专利名称：长纤维增强热塑性树脂的成型设备及成型方法
技术领域：
本发明涉及一种长纤维增强热塑性树脂的成型设备，具体地说，包括纤维圈分解 成纤维束并预处理设备、熔融树脂对纤维充分浸渍及成型设备；本发明还涉及一种长纤维 增强热塑性树脂的成型方法。
背景技术：
长纤维增强热塑性树脂指的是纤维取向完全是同一方向，所制得的纤维长度与塑 料粒子长度一致。它与常规方法制备的纤维增强树脂相比机械性能更好，赋予制品更高的 刚度、强度和抗冲击力、抗蠕变及更好的微观质量。在汽车工业、家电、机械等场所能代替部 分铸铁、铝和热固性塑料等，可有效降低制品的重量与制造成本。目前，熔体浸渍法是长纤维增强热塑性树脂的主要方法，其工艺过程是将连续的 长纤维在张力的牵引下导入一个具有特殊结构的浸渍体内，同时从挤出机输入的塑料熔 体将导入的长纤维浸泡，而后长纤维从浸渍体的口模拉出，经冷却后，切断成所需长度的粒 料。但已公开的专利都存在一些共同的缺陷1)树脂对纤维浸润效果差，纤维在穿过浸渍 体时易断裂，从而影响产品的品质与生产效率；2)浸渍体与熔体入口口模、纤维入口 口模、 定型口模为一个整体，当上述口模流道由于磨损而需要更换时造成成本较高。因而需要纤 维浸渍设备和纤维拉伸方法进行改进。中国专利200680049562. 9公开了一种长纤维增强热塑性树脂材料的制造装置及 其制造方法，其所述的浸渍模具有在内部收纳熔融热塑性树脂的浸渍室、用于向所述浸渍 室内供给热塑性树脂的树脂供给通路、设于所述浸渍室的上游侧的入口板上并用于向所述 浸渍室的下游侧的出口板上兵用于将浸渍有熔融热塑性树脂的纤维束向外部拉拔的多个 拉拔孔，所述入口板的各导入孔在入口板的外侧设有能分别开闭各导入孔的闸门。中国专利20061012M59. 4公开了一种连续长纤维增强热塑性树脂的成型方法及 其成型设备，包括熔融浸渍模，其所述的熔融浸渍模包括浸渍模外体以及设在浸渍模外体 中的热塑性树脂熔体夹缝流道，浸渍独立流道，连续长纤维入口通道和浸渍出口，所述的热 塑性树脂熔体夹缝流道设在浸渍模外体的上游端，浸渍出口设在浸渍设备外体下游端且与 浸渍独立流道末端连通，浸渍独立流道中还设有至少一组可自由旋转的张力辊。中国专利201010105774. 2公开了一种长纤维增强热塑性树脂的制造装置，包括 熔体浸渍室，浸渍室内容纳用于浸渍纤维束的树脂熔体，熔体浸渍室一个侧壁上设置有纤 维束入口、在熔体浸渍室的与设置纤维束入口的侧壁相对的侧壁上设有纤维束出口，纤维 束出口数目小于纤维束入口的数目所述增强纤维树脂束为增强纤维树脂成型材料。上述在先专利的缺点在于，(1)从熔融树脂以水平的方式进入浸渍体，而长纤维呈 布或带的形状的长度稍大于接触长度，在弯曲通道非接触点纤维由于受到拉伸力而迅速恢 复到圆束状，降低了熔融树脂对圆形束状中心纤维浸润效果；(2)纤维束由许多纤维丝粘 接在一起影响熔融树脂对纤维的浸润效果；(3)纤维与树脂的温差过大，会造成纤维的浸 润不良；(4)纤维入口口模流道、熔体入口 口模流道，浸渍流道与定型口模流道为一个整体的部件，容易造成设备的磨损，从而造成整个浸渍体需要重新更换，浪费安装成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有长纤维增强热塑性树脂制备设备中的各种缺陷，提供 一种能稳定生产且纤维束能得到理想浸润效果的长纤维增强热塑性树脂的设备。本发明的另一个目的在于提供一种可提高长纤维增强热塑性树脂产品的生产效 率、品质的制造方法。长纤维增强热塑性树脂的成型设备，包括
纤维圈分解成纤维束并预处理的设备，其纤维束独立通道与纤维预蓬松与预热系统连
接；
