制备玻璃纤维柱的系统的制作方法

专利名称：制备玻璃纤维柱的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及玻璃纤维柱的制造。特别地，本发明提供一种通过把切断的多根玻璃纤维的纱的多个段结合在一起来制造致密的玻璃纤维柱的设备。这样的柱提供了一种储存和处理在复合材料中用作增强材料的切断的玻璃纤维的方便形式。
通常用切断的玻璃纤维作为热塑性制品中的增强材料。一般来说，这样的纤维通过下列过程形成，即通过一个套管或喷嘴板把熔融的玻璃拉成单丝，向所说的单丝涂敷一种含有润滑剂、偶连剂和形成薄膜的粘合剂树脂的胶料组合物，使所说的单丝聚集成纱，把所说的纤维纱切成要求长度的段，并干燥所说的胶料组合物。然后把这些切断的纱段与一种聚合物树脂混合，把所说的混合物供给到一个压力注模机或注射注模机，成形为玻璃纤维增强塑料制品。典型地，所说的切断的纱与一种热塑性聚合物的团粒混合，并把该混合物供给到一个挤压机中，在挤压机中，所说的树脂熔化，所说的玻璃纤维纱的整体性被破坏，所说的纤维分散在所说的熔融树脂中，然后把这种纤维/树脂分散体系成形成柱。再把这些柱供给到成形机中成形为玻璃纤维基本均匀分散的模压制品。
但是，不幸的是，通过这样的过程制造的切断的玻璃纤维一般是蓬松的并且不能良好地流动。因此，这样的纤维难以处理并且在自动加工设备中存在问题。
试图解决这个问题的一种尝试是把所说的切断的纱压实成为棒状的束或柱以改进所说的切断的纱的流动性，并且能够使用自动设备称量和输送与所说的热塑性树脂混合的玻璃纤维。在美国专利No.4,840,755中提出了这样的方法，其中，优选的是在振动运输机上摇动湿的切断的纱，使所说的纱变圆并把它们压成致密的、圆柱形的柱。虽然这样的方法和设备趋于提供致密的、圆柱形状更好的、表现出更好流动性的柱，但是它们在某些方面受到不希望的限制。
例如，所说的柱的尺寸和纤维含量一般受到在所说的切断的纱中的纤维的尺寸和数量的限制，其中，设计所说的过程以避免多个切断的纱段粘合在一起形成含有比单一的切断的纱中存在的纤维更多的纤维的柱。因此，为了获得具有合适的体积密度和足够的长径比以表现出良好的流动性的柱，用于切成段的纱通常必须由大量的单纱组成。但是，增加形成并结合成单一的纱所需的单丝的数量会不理想地使成形操作复杂化。
在一个试图克服这些缺点的方法中，美国专利No.5,578,535提出玻璃纤维柱比制成这些玻璃纤维柱的单个的玻璃纱致密约20～30％，直径约大5～15倍。制备这些柱的方法是通过水力切割纱段至足以防止单丝化但是不足以使所说的纱段团聚成块，并把所说的水力切割的纱段混合足够的时间形成柱。合适的混合包括一种保持所说的纤维相互移动并相互转动的过程，如翻动、搅动、混和、混合、搅拌和掺和。
虽然所提出的柱可以通过这样的多种混合方法制造，但是，已经发现这样的方法或者效率太低而不能在工业上使用，或者不能适当地控制以生产出为所得的复合材料制品提供可以与用不柱化的切断的纱纤维制成的那些复合材料制品相比拟的强度性能。例如，使用改进的盘式柱化机通常导致成形的柱在所说的混合机内的过长的驻留时间，这样由于玻璃纤维柱相互之间摩擦的磨损性质导致所说的柱的性能恶化，这种柱的性能恶化最后会降低用其制造的模压制品的强度特性。
因此，对于可以控制产生均匀的玻璃纤维柱制品的效率高的成形柱的方法仍然存在一种需求，所说的玻璃纤维柱制品在复合材料模压制品中提供了与不柱化的切断的纱相等的强度特性。通过本发明满足了这样一种需求，下面详细地总结并描述了本发明。
本发明的一个目的是提供一种效率高的成形柱的方法和设备，可控地产生基本均匀的玻璃纤维柱，其形状和密度提供了良好的流动性。另一个目的是生产可以用在玻璃纤维增强复合材料制品的制造中的柱，与用未柱化的切断的纱制成的对比产品相比，在强度特性上没有可感知的损失。
通过一种方法达到了这样的目的，在所说的方法中，把由多根基本连续的玻璃纤维构成的玻璃纤维纱切成要求长度的段并水化到足以引起所说的纱段在翻动时结合成柱的含水量。然后，使所说的纱段经过第一次翻动来使所说的水化溶液基本分布均匀，并使所说的纱段结合形成柱。然后通过第二次翻动操作压实所说的柱来增大所说的柱的密度。
