孔进入到减压腔后，由于Barus效应，树脂熔体截面增大，又会产生径向流动，进一步强化树脂熔体于减压腔内在连续纤维束内部的均匀分布，达到完全包覆浸润的目的，另外，减压腔可以提供树脂熔体膨胀时所需的空间，增加减压腔的数量有利于提高或保持熔体注入区的压力。由于连续纤维束的牵引过程始终保持平直状态，而非弯曲的浸渍路径，因此，树脂熔体的速度梯度不会形成过大的剪切场，在牵引速度为高速的情况下浸渍时，甚至在树脂熔体粘度较高的情况下时，也不会造成断纱；而通过交变压力的作用，使连续纤维束得到均衡的浸渍效果，避免使用转动辊或齿轮提高浸渍压力，因此，进一步避免了对连续纤维束的摩擦而造成的断纱，另外，由于熔体注入区内不存在转动辊或齿轮，因此结构更为简单，维护更加便利，且不会卷绕积聚断纱；此外，由于在高牵引速度下断纱少、浸渍效果好，因此可大幅提高浸渍速率，生产稳定性高。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

一种交变压力熔融浸渍设备，如图1所示，包括对连续纤维束进行加热及分散的纤维预分散区1，以及浸渍连续纤维束的熔体注入区2；在熔体注入区2的进丝一端和出丝一端分别间隔设置有多块节流板3，相邻节流板3围成一个减压腔4，所述减压腔4至少有一个，如一个、两个、三个、四个或五个等，在每个节流板3上均设置有供连续纤维束穿过的走丝孔5；所述熔体注入区2包括上模和下模，上模和下模之间有间距，该间距形成供树脂熔体流入的浸渍腔6，上模和下模上分别设置有多个与浸渍腔6连通的树脂熔体流道7，如一个、两个、三个、四个、五个或六个等。

所述树脂熔体浸渍流道7与连续纤维束的运动方向相垂直，可使喷出的树脂熔体的压力更大。

所述上模的每个树脂熔体流道7与下模的每个树脂熔体流道7呈对称布置，此时相当于增加了多次节流增压的机会；或者上模的每个树脂熔体流道7与下模的每个树脂熔体流道7呈错位布置，此时树脂熔体沿连续纤维束呈S型流动，可以提高浸渍均匀性。

在上模上的树脂熔体流道7的出口平面与下模上的树脂熔体流道7的出口平面的垂直间距为2mm~50mm，如2mm、3mm、4mm、5mm、7mm、9mm、13mm、15mm、18mm、20mm、21mm、25mm、30mm、36mm、38mm、40mm、43mm、45mm或50mm等，优选3mm~20mm。

所述上模上的树脂熔体流道7的个数和下模上的树脂熔体流道7的个数分别为1个~10个，如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等。

所述树脂熔体流道7的出口处直径为0.5mm~10mm，如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm等，优选1mm~8mm。在上述直径范围内的树脂熔体流道7出口可使熔体喷出速度更快，对连续纤维束的冲击作用更大，更有利于提高浸渍效果。

所述树脂熔体流道7的出口一端为喇叭形出口、圆形出口或者倒锥形出口。

在所述熔体注入区2的进丝一端的减压腔4有1个~5个，如1个、2个、3个、4个或5个等，在所述熔体注入区2的出丝一端的减压腔4有1个~10个，如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个等，在有效保持或提高熔体注入区2的压力的前提下，简化熔融浸渍设备。

所述节流板3的厚度为2mm~10mm，如2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm等，优选3mm~8mm。在此厚度范围内的节流板3可使树脂熔体通过时产生的压力降更大，浸渍压力越大，更有利于提高浸渍效果。

所述节流板3上的走丝孔5呈圆形、椭圆形或矩形等。

走丝孔5为圆形时，孔径为2mm~10mm，如2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm等，优选3mm~8mm。在此直径范围内的走丝孔5的节流作用更明显，浸渍压力更大，更有利于浸渍效果的提升。

所述纤维预分散区1包括至少两组呈前后布置的张力辊组，每组张力辊组由两个前后布置的张力辊8组成，每个张力辊8上均设置有电磁加热装置，连续纤维束依次绕过张力辊8，通过张力辊8的张力作用及电磁加热装置的加热作用，对连续纤维束进行分散及预热，保证后续浸渍的效果更加均衡充分。

所述张力辊8的直径为5mm~150mm，如5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、135mm、140mm、145mm或150mm等，所述相邻张力辊8之间轴间距为10mm~500mm，如10mm、30mm、50mm、70mm、90mm、110mm、130mm、150mm、180mm、200mm、220mm、250mm、280mm、310mm、350mm、390mm、430mm、450mm、480mm或500mm等。

在熔体注入区2的出丝一端的减压腔4尾部还连接有至少一组压延辊组，如一组、两组、三组、四组或五组等，每组压延辊组包括两个呈上下对称设置的转动辊，在连续纤维束经过压延辊组时，呈上下对称的两个转动辊会对连续纤维束的上的熔融树脂含量进行调整。

本实用新型中涉及的方向性指示，仅用于解释熔融浸渍设备处于如图1状态时的各部件之间的相对位置关系，如该特定状态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。