熔融树脂对纤维充分浸渍及成型设备，其熔体入口 口模通过熔体流入通道与纤维浸渍 体相通，并倾斜向上一定角度，纤维入口 口模用以连接纤维预蓬松与预热系统和纤维浸渍 体，能够使得纤维水平进入纤维浸渍体、纤维浸渍体的另一端与成型口模相连接。另外，所述熔体入口 口模、纤维入口口模、成型口模与纤维浸渍体之间可拆卸并灵 活组合；所述纤维束独立通道为纤维导管；纤维独立通道呈广4层分布，每层纤维束通道并 排展开；所述纤维预蓬松与预热系统内包括预蓬松与预热导辊或可调整导辊高度及距离的 支撑架；所述纤维预蓬松与预热导辊共有4飞组，沿导辊圆周方向的表面开有15 40道弧形 小沟槽，每导沟槽间的中心距15 22mm ；所述纤维预蓬松与预热导辊为电加热或油加热，预 热温度在8(T250°C ；预蓬松与预热导辊的高度与水平距离可自由调节；熔体入口口模与水 平呈一斜向上30°、5°角度；纤维浸渍体通过纤维输入流道与纤维入口口模相连，纤维 浸渍体内的腔体中有纤维张力辊，其另一端通过输出流道与成型口模连接；纤维输入流道 横截面呈圆形，直径2 5mm ；浸渍体的输出流道的横截面呈圆形直径2. 5^5mm ；纤维张力辊 的横截面开有2飞个内凹特征的圆弧形或内凹多边形的小沟槽；成型口模通过螺栓固定在 纤维浸渍体的外壁，并可自由拆卸与更换，成型口模的外侧还有树脂收集装置；成型口模流 道的横截面呈圆形，沿熔体流动方向，横截面的直径逐渐减小，起始截面的直径为3 5mm，末 端截面的直径为2. 5mnT3. 5mm;成型口模的模口外表面与竖直方向呈向下15°飞0°的角 度，出口面上的口模孔之间开有小凹槽。熔融树脂对纤维充分浸渍及成型设备中，纤维进入浸渍体的纤维入口口模，熔融 树脂浸润纤维的浸渍体，增加纤维浸润性能的张力辊，熔融树脂入口口模，定型口模。纤维 入口口模、熔融树脂入口口模及定型口模通过固定结构获螺栓装配在浸渍体外侧，其中纤 维入口 口模、定型口模及浸渍体的进出口流道在同一水平线上，熔融树脂入口口模安装在 浸渍体的下方，流道方向沿水平向上3(Γ45°。张力辊组安装在浸渍体内，张力辊的横截面 内凹特征的圆弧形或内凹多边形的小沟槽，张力辊的外表面有2(Γ40道内凹的圆弧槽。浸 渍体由纤维输入孔、熔体输入流道、浸渍腔及料流输出孔组成，沿熔体流动方向，浸渍腔截 面呈梯形，熔体从浸渍体的底面流入浸渍腔。长纤维增强热塑性树脂的制备方法，包括
(一)20^40束纤维通过各自的独立通道后，以“一”字排开的方式进入纤维预蓬松与预 热系统，纤维束通过预热导辊时，纤维与导辊圆弧表面接触，在牵引力的拉伸作用下，纤维 束呈布或带状，纤维束起到了预蓬松处理作用；(二)预蓬松与预热后的纤维束水平牵入纤维入口口模、浸渍体纤维入孔后，上下交错 穿过浸渍体内纤维张力辊，纤维束在与纤维张力辊接触时呈布状或带状；
(三)浸润好的长纤维与料流一起通过浸渍体的输出流道、成型口模。另外，所述纤维预蓬松与预热导辊可电加热或油加热，预热温度在8(T250°C。第一步中，纤维束通过预热导辊时，纤维与导辊圆弧表面接触，在牵引力的拉伸作 用下，纤维束呈布或带状，纤维束起到了预蓬松处理作用，这种预蓬松处理不仅有利于预热 导滚的热能较好的传递至纤维束中心区，而且对后续浸润效率有提高作用；
第二步中，熔融树脂能较好的浸润至纤维的中心区，由于本发明的张力辊的特殊结构， 纤维束通过一根张力辊时，至少有两次与张力辊接触，且能使得两个接触点之间的纤维束 一直呈布或带状，这样大大提高纤维浸润效率，在降低纤维张力的条件下足够保证纤维浸 润效果，因而可提升长纤维的牵引速率，达到提升产能的目的。挤出机来的熔融树脂由下 向上流入浸渍腔，重力的因素降低了中心区与边缘区的料流速度差异，从而保证流道中心 区与边缘区物料更新速度尽可能一致，克服边缘区长纤维增强树脂易出现黄线条的品质缺 陷。第三步中，操作者可通过改变口模口径的大小来调节产品中的纤维含量，定型口 模是独立的，因此可大大降低口模更换与安装的成本。浸润好的长纤维增强树脂产品经过 冷却后，根据市场的需要切成所需的长度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
I )采用纤维导管的方式通入待处理的纤维，使得每束长纤维都能够沿着独立的方向 前进，避免了纤维束之间干扰，同时降低纤维束在牵引过程中的阻力，减少长纤维的折断， 保证长时间的连续稳定的生产，在一定范围内轻松的提升长纤维牵引速度。II)采用预蓬松与预热系统、并加入特殊形状的张力辊，足够保证长纤维的浸润 效果，因而可在保证纤维浸润质量的前提下，顺利提升长纤维的牵引速度时，从而提升生产 效率。III)本发明采用从下往上熔融树脂进料方式，可降低流道边缘区物料更新速度与 流道中心区的差异，减少边缘长纤维增强树脂产品出现黄线条的产品缺陷；同时定型口模 的出口面设定为向下内倾，减少从定型口模溢流出的料流滞留在模头上，从而影响到口模 出来。IV)纤维入口口模、熔融树脂入口口模及定型口模设计成可拆卸方式，与整体式 浸渍模相比，能够大大降低由于磨损而需要更换的加工与使用成本。