本发明的方法可以方便地使用一种设备，所说的设备包括(a)切断所说的玻璃纤维纱以形成切断的纱段的装置；(b)传送所说的切断的纱段到第一个翻动装置的装置；(c)向所说的切断的纱段施加水化溶液的装置；(d)第一个翻动装置，用于赋予所说的切断的纱段翻动操作使所说的水化溶液分散并且使所说的切断的纱段排列并结合成柱；(e)传送所说的柱到第二个翻动装置的装置；(f)第二个翻动装置，用于翻动所说的柱使其致密并增大其密度；(g)把所说的致密化的柱传送到一个干燥器的装置；(h)一个用于容纳并干燥所说的柱的干燥装置。
从下面的结合附图的详细描述中，本发明的其它目的、特征和优点将会非常清楚，在所说的附图中，相同的参考数字表示相同的部件。


图1a是用于本发明的转鼓式柱化系统的示意图；图1b是用于本发明的柱的致密化系统的一个优选的实施方案的正视图。
图2是用于进行柱化和致密化步骤的混合设备的一个优选的实施方案的正视图。
图3是用于成形纤维并把纤维加工成致密化的柱的本发明的一个优选的设备的图。
图4(a)是可以用在本发明的转鼓中的一个隔板的纵剖视图；图4(b)是图4(a)中所说的隔板沿A-A线的端部视图；图4(c)是图4(a)中所示的隔板沿B-B线的端部视图；图4(d)是其中装有图4(a)的隔板的本发明的转鼓的纵剖面图；图4(e)是所说的转鼓和图4(d)的安装的隔板的剖开的透视图。
图5(a)是可以用在本发明的转鼓中的另一个隔板的侧边缘视图；图5(b)是其中装有图5(a)的隔板的本发明的转鼓的径向剖面图；图5(c)是所说的转鼓和图5(b)的安装的隔板的剖开的透视图。
在本发明的方法中，通过常规的技术成形一种基本连续的玻璃纤维的纱，例如通过一个加热的套筒拉出熔融的玻璃形成多根基本连续的玻璃纤维并聚集所说的纤维形成纱。在本发明中可以使用生产这样的纤维并聚集成纱的任何合适的设备。
合适的纤维是直径约为3～90微米的纤维，合适的纱含有约50～2000根纤维。优选的是在本发明的过程中形成的纱含有约400～800根纤维，所说的纤维的直径约为3～23微米。
在所说的纤维成形后，在把它们聚集成纱之前，把所说的纤维用合适的水基胶料组合物涂敷，如用该技术中熟知的一种水基胶料组合物。优选的是，所说的胶料组合物基本由水、一种或多种偶联剂和任选的一种或多种润滑剂以及pH值调节剂组成。
合适的偶联剂包括有机官能团硅烷，如以下列商品名从Witco获得的那些偶联剂A-154 甲基三氯硅烷MeSiCl3A-163 甲基三甲氧基硅烷MeSi(OCH3)3A-189 γ-氢硫基丙基三甲氧基 HS(CH2)3Si(OCH3)3硅烷A-143 γ-氯丙基三甲氧基硅烷 Cl(CH2)3Si(OMe)3A-151 乙烯基三乙氧基硅烷 CH2=CHSi(OC2H5)3A-172 乙烯基三(2-甲氧基 CH2=CHSi(OCH2CH2OCH3)3乙氧基)硅烷A-188 乙烯基三乙酸基硅烷 CH2=CHSi(OOCCH3)3A-1100 γ-(氨丙基)三乙氧基 H2N(CH2)3Si(OC2H5)3硅烷A-1120 n-(三甲氧基甲硅烷基丙基 H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3亚乙基二酰胺)A-174 γ-(异丁烯酸基)丙基三乙氧基硅烷
A-187 γ-缩水甘油酸基-丙基三甲氧基硅烷
用于本发明的优选的偶联剂是从Witco的Osi购得的分别以A-1100和A-187为商品名的3-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油酸基-丙基-三甲氧基-硅烷。优选的是，所说的有机官能团硅烷的用量约为所说的胶料组合物的0.1～1.0％。
