专利名称：含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法及其设备。
背景技术：
由于玻璃纤维增强树脂基体的复合材料具有轻质、高强、电绝缘、耐腐蚀等特点， 目前在汽车、航空航天、国防等领域得到广泛应用。特别是玻璃纤维增强热塑性树脂基体复 合材料，因其优异的冲击韧性、易修复、可二次成型、可回收等优良性能，近年来发展迅速， 逐渐取代了传统的热固性树脂基体复合材料的部分应用领域。玻璃纤维增强热塑性树脂基 体复合材料的发展将为传统金属材料提供轻质、高强的绝佳替代材料。初期的玻璃纤维增强热塑性树脂组合物是使用玻璃纤维短切原丝和热塑性树脂 颗粒混合挤出，然后经注塑成型，该方法也称为SFT工艺，其主要缺点是玻璃纤维含量相 对较低，同时由于纤维在挤出和注塑的过程中纤维有效残留长度低，因而最终的制品机械 性能不高。针对此问题，20世纪90年代起，一种新的LFT工艺逐步得到发展和推广，该工艺 中连续玻璃纤维经过充满热塑性树脂组合物的模具时迅速完成浸渍，再经冷却、切粒成长 度在12mm左右的粒料，该粒料可用来注塑或模压成型复合材料制品，由于玻璃纤维的最终 保留长度要大于SFT工艺，LFT工艺制得复合材料产品的机械性能相对要高，但是由于LFT 浸渍工艺的特殊性，要想同时获得良好的浸渍效果和高的生产效率是相当有难度的。为了在保证一定生产效率的前提下，改善热塑性树脂对玻璃纤维的浸渍效果，近 年来发展的化纤和玻璃纤维同时在线拉丝并在线复合而成的复合纤维(又称复合纱)解决 了这一难题，将玻璃纤维和化纤在拉丝阶段完成混合后形成丝束，可提供给客户直接用于 LFT粒料工艺以及拉挤、缠绕等各种工艺中，经过编织后也可适用于模压、真空袋压成型等 工艺。相对于在玻璃纤维与化纤分别拉制成型后再以丝束形式进行混和编织的混纺纱来 说，复合纤维是在玻璃纤维与化纤拉制过程中以单丝的形式在线混合，因而提供了更好的 玻璃纤维和化纤的混合均勻性，从而保证了复合材料成型过程中热塑性树脂对玻璃纤维的 良好浸润。专利CN101421197A和CN1412366A中介绍了复合纤维的成型方法玻璃纤维和 化纤分别从一多孔板流出，在集束前混合在一起，然后卷绕成纱团。在上述成型方法中，玻 璃纤维和化纤均是在线拉制，任何一种纤维拉制过程中出现的工艺问题将会影响复合纤维 的最终成型稳定性，因而复合纤维的成型会复杂化；而且玻璃纤维与化纤的拉制生产线存 在较大的结构差异，二者的联合使用也将增加复合纤维生产线的装配难度。此外，由于玻璃 纤维与化纤热收缩性能的巨大差别，干燥后的复合纤维纱团会因化纤的较大收缩而变得蓬 松，造成纱团结构不稳定、纱线退解困难。为解决该问题，上述专利分别采用了化纤超喂而 形成卷曲和高温热定型降低化纤收缩率的方法来降低化纤收缩对纱团稳定结构的影响，但 是其操控性不佳，质量波动大，而且装备复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于解决复合纤维生产过程的顺畅性问题及质量控制稳定上存在
3的难点，提供了一种简化了工艺设备、提高生产顺畅性的含有连续玻璃纤维的复合纤维制 造方法及其设备。本发明的技术方案
含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，其特征在于所述复合纤维由离线涤纶与在 线连续玻璃纤维相互混合形成，所述玻璃纤维是在线拉制，所述涤纶是成品丝，多束不同进 纱角度的所述涤纶被牵引经张力调节后汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经分离后与受浸润 剂处理过的玻璃纤维进行复合。进一步，所述涤纶与玻璃纤维的牵引速度相同。进一步，所述玻璃纤维与一种或多种涤纶复合，所述玻璃纤维与涤纶的质量比是 85 15"10 :90。进一步，所述涤纶的沸水收缩率在3%以内，其进纱角度在(Γ60°之间，调节后的 张力在15 300CN之间。含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法的专用设备，包括将玻璃液牵拉成玻璃纤 维的玻璃纤维拉丝装置，所述玻璃纤维拉丝装置下方依次设有涂覆浸润剂的涂油辊、复合 器、集束轮、拉丝机，其特征在于还包括放置涤纶的多层纱架，所述纱架后依次设有调整涤 纶纱线张力的张力器、汇聚涤纶纱线的整流器、分散涤纶纱线束的分离器，所述分离器位于 复合器之上。进一步，所述张力器是液态阻尼补偿张力器，包括基座、进线盘、补偿部件、调整杆 以及刻度盘。进一步，所述分离器是一均勻分布有多个瓷眼的多孔板。进一步，所述复合器是具有一凹口的酚醛树脂板。本发明的技术构思，首先，经过熔融后的玻璃液经玻璃纤维拉丝装置的矩形漏板 由喷丝头流出，并被牵拉成玻璃纤维，后经喷雾水快速冷却，通过石墨涂油辊涂覆上浸润 剂；同时，纱架上的涤纶(PET)成品丝，分多束被牵拉并通过张力器，缓冲较大的牵引力和 补偿较小的牵引力，从而使涤纶纱线分布更为平整、张力更加均勻。