专利名称：连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料连续成型方法及设备，尤其是一种连续纤维的热塑性复 合材料(如增强聚苯乙烯、增强聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯硫醚等)的连续拉挤成型方法及设 备，具体地说是一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法及设备。
背景技术：
上世纪80年代以来，热塑性树脂及其复合材料引起了人们很大的兴趣，并取得了 很大的进展。热塑性复合材料避免了热固性复合材料固有的环境友好性差，加工周期长，难 以回收，并且具有较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力和阻尼性能。热塑性复合 材料可以重复利用。连续纤维的热塑性各种截面复合型材(如增强聚苯乙烯、增强聚丙烯、 聚氯乙烯、聚苯硫醚等)比无纤维或短切纤维热塑性塑料、热固性复合材料、钢铁、铝材更具 有抗冲击能力，其特点是强度大、钢性高、蠕变小、热稳定性高、线膨胀系数小、不易损伤磨 件、阻尼性能优良，即便在高温或非常苛刻的条件下，它的机械性能仍然保持完好无损。目 前这种工艺流程及装备应用前景十分广泛，主要用于航空器材、飞机材料、汽车配件、电力 设施、运动器材等。现有的被人们所熟知的传统工艺方法是以使用玻璃纤维、碳纤维增加的热固性树 脂为基体的拉挤工艺，由于存在如下缺点而无法直接运用到连续纤维的热塑性复合材料加 工中
一、制件不能重新整型，因为树脂分子的交联不可逆转；
二、必须使用有害的化学品溶剂，比如苯乙烯、甲基二苯胺等；
三、不能获得最佳的纤维/树脂体积比，不能达到最大的力学强度即压缩、拉伸、弯曲 强度、制品表面粗糙。因此，根据连续纤维热塑性复合材料的特点研制出相应的成型方法和设备是充分 发挥材料特性加以推广应用的关键。
发明内容
本发明的目的是针对连续纤维的热塑料性复合材料的特点发明一种连续纤维的 热塑性复合材料的拉挤成型方法及设备。本发明的技术方案之一是
一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，其特征是它包括以下步骤 首先，将热塑性复合材料连续纤维从恒张力纱架1上引出穿过集纱板2后送入去湿器 3进行去湿，控制连续纤维的含水率在3%以下；
其次，将经过去湿的连续纤维送入浸渍器5中进行浸渍；该浸渍器5主要由外壳 501、调整轴502、纤维展开器503和树脂含量控制器504组成，外壳501靠近去湿器3的一 端上设有供去湿后的连续纤维穿入的纤维穿孔板505，外壳501的另一端设有供浸渍后的 连续纤维穿出的纤维引出孔，且外壳501内腔靠近纤维引出孔的一端呈锥形结构；所述的纤维展开器503和树脂含量控制器504固定安装在调整轴502上，且树脂含量控制器505 位于外壳510内腔的锥形结构中，调整轴502的一端通过螺纹旋装在纤维穿孔板505上，调 整轴502的另一端支承在外壳501上，外壳501上设有树脂喂料口 506，树脂喂料口 506与 双螺杆混炼机4的出料口相连通；所述的连续纤维从浸渍器5 —端的纤维穿孔板505进入 浸渍器5内部后在浸渍器内部的纤维展开器503和树脂含量控制器504的引导下分布在浸 渍器外壳501中充分浸渍并去除多余的树脂后从外壳501另一端的纤维引出孔中引出进入 型材成型模具6中成型；
第三，控制成型模具的加热温度在150°C ^300oC (具体温度值可由热塑性材料性 能确定)得到所需的型材；
第四，使成型后的型材在水冷却槽7中冷却定型，然后在牵引机8的牵引下进入同 步自动切割机中按所需的尺寸切割、包装即可。所述的浸渍用的树脂温度由双螺杆混炼机4控制，其温度值为150°C ^300oC (由 热塑性材料性能确定)。所述的调整轴502上至少安装有三个圆盘状纤维展开器503，其中至少有一个纤 维展开器503上加工有与纤维穿孔板505上的孔数相匹配的轴向穿纱孔，所述的连续纤维 在所有的纤维展开器503的作用下在浸渍器5中呈曲线状布置，强制浸渍以得到充分的浸渍。所述的树脂含量控制器504为平板结构或球冠结构，调整安装树脂含量控制器 504的调整轴502 —端的螺纹，即可调整树脂含量控制器504在外壳501中的位置，从而控 制平板结构或球冠结构与锥形结构之间的间隙，达到控制连续纤维上树脂含量的目的。所述的浸渍器5的纤维引出端连接成型模具，成型模具的成形温度为 150°C ^300oC (由热塑性材料性能确定)。本发明的技术方案之二是