可以在所说的胶料组合物中使用任何合适的润滑剂，如水溶性硬脂酸乙二醇酯、油酸乙二醇酯、乙氧基脂肪胺、甘油、乳化的矿物油、有机聚硅烷乳液。优选的润滑剂包括聚一硬脂酸乙二醇酯；聚一油酸乙二醇酯；硬脂酸丁氧基乙基酯；硬脂酸乙醇酰胺(从Alpha/Owens Corning获得的Lubsize K12)；美国专利No.3,597,265中提出的一种润滑剂，该专利的内容在本文中引作参考(从Emery Corp.以商品名Emerlube6760获得)；一种30％的白油、30％的聚乙二醇400一壬酸酯、30％聚氧乙烯基(3)十四烷醇和10％的乙氧基烷基胺(Parastat S-2)混合物(从Emery Corp.获得的Emerlube7607)。优选的是，在所说的胶料组合物中存在的润滑剂的量约为0.05wt％～0.10wt％。
此外，可以向所说的胶料组合物中加入少量弱酸，如醋酸，把所说的组合物的pH值降低到约3.5～8。优选的是，在所说的组合物中存在的这样的酸的量约为0.15wt％～0.3wt％，所说的组合物的pH值约为6～8。
用于本发明的合适的胶料组合物包括1. A-1100有机官能团硅烷(58％的活性组分) 0.5％去离子水 余量2. A-1100有机官能团硅烷(58％的活性组分) 0.5％Lubesize K12(Alpha/Owens Corning) 0.07％冰醋酸到pH值为6～8去离子水 余量3. A-1100有机官能团硅烷(58％的活性组分) 0.5％Emerlube7607(Emery Corp.) 0.1％去离子水 余量
4. A-1100有机官能团硅烷(58％的活性组分) 0.5％聚乙二醇400一硬酸酯 0.1％去离子水 余量5. A-1100有机官能团硅烷(58％的活性组分) 0.5％Emerlube 6760U(Emery Corp.) 0.01％去离子水 余量6. A-1100有机官能团硅烷(58％的活性组分) 0.38％A-187有机官能团硅烷 0.12％去离子水 余量可以用任何常规装置涂敷所说的水基组合物，包括一种接触辊涂敷器和喷涂。优选的是，使所说的纤维通过一个接触辊涂敷器来涂敷所说的胶料组合物。而且，所说的胶料的涂敷量优选的是足以为所说的纤维提供约8％～13％的含水量，更优选的是约11％的含水量(除非另外说明，否则本文所有的百分数用重量表示)。
一旦成形后，把所说的连续纱切成约1/8英寸(3.175mm)～1.25英寸(31.75mm)的长度。在该过程中可以使用把玻璃纤维纱切成这样的长度的在该技术中已知的任何合适的装置。
此后，把所说的切断的纱段的含水量调节到适合于在所说的切断的纱段产生相互之间的运动或转动时形成柱的量，把所说的切断的纱段引入第一个翻动装置或柱化器中，所说的第一个翻动装置赋予所说的纱段产生上述的运动。虽然所说的纱段的含水量可以在其引入到所说的柱化器中之前调节，但是，优选的使所说的玻璃纤维在所说的柱化器中水化至适合于柱的成形的含水量。优选的是，在所说的柱化器中的纤维的含水量为约12％～16％，更优选的是约13％～14％。如果所说的含水量太低，所说的纱趋于不能结合成柱，所说的纱将保持为典型的纱的形式。相反，如果所说的纱含水量太高，所说的纱趋于团聚或成块或者形成太大直径的柱和不规则的非圆柱的形状。
此外，优选的是所说的水化流体也含有粘合剂或第二种胶料组合物。因此，所说的水化流体可以含有合适的组分，如在玻璃纤维胶料组合物中一般含有的那些组分，例如，薄膜形成剂、润湿剂、抗静电剂、以及附加的偶联剂和润滑剂。通过在所说的柱化器中涂敷这种第二种胶料组合物，可以获得100％的涂敷效率。此外，在所说的纤维成形环境之外涂敷这种胶料可以引入由于毒性、清洁性、气味、高成本或剪切敏感性而不希望在所说的成形过程中存在的材料。