经张力调节后的涤纶纱 线通过整流器进行汇聚，整流器能够使张力调节处理过的涤纶丝束以一定方向进行整合， 并汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经过分离器被进一步分散，再通过具有一凹口的酚醛树 脂板，即复合器，通过复合器时与受浸润剂处理过的玻璃纤维进行复合。此外，涤纶纱线在 与玻璃纤维进行复合时具有相同的线速度，两者牵引速度的相同降低了因速度差异而引起 的生产不稳定性。然后，经过复合的玻纤与涤纶经过集束轮进行集合成一束，通过拉丝机转 动牵引，卷绕成复合纤维纱团。本发明所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法中，玻璃纤维在经过涂油辊 时，其表面被均勻涂敷上一薄层浸润剂组合物，该组合物在经过高温干燥后具有较好的成 膜性能和较强的粘结性能，能确保玻璃纤维和涤纶纱线粘附在一起形成复合纤维束。本发明所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备中，涤纶纱团摆放位置会受 限于玻璃纤维实际生产车间的空间布局。要生产较大线密度，往往需要数十个丝团，不同的 丝团摆放，出丝角度也不同。其牵引的张力会由于出纱角度的不同而大小不一，从而造成后 期复合纱成型不良，纱束结合性变差，影响束面平整度。因此，进纱角度α (进入整流器前 后的涤纶丝束间的夹角)的范围应当控制在0飞0°之间，否则交叉角变大将会使丝束摩擦阻力变大，也会使牵引力过大，从而不易于稳定的生产。而从纱团摆放来看，为了更好的与 后面的整流器以及玻璃纤维拉丝装置流畅组合在一起，其高度不宜过高，整流器摆放也应 具备一定高度，其范围在1.5 2. Om之间，这样才能尽量保持与复合器的较小高度差，从而 提高进纱的顺畅性。所述张力器为一液态阻尼补偿张力器，通过调节纱线在补偿瓷棒间的行走路线来 控制纱线牵引过程中的张力，并用阻尼油来降低张力波动。改善了涤纶纱线由于进纱角度 不同而引起的张力不均勻问题，张力值应控制在15 300CN之间，从而确保涤纶纱线在复合 纤维中分布均勻、结构稳定。本发明所述的设备所拉制玻璃纤维的直径为1广33μπι，优选16 4μπι ；涤纶成品 丝的直径在10 40 μ m,优选20 30 μ m。为尽量降低化纤收缩对纱团结构的影响，涤纶成品丝的沸水收缩率需控制在3% 以内。满足此要求的其他热塑性纤维材料均可通过上述方法及装备来与玻璃纤维混合在 一起得到复合纤维，包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚 (PPS)纤维等以及上述热塑性纤维的两个或多个的组合。为适应玻璃纤维生产车间的布局，所使用涤纶丝纱团数目为圹42个，优选614 个；涤纶丝的线密度为56 lOOOdtex，优选167 500dtex。通过改变纱架1上被牵引化纤 纱团的数量以及所选涤纶丝的线密度，可控制复合纱中玻璃纤维与涤纶丝的相对质量，其 比值在85 15 10 :90，优选80:20 30:70。所制备复合纤维的线密度为400 2600tex，优选 80(T2400tex。本发明采用离线化纤复合在线玻纤技术，有效避免化纤生产过程中容易出现的各 种质量及生产问题，保障了化纤的稳定性；同时，优化了化纤进纱工艺，通过进纱张力的调 节，使得化纤在整个复合纱中分布更为均勻，减少了由于化纤本身收缩带来的卷曲、开散、 蓬松等问题，这样也使得在有效提高生产顺畅性的同时提高了产品的质量，操控性更好。而 且采用离线化纤工艺，简化了生产设备，降低了生产成本，使复合纤维产品的生产过程更加 简单，实效性更强，因此通过该技术的发明和应用，可以有效提高复合纤维工业化生产的可 行性。同时，通过该技术所得的复合纱团，成型优良，结构紧密，纱线平整光滑，具有极其优 越的纺织性能，上机操作性能强，适用于多轴向织布用经、纬纱。此外，由于热塑性纤维经过 张力调节作用，复合纱内在物理结构更为均勻，力学性能更为优越，可应用于中高端市场， 比如航空航天、高性能汽车部件、风力叶片等领域。本发明的有益效果简化工艺设备，提高生产顺畅性，同时化纤进纱张力调节的引 用，实用性更好，对烘制后的纱团定型效果更优良。
图1是本发明中含有连续玻璃纤维的复合纤维制造设备的结构示意图。
具体实施例方式实施例一
参照图1，含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，所述复合纤维由离线涤纶与在线连 续玻璃纤维相互混合形成，所述玻璃纤维是在线拉制，所述涤纶是成品丝，多束不同进纱角度的所述涤纶被牵引经张力调节后汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经分离后与受浸润剂处 理过的玻璃纤维进行复合。所述涤纶与玻璃纤维的牵弓I速度相同。所述玻璃纤维与一种或多种涤纶复合，所述玻璃纤维与涤纶的质量比是85 15 10 :90ο所述涤纶的沸水收缩率在3%以内，其进纱角度在(Γ60°之间，调节后的张力在 15 300CN之间。