一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型设备，它包括恒力纱架1、集纱板2、去湿 器3、浸渍器5、成型模具6、冷却槽7、牵引机8和切割机9，集纱板2安装在恒力纱架1和 去湿器3之间，牵引机8位于冷却槽7和切割机9之间，浸渍器5位于去湿器3和成型模具 6之间，冷却槽7位于成型模6与牵引机8之间，其特征是所述的浸渍器5主要由外壳501、 调整轴502、纤维展开器503和树脂含量控制器504组成，外壳501靠近去湿器3的一端上 设有供去湿后的连续纤维穿入的纤维穿孔板505，外壳501的另一端设有供浸渍后的连续 纤维穿出的纤维引出孔，且外壳501内腔靠近纤维引出孔的一端呈锥形结构；所述的纤维 展开器503和树脂含量控制器504固定安装在调整轴502上，且树脂含量控制器505位于 外壳510内腔的锥形结构中，调整轴502的一端通过螺纹旋装在纤维穿孔板505上，调整轴 502的另一端支承在外壳501上，外壳501上设有树脂喂料口 506，树脂喂料口 506与双螺 杆混炼机4的出料口相连通。所述的调整轴502上至少安装有三个圆盘状纤维展开器503，其中至少有一个纤 维展开器503上加工有与纤维穿孔板505上的孔数相匹配的轴向穿纱孔，连续纤维在所有 的纤维展开器503的作用下在浸渍器5中呈曲线状布置，强制浸渍。所述的树脂含量控制器504为圆锥结构或球冠结构。本发明的有益效果
5本发明通过采用双螺杆混炼机提供理想浓度和温度的树脂原料，解决了常规加热装置 存在的树脂难熔化的问题，同时通过对浸渍的设计，使连续纤维呈曲线形在其浸渍器内部 与树脂充分混合，保证纤维表面有足够的树脂，同时可根据纤维与树脂的比例通过调整树 脂控制器的位置来去除或增加纤维上所粘的树脂的量来达到最佳匹配。本发明方法简单易行，设备安全可靠，从根本上解决了生产急需，能连续批量生 产。
图1是本发明的工艺设备组成示意图。图2是本发明的浸渍器的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。实施例一。如图1、2所示。一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，它包括以下步骤
首先，将热塑性复合材料连续纤维从恒张力纱架1上引出穿过集纱板2后送入去湿器 3进行去湿，控制连续纤维的含水率在3%以下；
其次，将经过去湿的连续纤维送入浸渍器5中进行浸渍；该浸渍器5主要由外壳501、 调整轴502、纤维展开器503和树脂含量控制器504组成，外壳501靠近去湿器3的一端上 设有供去湿后的连续纤维穿入的纤维穿孔板505，外壳501的另一端设有供浸渍后的连续 纤维穿出的纤维引出孔，且外壳501内腔靠近纤维引出孔的一端呈锥形结构；所述的纤维 展开器503和树脂含量控制器504固定安装在调整轴502上，且树脂含量控制器505位于 外壳510内腔的锥形结构中，调整轴502的一端通过螺纹旋装在纤维穿孔板505上，调整轴 502的另一端支承在外壳501上，外壳501上设有树脂喂料口 506，树脂喂料口 506与双螺 杆混炼机4的出料口相连通；所述的连续纤维从浸渍器5 —端的纤维穿孔板505进入浸渍 器5内部后在浸渍器内部的纤维展开器503和树脂含量控制器504的引导下分布在浸渍器 外壳501中充分浸渍并去除多余的树脂后从外壳501另一端的纤维引出孔中引出进入型材 成型模具6中成型；具体实施时调整轴502上可安装三个或三个以上的圆盘状纤维展开器 503，如图2所示，其中有一个纤维展开器503上加工有与纤维穿孔板505上的孔数相匹配 的轴向穿纱孔，其余的纤维展开器503的圆周表面可加工出供连续纤维定位的轴向凹槽或 球面凹槽，所述的连续纤维从纤维穿孔板505进入浸渍器5中后先布置在第一个纤维展开 器503表面的轴向定位凹槽(具体实施时也可不设置该定位凹槽，而直接靠牵引力拉紧在 纤维民开器503的表面上，下同)中，然后穿入中间的纤维展开器503上的轴向穿纱孔中，再 从中间的穿纱孔中穿出后进入最后一个纤维展开器503表面的轴向定位凹槽(具体实施时 也可不设置该定位凹槽)中，再经过球冠状树脂含量控制器504从浸渍器5中穿出直接进入 成型模具6中成型，由图2可见，热塑性复合材料连续纤维在浸渍器中呈曲线状布置，它可 以使得纤维能得到充分的浸渍，既能与浸渍器中间的树脂相接触又能与靠近壳体内壁的树 脂相接触。
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第三，控制成型模具的加热温度在150°C ^300oC (具体可由热塑性材料的性能确 定)得到所需的型材；