可以混入所说的水化流体的合适的粘合剂组合物的实例包括下列组合物(除非特别说明，否则所有的百分数都用重量表示)1. EpiRez 3544-树脂固相含量为53％的环氧树脂的水悬浮液(Shell Chem.Co.) 12.58％Witco 290H-树脂固相含量为62％的聚氨基甲酸乙酯的水悬浮液(Witco Co.)0.99％58％的活性固体的A-1100有机官能团硅烷(Witco Co.) 0.10％去离子水 余量2. 美国专利No.5,236,982中描述的胶料组合物，该专利的内容在本文中引作参考3. 对苯二甲酸3.21％28％的活性组分的氢氧化铵 3.89％GenFlo 559-50％的树脂固相含量的聚氨基甲酸乙酯的水悬浮液(Generai Tire and Rubber Co.) 4.06％ChemCor 43N40树脂的固相含量为40％聚丙烯的水悬浮液(Chemical Corporation of America) 8.12％去离子水 余量4. Z6020-有机官能团硅烷(Dow Corning Corp.) 2.65％Pluronic 10R5-环氧乙烯和环氧丙烯的嵌段共聚物 1.8％(BASF Corp.)去离子水 余量5. Z6020-有机官能团硅烷(Dow corning corp.) 0.89％Maldene286-马来酐和丁二烯的共聚物(Lindau Chemicals,Inc.) 13.3％28％的活性组分的氢氧化铵 1.6％去离子水余量上面是已经评价了并且发现在本发明中有用的粘合剂配方的实例。技术人员可能选择可以使用的其它粘合剂配方或其它组分。实际上，本发明的一个优点是几乎所有用于玻璃纤维成形工艺中的水基胶料配方都可以用作在根据本发明的方法的翻动设备中喷涂到所说的纤维上的粘合剂。
为了保证所说的纤维纱的良好覆盖，优选的是所说的胶料在所说的纱段进入所说的柱化器时在其开始结合成柱之前涂敷到所说的纱段上。如果在所说的柱化器内的其它位置上涂敷所说的胶料，在所说的切断的纱段完全涂敷所说的胶料组合物之前有形成柱的趋势，这将导致产生没有完全涂敷所说的胶料组合物的纤维形成的柱。在这样的柱用于制造纤维增强塑料制品时，所说的未涂敷的纤维缺少提供良好增强特性所需的界面涂层，所得的制品的性能将低于最佳值。优选的是，所说的柱化器在靠近所说的纱段入口处装有喷嘴，用于在所说的纱段进入所说的柱化器时向所说的纱段上喷涂所说的胶料组合物。
用于本发明的柱化器可以是能够以下面的方式翻动所说的纱段的任何设备(1)使所说的纱段基本均匀地涂敷所说的水基粘合剂/胶料组合物，(2)是多个切断的纱段排列并结合成要求尺寸的柱。这样一种翻动设备应该有足够的平均驻留时间使得所说的纱段基本涂敷所说的水化流体并形成柱，但是所说的时间不足以使所说的柱通过相互之间的摩擦的磨损而损坏或质量降低。优选的是，在所说的翻动设备中的所说的驻留时间约为1～10分钟。更优选的是在所说的翻动设备中的所说的驻留时间约为1～3分钟。
一种优选的柱化器是一个转鼓，如图1a所说的转鼓41。所说的柱化器41容纳切断的纱段24，所说的纱段可以用一个纤维成形套筒11、胶料涂敷器13、集束器14、和切断装置20制备。
在一个优选的实施方案中，所说的设备安装了一个监测和/或调节各种参数的系统，可以通过一个控制板70，如一个Allen Bradley PLC-5/40PLC系统进行自动控制。如果需要，可以用合适的装置71测量所说的入料纱段24的含水量。可以提供一个纱称重装置72，并可以适当地位于，例如纱段输送器30之前、之后或与纱段输送器结合在一起。可以用一个类似的称重装置监测在输送器31上的柱的重量。可以通过控制泵33和34计量粘合剂和水。
为转鼓41安装一个喷头，用于在纱段24进入所说的转鼓中时向纱段24涂敷所说的水化溶液。优选的是，在所说的转鼓内靠近其入口处安装一个外部的空气混合喷嘴47，用于混合水基粘合剂组合物，所说的水基粘合剂组合物可以通过一个Masterflex泵33从一个粘合剂供给装置35提供，使所说的切断的纱段的含水量达到要求的值并把所说的混合物涂敷到所说的转鼓内的切断的纱段上所需的任何外加的水，可以通过一个Masterflex泵从一个水源36提供。把所说的粘合剂组合物和水混合成一个通过所说的喷嘴的液流，然后与两个180度分开安装并与所说的液流方向成60度角的空气喷嘴撞击。空气提供为清洁的干空气22。这会有效地产生一种湿雾，并把这种湿雾推到在所说的转鼓中翻动的纱段表面上。所说的转鼓的旋转使所说的湿的纱段相互之间翻动，而由所说的湿的胶料或涂层产生的表面张力使纱段在其大部分长度上相互接触，相互排列并结合成圆柱形的柱。通过这样的操作，所说的切断操作中产生的任何细纤维或单根的纤维都会重新结合并引入所形成的柱中，从而在所得的柱中基本消除了单根的细纤维。优选的是，所说的转鼓略微倾斜使得所说的柱出口端低于其入口端，以保证在所说的鼓转中形成的柱不会在所说的转鼓中保留过长的时间。在一个优选的实施方案中，倾斜所说的转鼓使得其旋转轴与水平成约1～3度的角。可以用合适的调节装置43a手动或自动调节所说的倾角。