本发明所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法中，玻璃纤维在经过涂油辊 时，其表面被均勻涂敷上一薄层浸润剂组合物，该组合物在经过高温干燥后具有较好的成 膜性能和较强的粘结性能，能确保玻璃纤维和涤纶纱线粘附在一起形成复合纤维束。为尽量降低化纤收缩对纱团结构的影响，涤纶成品丝的沸水收缩率需控制在3% 以内。满足此要求的其他热塑性纤维材料均可通过上述方法及其专用设备来与玻璃纤维混 合在一起得到复合纤维，包括聚丙烯(ΡΡ)、聚对苯二甲酸丁酯(ΡΒΤ)、聚酰胺(ΡΑ)、聚苯硫 醚(PPS)纤维等以及上述热塑性纤维的两个或多个的组合。为适应玻璃纤维生产车间的布局，所使用涤纶丝纱团数目为圹42个，优选614 个；涤纶丝的线密度为56 lOOOdtex，优选167 500dtex。通过改变纱架1上被牵引化纤 纱团的数量以及所选涤纶丝的线密度，可控制复合纱中玻璃纤维与涤纶丝的相对质量，其 比值在85 15 10 :90，优选80:20 30:70。所制备复合纤维的线密度为400 2600tex，优选 80(T2400tex。本发明所述方法及其专用设备所拉制玻璃纤维的直径为1广33μπι，优选 16 24 μ m ；涤纶成品丝的直径在1(Γ40 μ m,优选20 30 μ m。复合实例
1.使用7个线密度为333dtex的涤纶纱团作为涤纶的来源，其沸水收缩率为1. 4%。化 纤进纱角度最大为20°，经过张力器3后化纤张力值在25、5CN之间。按本发明的方法和 设备得到复合纤维的纱团后，经过122°C、l i的高温烘干后得到最终的复合纤维制品，其 线密度为800tex，玻璃纤维与涤纶的比值为70:30，含水为0. 05%。利用经编机械将所得复合纤维编织成单向布，纬纱同样为涤纶，再将多层铺设的 单向布在热压机上压制成单向玻璃纤维增强的PET热塑性树脂复合材料，其力学性能见表
ο
表一单向玻纤增强PET复合材料的力学性能
权利要求
1.含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，其特征在于所述复合纤维由离线涤纶与 在线连续玻璃纤维相互混合形成，所述玻璃纤维是在线拉制，所述涤纶是成品丝，多束不同 进纱角度的所述涤纶被牵引经张力调节后汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经分离后与受浸 润剂处理过的玻璃纤维进行复合。
2.根据权利要求1所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，其特征在于所述 涤纶与玻璃纤维的牵弓I速度相同。
3.根据权利要求2所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，其特征在于所述 玻璃纤维与一种或多种涤纶复合，所述玻璃纤维与涤纶的质量比是85 :15^10 :90。
4.根据权利要求3所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，其特征在于所述 涤纶的沸水收缩率在3%以内，其进纱角度在(Γ60°之间，调节后的张力在15 300CN之间。
5.根据权利要求1所述的含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法的专用设备，包括将 玻璃液牵拉成玻璃纤维的玻璃纤维拉丝装置，所述玻璃纤维拉丝装置下方依次设有涂覆浸 润剂的涂油辊、复合器、集束轮、拉丝机，其特征在于还包括放置涤纶的多层纱架，所述纱 架后依次设有调整涤纶纱线张力的张力器、汇聚涤纶纱线的整流器、分散涤纶纱线束的分 离器，所述分离器位于复合器之上。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述张力器是液态阻尼补偿张力器，包括 基座、进线盘、补偿部件、调整杆以及刻度盘。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于所述分离器是一均勻分布有多个瓷 眼的多孔板。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于所述复合器是具有一凹口的酚醛树脂板。
全文摘要
含有连续玻璃纤维的复合纤维制造方法，所述复合纤维由离线涤纶与在线连续玻璃纤维相互混合形成，所述玻璃纤维是在线拉制，所述涤纶是成品丝，多束不同进纱角度的所述涤纶被牵引经张力调节后汇聚成片状，汇聚后的涤纶丝束经分离后与受浸润剂处理过的玻璃纤维进行复合。本发明的有益效果简化工艺设备，提高生产顺畅性，同时化纤进纱张力调节的引用，实用性更好，对烘制后的纱团定型效果更优良。
文档编号C03B37/022GK102094273SQ201010583180
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者卢志强, 张志坚, 张毓强, 曹国荣, 钱宇卿, 龚颖 申请人:巨石集团有限公司