第四，使成型后的型材立即进入相邻的水冷却槽7中进行冷却定型，然后在牵引 机8的牵引下进入同步自动切割机中按所需的尺寸切害I]、包装即可。此外具体实施时树脂含量控制器504可采用图2所示的球冠结构，也可采用平板 结构，调整安装树脂含量控制器504的调整轴502 —端的螺纹，即可调整树脂含量控制器 504在外壳501中的位置，从而控制平板结构或球冠结构与锥形结构之间的间隙，达到控制 连续纤维上树脂含量的目的，如图2中所示，当调整轴502向右移动时，由于出口增大，因 此，树脂含量增大，相反，旋动调整轴502使之向左移动时，由于出口减小，因此树脂含量减 少，具体的树脂含量可根据成品的要求进行计算调整。图1是一个整个工艺流和所需的设备，工艺流程为
1、连续纤维从恒力纱架中引出，在涨力控制下，经过集纱板，通过去湿器(含水量控制 在 3%)；
2，把含水量在3%以下的纤维，在满足树脂溶解温度的情况下进入密封式浸渍器与树 脂浸润，勻速向前引进；
3、在密封式浸渍器内，设有纤维扩展器，树脂含量调节器，分纱器，压力传感器，温度传 感器等智能控制测量方法；
4、热塑性温度控制分为三段(1)浸渍器温度控制满足纤维浸渍树脂的浸润条件；(2) 成型模具温度控制；(3)成型模具温度满足成型要求；
5、生产装置中采用双螺杆混炼、挤出喂料使树脂熔化，其目的是满足不同配方要求的 热塑材料，混炼、喂料，从而达到优质热塑性型材；
6、在一定的树脂含量下，将纤维引入模具，成型加热；
7、型材经水冷却槽冷却定型；
8、用牵引机牵引纤维及已成型的热塑性型材；
9、用同步切割机定长、切割。实施例二。如图1、2所示。—种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型设备，它包括恒力纱架1、集纱板2、 去温器3、浸渍器5、成型模具6、冷却槽7、牵引机8、切割机9和落料包括平台10，集纱板 2安装在恒力纱架1和去湿器3之间，牵引机8位于冷却槽7 (可采用水槽)和切割机9之 间，浸渍器5位于去温器3和成型模具6之间，冷却槽7紧邻成型模具6安装，如图1所示， 所述的浸渍器5主要由外壳501、调整轴502、纤维展开器503和树脂含量控制器504组成， 外壳501靠近去湿器3的一端上设有供去湿后的连续纤维穿入的纤维穿孔板505，外壳501 的另一端设有供浸渍后的连续纤维穿出的纤维引出孔，且外壳501内腔靠近纤维引出孔的 一端呈锥形结构；所述的纤维展开器503和树脂含量控制器504固定安装在调整轴502上， 且树脂含量控制器505位于外壳510内腔的锥形结构中，调整轴502的一端通过螺纹旋装 在纤维穿孔板505上，调整轴502的另一端支承在外壳501上，外壳501上设有树脂喂料口 506，树脂喂料口 506与双螺杆混炼机4的出料口相连通。如图2所示。具体实施时还可进一步采用以下措施以提高成型效果，
71.在调整轴502上至少安装有三个圆盘状纤维展开器503，其中至少有一个纤维展开 器503上加工有与纤维穿孔板505上的孔数相匹配的轴向穿纱孔，连续纤维在所有的纤维 展开器503的作用下在浸渍器5中呈曲线状布置强制浸渍，以得到充分的浸渍。2、将树脂含量控制器504设计成平板结构或球冠结构。本实施例中的恒力纱架1、集纱板2、去湿器3、双螺杆混炼机4、成型模具6、冷 却槽7、牵引机8和切割机9等均可采用现有技术自制或直接从市场采购。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，其特征是它包括以下步骤首先，将热塑性复合材料连续纤维从恒张力纱架(1)上引出穿过集纱板(2)后送入去湿器(3)进行去湿，控制连续纤维的含水率在3%以下；其次，将经过去湿的连续纤维送入浸渍器(5)中进行浸渍；该浸渍器(5)主要由外壳(501)、调整轴(502)、纤维展开器(503)和树脂含量控制器(504)组成，外壳(501)靠近去湿器(3)的一端上设有供去湿后的连续纤维穿入的纤维穿孔板(505)，外壳(501)的另一端设有供浸渍后的连续纤维穿出的纤维引出孔，且外壳(501)内腔靠近纤维引出孔的一端呈锥形结构；所述的纤维展开器(503)和树脂含量控制器(504)固定安装在调整轴(502)上，且树脂含量控制器(505)位于外壳(510)内腔的锥形结构中，调整轴(502)的一端通过螺纹旋装在纤维穿孔板(505)上，调整轴(502)的另一端支承在外壳(501)上，外壳(501)上设有树脂喂料口(506)，树脂喂料口(506)与双螺杆混炼机(4)的出料口相连通；所述的连续纤维从浸渍器(5)一端的纤维穿孔板(505)进入浸渍器(5)内部后在浸渍器内部的纤维展开器(503)和树脂含量控制器(504)的引导下分布在浸渍器外壳(501)中充分浸渍并去除多余的树脂后从外壳(501)另一端的纤维引出孔中引出进入型材成型模具(6)中成型；第三，控制成型模具的加热温度在150℃~300℃得到所需的型材；第四，使成型后的型材在水冷却槽(7)中冷却定型，然后在牵引机(8)的牵引下进入同步自动切割机中按所需的尺寸切割、包装即可。