基本通过所说的纱段的含水量控制在所说的转鼓中形成的柱的尺寸。如果所说的含水量保持在较高的数值，更多的纱段会结合成一个柱，从而使所说的柱具有更大的直径。相反，如果所说的含水量保持在较低的数值，较少的纱段会结合成一个柱，从而使所说的柱具有较小的直径。
优选的是，通过本发明的方法形成的柱的直径约为其长度的20％～65％。这样的柱一般通过结合约70个纱段到175个纱段形成，每个柱含有约每根纱500根单丝到每根纱2000根单丝。
所说的柱的尺寸也通过所说的转鼓的出料量进行控制。如果所说的转鼓的出料量高，所说的纱段在所说的转鼓中的驻留时间短，这趋于导致形成较小的柱，因为所说的流体的涂敷不能分散在所说的纱上，所说的纱不会结合成柱。但是，由于形成的柱在所说的转鼓中的停留时间短，所说的致密程度较低。
虽然所成形的柱的一些致密化过程在所说的柱化器中总是会发生的，但是，一般不足以把所说的柱的密度提高到可以提供最佳流动性的密度。因此，在其在所说的柱化器41中形成后，把所说的柱送入第二个翻动装置或致密化装置42中，其中，所说的柱被进一步压实和致密化。可以使用能压实所说的柱而不会通过磨损降低其性能或损坏所说的柱的任何低冲击的翻动设备。优选的是，所说的致密化装置具有比所说的柱化器更温和的、更不激烈的翻动运动，以减少所说的柱的这种性能的降低。此外，所说的致密化装置的平均驻留时间小于5分钟，以保证所说的柱不会通过磨损而降低性能。更优选的是，在所说的致密化装置中的平均驻留时间约为1～2分钟。
一种优选的致密化装置是图1b所示的适合于绕其纵轴旋转的Z字形管。Z字形管42通过轮脚组合44可旋转地安装在支架43上并由驱动电机45驱动旋转。在所说的管旋转时，所说的管中的柱由于所说的管的旋转而温和地翻动，并由于重力作用而通过所说的管。与用上面的转鼓一样，所说的Z字形管致密化装置优选的是倾斜一定的角度，以保证所说的柱流过所说的设备而不会驻留过长的时间。优选的是，所说的管的纵轴与水平成约1～3度角，所说的管的入口39高于所说的管的出口49。
虽然柱的形成和致密化可以在分开的设备中进行，如图1a所示的分开的转鼓41和旋转的Z形管42，中间用输送器31连结，但是本发明的方法也可以用其它合适的装置完成。例如，柱的形成和致密化可以在一个单一的设备的不同的翻动区域中进行。这样一种设备的一个优选的实例是可以从Patterson Lelly购得的Z形混合机，表示于图2和图3的40中。
混合机40包括一个转鼓41，在所说的鼓的一端与一个Z形管42相连。转鼓41和管42都通过轮脚组合44可旋转地安装在支架43上并用变速电机45驱动旋转。所说的Z形管在距所说的转鼓的旋转中心一定的径向距离上与所说的转鼓连接，并且与所说的转鼓中的料流连通，使得在所说的转鼓的每一圈旋转时，当所说的管的连结部位低于转鼓内的物料高度时，在所说的转鼓内的物料会流入到所说的管中。所说的切断的纱段24通过入口46进入柱化转鼓41。通过在靠近入口46的喷嘴47向所进入的纱段喷涂一种水化溶液，优选的是含有粘合剂、薄膜形成剂、润滑剂、抗静电剂和偶联剂。柱化转鼓41的旋转导致在所说的转鼓内的纱段相互翻转，使所说的水化溶液分布在所说的纱段的表面上并使所说的纱段排列并结合成柱48。在所说的转鼓中形成的柱通过转鼓出口端的开口41a进入Z形管并在所说的Z形管42中进一步致密化。
在一个优选的实施方案中，转鼓41有内部的隔板以减小在所说的转鼓的旋转过程中，所说的玻璃柱和纱段的自由下落距离。通过减小该距离，很少发生通过冲击和磨损产生的所说的玻璃纤维和柱的质量降低，这可以为用其制造的玻璃纤维增强模压制品提供改进的物理性能。
