用于制造长纤维增强热塑树脂模塑材料的浸渍模的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是国际申请号为PCT/US2007/021204、国际申请日为2007年10月02日、国 家申请号为200780101624.0、进入中国国家阶段日期为2010年5月20日、发明名称为"用 于制造长纤维增强热塑树脂模塑材料的浸渍模"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明总体上涉及长纤维增强热塑树脂模塑材料的制造，尤其涉及该目的的方 法。
【背景技术】
[0003] 用于制造长纤维增强热塑树脂模塑材料的方法和装置在本领域中是公知的。 JP-A-10-309756、JP-A-10-315341和JP-A-2003-305779是用于该目的的现有技术的方法 和装置的典型文献。在这些文献中公开的现有技术的方法一般可以被描述为包括一系列连 续步骤，所述步骤包括（a)将连续纤维材料给送到填充有熔融热塑树脂的浸渍模中，（b)从 浸渍模的挤拉孔挤拉浸渍有热塑树脂的连续纤维材料，和（c)在冷却后将得到的杆状产品 切割为预期长度的丸粒。
[0004] 通常，喷嘴附连到浸渍模的挤拉孔。喷嘴的形状和喷嘴中的孔或开孔的尺寸被选 择为执行若干功能，所述功能包括：过量熔融热塑树脂的去除，使得预期量的树脂被浸渍到 挤拉杆状产品中和挤拉后的杆状产品的成形，使得它的横截面变为预期形状。实际上，喷嘴 的设计在很大程度上决定了在加工期间熔融热塑树脂浸渍到连续纤维材料中的效率和程 度。
[0005] JP-A-11-042639公开了一种防止熔融热塑树脂从杆状挤拉产品流淌的方法。这通 过设置使用与喷嘴中的孔的长度和横截面积有关的某个公式计算的加工值完成。
[0006] JP-A-2001-088223公开了一种具有圆锥形部分和线性部分的喷嘴，该喷嘴具有特 定尺寸和形状，被设计为防止切割细丝作为毛球积累在喷嘴附近，所述毛球可能潜在地干 扰丸粒状广品的尚效制造。
[0007] JP-A-05-050432公开了将可去除喷嘴设在浸渍模上的概念。
[0008] JP-A-08-090659公开了一种包括细化尖端部分的喷嘴，所述细化尖端部分被设计 为提高熔融热塑树脂在连续纤维材料中的浸渍水平。
[0009] 尽管这些现有技术的参考文献在本领域中具有显著进步，但是更进一步的改进仍 然是可能的。具体而言，当设法通过增加挤拉步骤的速度来提高生产率时，仍然会遇到诸如 在喷嘴的纤维断裂或熔融热塑树脂的浸渍水平下降这样的问题。当长纤维含量比例高时更 有可能出现这些问题。例如，当长纤维含量比例为60% (重量）或以上时问题是显著的。 如果模塑产品由热塑树脂浸渍到连续纤维材料中的水平不足的长纤维增强热塑树脂模塑 材料制造，则模塑产品的机械性能和表面外观降低。本发明为这些问题提供了一种独特和 因此未知的解决方案。
【发明内容】
[0010] 根据如本文所述的本发明的目的，提供了一种用于在包括加工室的浸渍模中制造 长纤维增强热塑树脂丸粒的方法。所述方法包括以下步骤：(a)用熔融热塑树脂填充加工 室，（b)将至少一个连续纤维束给送通过加工室，（c)挤拉浸渍有熔融热塑树脂的所述至少 一个连续纤维束，和（d)将浸渍有熔融热塑树脂的挤拉后的至少一个连续纤维束切割为丸 粒。所述方法的特征在于根据公式A = Q · L · N/S2加工丸粒，其中：
[0011] A =加工值< 5. 0 ;
[0012] Q=在挤拉期间应用于所述至少一个连续纤维束和从所述加工室去除的熔融热塑 树脂的以_3/sec计的总量；
[0013] L =沿连续纤维束给送方向的所述加工室的以_计的长度；
[0014] N =从所述浸渍模挤拉的浸渍有熔融热塑树脂的连续纤维束的总数；以及
[0015] S =沿垂直于所述连续纤维束给送方向的方向的所述加工室的以mm2计的横截面 积。
[0016] 在一个特别有用的实施例中，加工值A在0. 5到3. 5之间。
[0017] 所述方法还可以包括完全分隔浸渍模以便在单一浸渍模中提供完全分离的多个 加工室。在又一个实施例中，所述方法包括部分分隔浸渍模以便在单一浸渍模中提供多个 加工室，其中所述多个加工室彼此连通。
[0018] 在浸渍模包括多个加工室的任何方法中，所述方法包括用熔融热塑树脂填充所述 多个加工室的每一个，将连续纤维束给送通过每个室，挤拉浸渍有熔融热塑树脂的连续纤 维束和将浸渍有熔融热塑树脂的连续纤维束切割为丸粒。
[0019] 所述方法还可以包括使用玻璃纤维束作为连续纤维束。备选地，所述方法可以包 括使用碳纤维束作为连续纤维束。另外，所述方法可以包括使用聚烯烃树脂作为熔融热塑 树脂。在另一个备选实施例中，所述方法可以包括作为熔融热塑树脂的聚酰胺树脂。
[0020] 所述方法还可以包括展开连续纤维束的多个细丝，以便有助于纤维束浸渍熔融热 塑树脂。
