一种连续纤维增强热塑性复合材料的制造设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种热塑性复合材料的制造设备，尤其是涉及一种连续纤维增强 热塑性树脂基复合材料的制造设备。
【背景技术】
[0002] 连续纤维增强热塑性复合材料预浸带由于具有优异的机械性能例如高的拉伸强 度、弯曲强度和模量、出色的高低温冲击性能、低的密度和可回收利用等特性，近年来得到 了巨大的发展，相应制造技术也得到了重大的突破。对于该材料的制造来说，纤维的分散与 浸润，纤维与树脂间的界面的粘接最为关键。因此，所有的制造技术主要解决纤维的分散和 树脂对纤维的浸润。但目前通过熔融树脂浸渍连续纤维制造预浸带都采用设计复杂的熔融 浸渍的模头，例如美国专利US5158806, US4588538, US5037284, US5529652等。这些方法一 方面模头的设计较复杂，设计、制造成本高，由于在这些方法中都需要把熔融的高温树脂通 过螺杆挤出机挤到浸渍模头中，然后利用各自设计的浸渍单元实现纤维的完全浸润，同时 浸渍后的连续纤维要通过控制树脂含量的出口，因此树脂的含量较难控制；另一方面，由于 纤维的浸润发生在浸渍模头的内部，对纤维的浸渍情况难以控制，且对模头的清理和纤维 的排布和穿纱困难。
[0003] 中国专利CN 1294965A公开了一种连续纤维增强热塑性树脂预浸带的方法，它是 采用预先分散好的混纤纱例如Vetrotex生产的TwinTex?混纤纱通过加热熔融辊压浸渍的 方式制造连续纤维增强的热塑性复合材料预浸带。虽然该方法能很好制造浸渍完全的连续 纤维增强热塑性复合材料预浸带，但由于原材料采用的是预先制造好了的混纤纱，造成了 材料的制造成本高，需要首先对热塑性树脂进行熔融纺丝，然后与其它纤维混杂。因此造成 较高的材料制造成本和技术难度，不适合该材料低成本制造的要求。
[0004] 中国专利CN101474868A公开了一种全新的连续纤维增强热塑性复合材料的方 法，很好地解决了纤维的走纱等问题，但也存在一些诸如浸润流程较短造成纤维不能实现 100%的浸润，或者虽能实现很好的浸润，但需要隔离膜保护，否则会出现粘辊的问题等。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型旨在提供一种连续纤维增强热塑性复合材料的制造设备及其应用，在 维持低成本的前提下，保证制造的连续纤维增强热塑性复合材料中的纤维的完全浸润并具 有极低的空隙率。
[0006] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种连续纤维增强热塑性复合 材料的制造设备，该设备包括纱架（10)，纤维加热装置（20)，纤维预张力装置（30)，纤维浸 渍单元（40)和牵引冷却定型装置（60)，所述纤维浸渍单元（40)具有至少一个涂覆头（41) 和至少一个浸渍辊（44)，引入的连续纤维束（12)与涂覆头（41)接触并产生一定的张力，通 过所述涂覆头上的涂覆缝隙（43)对连续纤维束（12)涂覆熔融热塑性树脂，通过所述浸渍 辊（44)对涂覆后的连续纤维束（12)实现熔融热塑性树脂的浸润。
[0007] 优选地，所述设备进一步包括收卷装置（70)，通过所述收卷装置（70)将连续纤维 带（14)卷绕成型。
[0008] 优选地，所述纱架（10)进一步设置有至少一个水平转动的锭子（13)，所述锭子 (13)具有阻尼装置。
[0009] 优选地，所述纤维浸渍单元（40)通过连接器（80)与单螺杆挤出机或双螺杆挤出 机（50)相连。
[0010] 一种连续纤维增强热塑性复合材料的制造方法，该方法包括以下步骤：
[0011] (a)将平行展开的连续纤维束（12)从纱架（10)上引出后经纤维加热装置（20)去 除水分；
[0012] (b)将连续纤维束（12)经纤维预张力装置（30)引入纤维浸渍单元（40)，
[0013] (c)引入的连续纤维束（12)与涂覆头（41)接触并产生一定的张力，通过所述涂覆 头上的涂覆缝隙（43)对连续纤维束（12)涂覆熔融热塑性树脂，再通过所述浸渍辊（44)对 涂覆后的连续纤维束（12)实现熔融热塑性树脂的浸润，得到完全浸渍的连续纤维带（14);
[0014] (d)通过至少一组牵引冷却定型装置（60)将完全浸渍的连续纤维带（14)引入， 得到冷却定型后的连续纤维带（14)。
[0015] 优选地，所述平行展开的连续纤维束（12)通过以下方法获得：将连续纤维卷（11) 安放在纱架（10)的水平转动锭子（13)上，使连续纤维束（12)从连续纤维卷（11)上平行 展开，获得平行展开的连续纤维束（12)。
[0016] 优选地，所述涂覆头（41)的涂覆缝隙（43)中的熔融热塑性树脂通过以下方法获 得：将热塑性树脂通过螺杆挤出机（50)进行熔融，并通过挤出机（50)和浸渍单元间的连接 器（80)，将熔融热塑性树脂输送到涂覆头的树脂输送通道（42)中，并通过所述涂覆头的树 脂输送通道（42)将熔融热塑性树脂引入所述涂覆头（41)的涂覆缝隙（43)中。
[0017] 优选地，所述方法还包括以下步骤：将冷却定型后的连续纤维带通过收卷装置 (70)卷绕成型。