虽然合适的隔板可以是任何形式的，但是特别优选的构形包括图4中所示的一般为圆筒形的隔板，和图5所示的曲面板式隔板。这样的隔板优选的是连接到转鼓41的出口侧壁上，向内延伸长度约为所说的转鼓的长度的10～50％。所说的隔板可以用能承受所说的转鼓内的操作条件的任何材料制成，例如，不锈钢，可以通过螺钉、螺栓、焊接或其它合适的装置连接到所说的转鼓上。在用螺钉或螺栓的紧固件时，靠近所说的转鼓壁的隔板边缘优选的是有一个在其中形成的法兰83以促进连接。
如图4所示，一般为圆筒形的隔板80优选的是端部密封以防止玻璃进入的空心的圆筒，安装在转鼓41的出口端壁上使其中心纵轴大致对应于所说的转鼓的中心轴。如本文所用的，“一般为圆筒形”意味着包括真正的圆筒以及带有平面的、锥形的或切除部分、或者在其长度部分上变化半径的假圆筒形部件。优选的是，这样的隔板的直径约为所说的转鼓直径的20～35％，以提供足够的所说的柱的自由下落的减小，从而减少所说的纤维的质量降低。此外，所说的隔板的直径可以沿着所说的隔板的至少一部分长度上减小，使得所说的隔板的内部伸出端具有小于连结在所说的转鼓上的端部的直径。提供这样形状的隔板用于减小其对玻璃通过所说的转鼓的纵向流动的阻力。优选的是所说的隔板的内部伸出端的直径为所说的转鼓的直径的25～60％。
此外，所说的隔板优选的是安装在所说的转鼓的出口端壁上，使其部分与所说的转鼓的出料口41a重叠，以减小在所说的单元旋转时，纤维柱从Z形管致密器42进入所说的转鼓的回流。这相应地减小了所说的柱在所说的转鼓中的平均驻留时间，有助于保证所说的柱不会由于过多的磨损导致的损坏或质量下降。优选的是所说的隔板堵塞所说得出料口面积的约20～30％。而且，如图4所示，与所说的出料口重叠的部分隔板可以是平的、锥形的或按要求改进的形状，以便在减小其对纤维柱向所说的Z形管内的流动的阻力的同时，增大其对纤维柱的回流的减小作用。
如图5所示，优选的曲面隔板一般具有曲面部分84和线性部分86，并垂直于所说的转鼓的出口端壁安装在所说的转鼓的出口端壁上，向内伸入所说的转鼓的内部。所说的隔板的曲面部分优选的是具有基本恒定的与所说的出料开口的半径相匹配的半径，所说的线性部分优选的是具有与所说得出料开口相等的高度。
此外，如图5所示，所说的隔板优选的是安装在所说的转鼓上，其线性部分靠近出料口41a的旋转后边缘，使得所说的出料口在其旋转的底部时，所说的线性部分处于垂直位置，所说的曲面部分在所说的出料口之上朝向所说的转鼓的中心轴。通过以这种方式定向所说的隔板，不仅减小了所说的柱在转鼓的旋转过程中的自由下落距离，而且作为一个铲子或导板通过增大所说的转鼓的每次旋转时可以流入所说的致密器中的玻璃柱的表观压头来促进所说的柱通过所说的出料口进入Z形管致密器的流动。这样，它还有助于降低所说的柱在转鼓中的平均驻留时间，防止所说的柱的过度磨损。
已经发现在所说的柱化器的转鼓内引入上述的隔板可以把所说的柱在转鼓内的平均驻留时间从约2分35秒，用一般的圆筒形隔板减小到约1分40秒，用所说的曲面形隔板减小到1分20秒。此外，从用所得的柱模压的制品的物理性能的增大可以明显看出由于引入这样的隔板明显减小了纤维性能的降低，所说的物理性能的增大包括抗张强度平均增大约2～3％，抗弯强度增大约1～2％，抗冲击强度增大约4～5％。
在致密化后，把所说的柱送到传送带上干燥，例如用提供热空气61的和冷却空气62的带罩的炉子，或带有排气装置63的任何合适的干燥装置。为了把干燥时间减小到工业化大生产可以接受的程度，优选的是使所说的纤维在流化床炉中以约250°F(121.1℃)～560°F(293.3℃)的较高温度下干燥。干燥后，可以用筛子65或其它合适的装置按尺寸把所说的致密化的柱48分级，分级后进入产品容器66或废料容器67。
通过改变所说的玻璃纱段的产量和含水量，可以制造比相应的未柱化的玻璃纱段致密约13～60％，直径约大10～65倍的玻璃纤维柱。例如，由14微米(直径)的纤维组成的2000根纤维的纱切成的4mm(长度)的纱段的体积密度一般约为33lb/ft3(528.66kg/m3)～36lb/ft3(576.32kg/m3)。在根据本发明的方法水化到含水量约为13～14％并形成致密化的柱后，所得的干燥的柱的体积密度约为40lb/ft3(640.8kg/m3)～55lb/ft3(881.1kg/m3)。由于其增大了直径与长度的比值并增大了密度，所得的柱与未柱化的切断的纱制品比较，表现出明显改善的流动性。