2.根据权利要求1所述的连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，其特征是所述 的浸渍用的树脂温度由双螺杆混炼机(4)控制，其温度值为150°C 300°C。
3.根据权利要求1所述的连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，其特征是所述 的调整轴(502)上至少安装有三个圆盘状纤维展开器(503)，其中至少有一个纤维展开器 (503)上加工有与纤维穿孔板(505)上的孔数相匹配的轴向穿纱孔，所述的连续纤维在所有 的纤维展开器(503)的作用下在浸渍器(5)中呈曲线状布置，强制浸渍。
4.根据权利要求1所述的连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，其特征是所述 的树脂含量控制器(504)为圆锥结构或球冠结构。
5.一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型设备，它包括恒力纱架(1)、集纱板 (2)、去湿器(3)、浸渍器(5)、成型模具(6)、冷却槽(7)、牵引机(8)和切割机(9)，集纱板 (2)安装在恒力纱架(1)和去湿器(3)之间，牵引机(8)位于冷却槽(7)和切割机(9)之间， 浸渍器(5)位于去湿器(3)和成型模具(6)之间，冷却槽(7)位于成型模(6)与牵引机(8) 之间，其特征是所述的浸渍器(5)主要由外壳(501)、调整轴(502)、纤维展开器(503)和树 脂含量控制器(504)组成，外壳(501)靠近去湿器(3)的一端上设有供去湿后的连续纤维穿 入的纤维穿孔板(505)，外壳(501)的另一端设有供浸渍后的连续纤维穿出的纤维引出孔， 且外壳(501)内腔靠近纤维引出孔的一端呈锥形结构；所述的纤维展开器(503)和树脂含 量控制器(504)固定安装在调整轴(502)上，且树脂含量控制器(505)位于外壳(510)内腔 的锥形结构中，调整轴(502)的一端通过螺纹旋装在纤维穿孔板(505)上，调整轴(502)的 另一端支承在外壳(501)上，外壳(501)上设有树脂喂料口( 506 )，树脂喂料口( 506 )与双螺 杆混炼机(4)的出料口相连通。
6.根据权利要求5所述的连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型设备，其特征是所述 的调整轴(502)上至少安装有三个圆盘状纤维展开器(503)，其中至少有一个纤维展开器(503)上加工有与纤维穿孔板(505)上的孔数相匹配的轴向穿纱孔，连续纤维在所有的纤维 展开器(503)的作用下在浸渍器(5)中呈曲线状布置，强制浸渍。
7.根据权利要求5所述的连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型设备，其特征是所述 的树脂含量控制器(504)为圆锥结构或球冠结构。
全文摘要
一种连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法，其特征是它包括以下步骤首先，将由热塑性复合材料制成的连续纤维从恒张力纱架(1)上引出穿过集纱板(2)后送入去湿器(3)进行去湿，控制连续纤维的含水率在3%以下；其次，将经过去湿的连续纤维送入浸渍器(5)中进行浸渍；第三，控制成型模具的加热温度在150℃~300℃得到所需的型材；第四，使成型后的型材进入冷却槽(7)冷却后在牵引机(8)的牵引下进入同步自动切割机中按所需的尺寸切割、包装即可。本发明同时公开了由恒力纱架(1)、集纱板(2)、去温器(3)、浸渍器(5)、成型模具(6)、冷却槽(7)、牵引机(8)和切割机(9)组成的成套设备。本发明方法简单，设备成本低，生产效率高。
文档编号B29C70/52GK101913255SQ20101027940
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月13日 优先权日2010年9月13日
发明者程正珲, 程逸建 申请人:南京诺尔泰复合材料设备制造有限公司