[0018] 优选地，浸渍辊（44)的温度高于所述热塑性树脂的加工温度。对于结晶聚合物， 浸渍辊（44)的温度要高于所述热塑性树脂的熔融温度；对于非结晶聚合物，浸渍辊（44)的 温度要高于所述热塑性树脂的加工流动温度。
[0019] 本实用新型中，所述连续纤维为无机纤维，有机纤维例和金属纤维中的一种或多 种。所述无机纤维为玻璃纤维，玄武岩纤维，碳纤维和硼纤维中的一种或多种；所述有机纤 维为聚酰胺纤维，聚酯纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；所述金属纤维为不 锈钢纤维和/或铜纤维。
[0020] 本实用新型中，所述热塑性树脂为聚烯烃，热塑性聚酯，聚酰胺，聚碳酸酯和其他 通用树脂或高性能工程塑料中的一种或多种。所述聚烯烃为聚乙烯，均聚丙烯和共聚丙烯 中的一种或多种；所述热塑性聚酯为PET，PBT和PTT中的一种或多种；所述聚酰胺为PA6， PA66, PA12, PA1212, PA610, PA612, PA46, PA6T，PA9T，PA10T，PA46, PAll 和 PPA 中的一种或 多种；所述其他通用热塑性树脂为聚苯乙烯PS，高抗冲聚苯乙烯HIPS，聚氯乙烯PVC，丙烯 氰-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和苯乙烯-马来酸酐共聚物SMA 中的一种或多种；所述高性能工程塑料为聚苯硫醚PPS，改性聚苯醚MPPO,聚醚醚酮PEEK， 聚砜PSU，热塑性聚氨酯TPU和聚酰亚胺PAI中的一种或多种。
[0021] 优选地，所述热塑性树脂含有添加剂，所述添加剂为抗氧剂，紫外光稳定剂，抗静 电剂，润滑剂，增塑剂，接枝改性剂和阻燃剂中的一种或多种。
[0022] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
[0023] 第一，采用了特殊设计的纤维浸渍单元，在该纤维浸渍单元中，熔融热塑性树脂的 涂覆和浸润分别通过涂覆头和浸渍辊来实现，保证了熔融热塑性树脂对纤维浸润所需要的 张力和时间，进而保证了复合材料中纤维的完全浸润；
[0024] 第二，由于对工艺的特殊的设计，使得纤维的分散和浸润比较容易，可以得到纤维 分散均匀和浸渍完全的连续纤维增强热塑性复合材料预浸带，涂覆头的涂覆缝隙与连续纤 维束接触，保证了挤出的热塑性树脂能够被连续纤维束完全带走，降低多余树脂的残留，就 消除了树脂由于停留时间长造成的氧化、降解等现象，同时可以通过螺杆的转速等简单的 操作控制复合材料中树脂的含量，有利于连续纤维束的涂覆和熔融热塑性树脂含量的控 制，因此预浸带中热塑性树脂的含量可以很容易的控制，同时可以避免多余的树脂的聚集 造成氧化、降解等不利问题；
[0025] 第三，浸渍辊进一步促进熔融热塑性树脂对纤维的浸润实现了复合材料中连续纤 维的完全浸润，降低了孔隙率。
[0026] 第四，浸渍辊进一步设置有加热装置，使得浸渍辊的温度要高于树脂的加工温度， 提高了熔融热塑性树脂对连续纤维浸润的效果。
[0027] 当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0028] 图1为本实用新型的连续纤维增强热塑性复合材料的制造设备示意图。
[0029] 图2为本实用新型的纤维浸渍单元结构示意图。
[0030] 图中，10.纱架，11.连续纤维卷，12.连续纤维束，13.锭子，20.纤维加热装置， 30.纤维预张力装置，40.纤维浸渍单元，41.涂覆头，42.树脂输送通道，43.涂覆缝隙， 44.浸渍辊，50.挤出机，60.牵引冷却定型装置，70.收卷装置，80.连接器。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明 本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本 实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。
[0032] 一种连续纤维增强热塑性复合材料的制造设备如图1所示，包括纱架10,纤维加 热装置20,纤维预张力装置30,纤维浸渍单元40、牵引冷却定型装置60和收卷装置70。与 其他实用新型相比较，本实用新型最主要的特点是采用了特殊设计的纤维浸渍单元40,在 该纤维浸渍单元40中，熔融热塑性树脂的涂覆和浸润分别通过涂覆头（41)和浸渍辊（44) 来实现，保证了热塑性树脂对连续纤维浸润所需要的张力和时间，进而保证了复合材料中 纤维的完全浸润。
[0033] 一种连续纤维增强热塑性复合材料的制造方法，其包括如下几个步骤：
[0034] (1)将连续纤维束平行展开：
[0035] 将连续纤维卷11安放在纱架10的锭子13上，使连续纤维束12从连续纤维卷11 上平行展开；每个水平转动的锭子13都设有阻尼装置以控制连续纤维卷11在展开连续纤 维时张力的均匀性，保证连续纤维展开时的稳定性和平行排列；
[0036] (2)将连续纤维束预热
[0037] 为除去连续纤维表面吸附的