本发明的方法优选的是用图3所示的设备进行，其中，纤维纱在纤维成形设备10中成形，用切割装置20切断，通过输送器30输送到翻动设备40把所说的切断的纱柱化并致密化。所得的柱通过输送器50输送到干燥装置60。
纤维成形设备优选的是包括一个带有纤维成形套筒11a、11b和11c的玻璃纤维成形熔炉，从这些套筒拉出或细化多根单丝12a、12b和12c，通过胶料涂敷器装置，如辊子13a、13b和13c向这些单丝涂敷含有偶联剂和任选的润滑剂以及pH值调节剂的胶料组合物。然后通过聚集孔14a、14b和14c把所说的单丝组聚集成独立的纱15a、15b和15c，随后送入切割装置20中。
切割装置包括一个带有数量与所说的纱的数量相对应的凹槽的导辊21，表面用与玻璃纤维有较大摩擦系数的弹性材料，如橡胶或合成树脂制成的自由旋转的喂料辊22，切割辊23有弹力地压在喂料辊22上并由一个电机正向驱动，所说的切割辊上有多个径向向外延伸的刀片。引入切割装置20的润湿的纱15a、15b和15c缠绕在喂料辊20上通过导辊21的凹槽，在喂料辊22和切割辊23的刀片之间的接触点处切割成段，即切割的纱段24，其长度由所说的刀片的周边斜度决定。
所切割的纱24落在合适的输送装置，如输送器30上，并输送到翻动设备40。输送湿的切断的纱段的优选的输送器是一个带有表面波纹的、不粘结的表面的带式输送器，如以Untraline Food Belt MonoflexWU220M(白色带有微小的金刚石上表面层的聚氨酯)的商品名从SParks得到的带式输送器。
翻动装置40包括一个一端坚固地固定在一个空心的Z形柱致密化管42的柱化转鼓，通过轮脚组合44可旋转地安装在支架43上，并用驱动电机45，例如一个30安培的可变速电机驱动旋转。致密化管42在距所说的转鼓的旋转中心一定的径向距离上连结在转鼓41上，并与其流动相通。优选的是在所说的转鼓内的水化的纱段和柱的工作体积约为所说的转鼓体积的20～50％，更优选的是所说的转鼓体积的50％，以保证在所说的转鼓内的驻留时间以便形成柱但是不足以通过磨损降低其质量。
所说的致密化的柱通过转鼓41进入致密化管42，在其出口49从所说的致密化管排出。从所说的致密化管排出的柱的密度优选的是约46lb/ft3(736.92kg/m3)～62lb/ft3(993.24kg/m3)，包括约14wt％的含水量。
翻动设备支架43优选的是提供一个可调整高度的装置43a，使得所说的翻动设备与水平保持最大约5度的较小的角度，以保证物料合适地流过所说的柱化转鼓和致密化管。在一个优选的实施方案中，所说的角度约为1度～3度。
从所说的致密化管排出的柱落在输送器50上并输送到干燥炉60，在干燥炉60中干燥所说的水化溶液。优选的是输送器50是一个带有表面波纹的、不粘结的表面的带式输送器，以Untraline Food Belt MonoflexWU220M(白色带有微小的金刚石上表面层的聚氨酯)的商品名从SParks获得。
虽然已经参考优选的特征和实施方案描述了本发明，但是各种改进对于技术人员来说，通过本发明的实践将很容易清楚。因此，本发明将不受上面的描述的限制，但是由所附的权利要求及其相关内容确定。
权利要求
1.一种从多根单丝的玻璃纱的切断的段生产玻璃纤维柱的设备，包括a、向所说的切断的纱段涂敷含水的水化溶液的装置；b、一个向所说的水化的切断的纱段赋予一种翻动动作以分散所说的水化溶液并使所说的切断的纱段排列并且结合成柱的第一个翻动装置；c、把所说的柱输送到第二个翻动装置的装置；d、一个翻动所说的柱以使其致密化和增大其密度的第二个翻动装置。