[0021] 在以下描述中，仅仅通过最适合于实现本发明的一些模式的举例说明显示和描述 了本发明的若干不同实施例。应当理解，本发明能够有其他不同实施例并且它的若干细节 能够在各种、明显的方面进行修改而都不脱离本发明。因此，附图和描述将被认为本质上是 示例性的而不是限制性的。
【附图说明】
[0022] 包含在本文中并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的若干方面并且与 描述一起用于解释本发明的某些原理。在图中：
[0023] 图1是本发明的浸渍模的透视图；
[0024] 图2是类似于图1、但却是备选实施例的透视图，该实施例包含分隔件使得浸渍模 包括多个加工室；
[0025] 图3是示出图1的浸渍模的部分示意性和截面图；
[0026] 图4是本发明的优选实施例的浸渍模的喷嘴的纵向截面详图；以及
[0027] 图5是现有技术的喷嘴的类似视图。
[0028] 现在将详细参考本发明的当前优选的实施例，在附图中示出了所述实施例的例 子。
【具体实施方式】
[0029] 现在参考图1和3,图中示出了根据本发明的教导构造的浸渍模10。浸渍模10包 括由合适的高强度材料构造的主体或外壳12。外壳12包括内加工室14。如图1中所示， 浸渍模10包括单一加工室14。
[0030] 参考图3,外壳12包括供应开孔18以允许将熔融热塑树脂引入加工室14中。另 外，外壳12包括用于将连续纤维束50给送到加工室14中的引入开孔20。进一步地，外壳 12包括与引入开孔20相对的挤拉开孔22。
[0031] 在图2中示出了浸渍模10的一个备选实施例。在该实施例中，浸渍模10包括形 成多个加工室14的一系列分隔件16。分隔件16均可以在外壳12的内腔的整个长度和宽 度上延伸，使得加工室14均完全分离。备选地，分隔件16可以部分地在外壳12的内腔的 长度和/或宽度上延伸，使得加工室14彼此连通。在该实施例中，多个室14的每一个包括 供应开孔18、引入开孔20和挤拉开孔22。
[0032] 喷嘴24承载在外壳12上（参见图3)。喷嘴24可以由任何合适的材料（包括黄 铜或特种钢）制造。在所示实施例中，喷嘴24覆盖挤拉开孔22并且通过挤拉开孔与加工 室14连通。
[0033] 如图3中所示，喷嘴24的底端26接收在围绕挤拉开孔22同心地形成于外壳12 中的埋头孔28中。挡圈30接合底端26的肩部。挡圈30可以由螺钉或其他紧固装置（未 显示）固定到外壳12,以便将喷嘴24固定就位。
[0034] 如图4中最佳地所示，喷嘴24包括开口 32,所述开口具有入口端34、出口端36和 中心轴线A。入口端34借助于挤拉开孔22与加工室14直接连通。
[0035] 当详细描述时，开口 32的特征在于包括邻近入口端34的第一锥形部分40、在第一 锥形部分40的正下游的第一笔直部分42、在第一笔直部分42的正下游的第二锥形部分44 和在第二锥形部分44的正下游并且邻近出口端36的第二笔直部分46。如图4中所示，第 一锥形部分40包含弯曲锥度（注意开口的弧形侧壁），而第二锥形部分44包含线性锥度 (注意开口的直侧壁）。然而应当理解，如果需要的话，第一锥形部分40可以包含线性锥度 并且第二锥形部分44可以包含弯曲锥度。因此，在一个可能的实施例中，第一和第二锥形 部分40、44两者包含线性锥度。在另一个可能的实施例中第一和第二锥形部分40、44两者 包含弯曲锥度。在又一个可能的实施例中，第一锥形部分40可以包含线性锥度，而第二锥 形部分44可以包含弯曲锥度。
[0036] 在任何一个可能的实施例中，第一锥形部分40朝着第一笔直部分42会聚。类似 地，第二锥形部分44朝着第二笔直部分46会聚。
[0037] 如图4中进一步所示，应当理解，第一笔直部分42和第二笔直部分46两者对称地 排列并且沿着开口 32的中心轴线A纵向延伸。
[0038] 喷嘴24的尖端典型地从安装挡圈30向外延伸5 - 20mm的长度。该距离有助于 保证从喷嘴24挤拉的产品变得稳定，由此，当挤拉产品被切割为某个预期长度的丸粒时， 减小产品的破裂和由纤维下落产生的任何毛刺。
[0039] 开口 32的第一锥形部分40具有长度LI。开口 32的第一笔直部分42具有长度 L2和直径D2。开口 32的第二锥形部分具有长度L3。开口 32的第二笔直部分具有长度L4 和直径D4。典型地，第一锥形部分40的长度Ll和第二锥形部分44的长度L3分别在0. 5 到5mm之间。另外，第一笔直部分42的长度L2长于第二笔直部分46的长度L4。第一笔直 部分42的直径D2大于第二笔直部分46的直径D4。此外，第一锥形部分40具有在第一、 上游或入口端的直径Dl和在第二或下游端的直径D2,其中D2 = D1/2。更进一步地，比率 L4/D4典型地在1. 4到3. 4之间。