2.根据权利要求1的设备，其中，所说的第一个翻动装置包括一个绕其纵轴旋转驱动的转鼓，所说的转鼓有一个第一端和第二端，所说的第一端有一个入口，用于接受所说的切断的纱段，所说的第二端有一个排出所说的柱的出口，所说的出料口的中心在距所说的转鼓的旋转轴一定的径向距离上。
3.根据权利要求2的设备，其中，所说的第二个翻动装置包括一个绕纵轴旋转驱动的Z形空心管，所说的管有一个第一开口端和第二开口端，所说的第一开口端提供一个接受所说的柱的入口，所说的第二开口端提供一个用于排出所说的致密化的柱的出口。
4.根据权利要求2的设备，其中，所说的向所说的切断的纱段涂敷水化溶液的装置包括一个靠近所说的转鼓的所说的入口的喷嘴。
5.根据权利要求2的设备，其中，所说的向所说的切断的纱段涂敷水化溶液的装置包括一个在所说的转鼓内的喷嘴。
6.根据权利要求2的设备，还包括一个布置在所说的转鼓内用于减小所说的柱在所说的转鼓的旋转过程中的自由下落距离的装置。
7.根据权利要求6的设备，其中，所说的自由下落减小装置包括一个一般为圆筒形的隔板，一端连结在所说的转鼓的所说的第二端上，并向内伸入所说的转鼓。
8.根据权利要求7的设备，其中，所说的隔板的纵轴基本平行于所说的转鼓的旋转轴。
9.根据权利要求8的设备，其中，所说的隔板与一部分在所说的转鼓内的所说的出料口重叠。
10.根据权利要求6的设备，其中，所说的自由下落减小装置包括一个曲面板，其一个边缘连结在所说的转鼓的所说的第二端上并向内伸入所说的转鼓。
11.根据权利要求10的设备，其中，所说的曲面板包括一个曲面部分和一个线性部分，所说的曲面板连结在所说的转鼓上使得所说的线性部分在其旋转的后边缘靠近所说的出料口，所说的曲面部分的曲线朝向所说的转鼓的旋转轴。
12.根据权利要求11的设备，其中，所说的曲面部分具有基本恒定的曲率半径。
13.根据权利要求3的设备，其中，所说的第二个翻动装置的所说的入口连接在所说的第一个翻动装置的所说的出料口上，并与其流动连通。
14.一种从多根单丝的玻璃纱的切断的段生产玻璃纤维柱的设备，包括a、向所说的切断的纱段涂敷含水的水化溶液的装置；b、一个沿其纵轴旋转的转鼓，所说的转鼓有一个第一端和第二端，所说的第一端有一个入口，用于接受所说的切断的纱段，所说的第二端有一个出料口，用于排出所说的柱，所说的出口的中心在距所说的转鼓的旋转轴一定的径向距离上；c、一个沿纵轴旋转的Z形管，所说的管有一个第一端和一个第二端，所说的第一端与所说的转鼓的所说的出料口相连，使得在所说的转鼓内的物料可以在所说的转鼓和管的旋转时进入所说的管，所说的第二个开口端提供了一个从所说的管排出所说的柱的出料口。
15.根据权利要求14的设备，还包括一个安装在所说的转鼓之内的用于减小在所说的转鼓的旋转过程中所说的柱的自由降落距离的装置。
16.根据权利要求15的设备，其中，所说的自由降落减小装置包括一个一般为圆筒形的隔板，其一端连接在所说的转鼓的第二端上并向内伸入所说的转鼓。
17.根据权利要求16的设备，其中，所说的隔板与所说的转鼓的所说的出料口的一部分重叠。
18.根据权利要求14的设备，其中，所说的自由降落减小装置包括一个曲面板，其一个边缘处与所说的转鼓的所说的第二端相连并向内伸入所说的转鼓内。
19.根据权利要求18的设备，其中，所说的曲面板包括一个曲面部分和一个线性部分，并连接在所说的转鼓上，使得所说的曲面板的线性部分旋转的后边缘靠近所说的出料口，所说的曲面部分的曲线朝向所说的转鼓的旋转轴。
全文摘要
描述了一种从多根单丝的玻璃纱的切断的纱段制造致密化的玻璃纤维柱的系统。所说的致密化的柱可以用下列过程方便地生产,即把切断的玻璃纱(24)水化,然后通过在一个转鼓(41)中翻动,并通过在一个旋转的Z形或波形管中把所得的柱致密化,致密化的时间足以增大其密度但不足以使纤维的质量降低而导致用这样的柱形成的复合材料制品的抗张强度或抗冲击强度低于用未柱化的纱段形成的复合材料制品。
文档编号C03C25/14GK1225615SQ98800558
公开日1999年8月11日 申请日期1998年3月20日 优先权日1997年4月1日
发明者M·A·斯特拉特, H·G·希尔, R·A·施威茨, S·森 申请人:欧文斯科尔宁格公司