图1为本发明的结构示意图2熔融树脂对纤维充分浸渍及成型设备示意图； 图3为定型口模横截面示意图。
具体实施例方式实施例一
如图1-3所示的熔体浸渍法制取长纤维增强热塑性树脂的设备，包括纤维圈分解成纤 维束并预处理的设备，其纤维束独立通道1与纤维预蓬松与预热系统2连接；熔融树脂对纤 维充分浸渍及成型设备，其熔体入口口模6通过熔体流入通道12与纤维浸渍体5相通，并 倾斜向上一定角度，纤维入口口模4用以连接纤维预蓬松与预热系统2和纤维浸渍体5，能 够使得纤维水平进入纤维浸渍体5、纤维浸渍体5的另一端与成型口模8相连接。另外，所述熔体入口口模6、纤维入口口模4、成型口模8与纤维浸渍体5之间可 拆卸并灵活组合；所述纤维束独立通道1为纤维导管；纤维独立通道1呈4层分布，每层纤 维束通道1并排展开；所述纤维预蓬松与预热系统2内包括预蓬松与预热导辊3或可调整 导辊高度及距离的支撑架；所述纤维预蓬松与预热导辊3共有6组，沿导辊圆周方向的表 面开有30道弧形小沟槽，每导沟槽间的中心距20mm ；所述纤维预蓬松与预热导辊3为电加 热或油加热，预热温度在200°C ；预蓬松与预热导辊3的高度与水平距离可自由调节；熔体 入口口模6与水平呈一斜向上45°角度；纤维浸渍体5通过纤维输入流道与纤维入口口模 相连，纤维浸渍体5内的腔体15中有纤维张力辊7，其另一端通过输出流道14与成型口模 8连接；纤维输入流道横截面呈圆形，直径5mm ；浸渍体的输出流道13的横截面呈圆形直径 5mm ；纤维张力辊7的横截面开有6个内凹特征的圆弧形或内凹多边形的小沟槽；成型口模 8通过螺栓固定在纤维浸渍体5的外壁，并可自由拆卸与更换，成型口模8的外侧还有树脂 收集装置9 ；成型口模8流道的横截面呈圆形，沿熔体流动方向，横截面的直径逐渐减小，起 始截面的直径为5mm，末端截面的直径为3. 5mm ；成型口模8的模口外表面与竖直方向呈向 下60°的角度，出口面上的口模孔之间开有小凹槽17。长纤维增强热塑性树脂的制备方法，包括
(-)20束纤维通过各自的独立通道后，以“一”字排开的方式进入纤维预蓬松与预热系 统2，纤维束通过预热导辊3时，纤维与导辊圆弧表面接触，在牵引力的拉伸作用下，纤维束 呈布或带状，纤维束起到了预蓬松处理作用，所述纤维预蓬松与预热导辊3可电加热或油 加热，预热温度在200°C ；
(二)预蓬松与预热后的纤维束水平牵入纤维入口口模4、浸渍体纤维入孔后，上下交错 穿过浸渍体内纤维张力辊7，纤维束在与纤维张力辊7接触时呈布状或带状；
(三)浸润好的长纤维与料流一起通过浸渍体的输出流道13、成型口模8。
实施例二
如图1-3所示的熔体浸渍法制取长纤维增强热塑性树脂的设备，包括纤维圈分解成纤 维束并预处理的设备，其纤维束独立通道1与纤维预蓬松与预热系统2连接；熔融树脂对纤 维充分浸渍及成型设备，其熔体入口口模6通过熔体流入通道12与纤维浸渍体5相通，并 倾斜向上一定角度，纤维入口口模4用以连接纤维预蓬松与预热系统2和纤维浸渍体5，能 够使得纤维水平进入纤维浸渍体5、纤维浸渍体5的另一端与成型口模8相连接。另外，所述熔体入口口模6、纤维入口口模4、成型口模8与纤维浸渍体5之间可拆 卸并灵活组合；所述纤维束独立通道1为纤维导管；纤维独立通道1呈4层分布，每层纤维 束通道1并排展开；所述纤维预蓬松与预热系统2内包括预蓬松与预热导辊3或可调整导
7辊高度及距离的支撑架；所述纤维预蓬松与预热导辊3共有6组，沿导辊圆周方向的表面 开有40道弧形小沟槽，每导沟槽间的中心距22mm ；所述纤维预蓬松与预热导辊3为电加热 或油加热，预热温度在250°C ；预蓬松与预热导辊3的高度与水平距离可自由调节；熔体入 口口模6与水平呈一斜向上30°角度；纤维浸渍体5通过纤维输入流道与纤维入口 口模相 连，纤维浸渍体5内的腔体15中有纤维张力辊7，其另一端通过输出流道13与成型口模8 连接；纤维输入流道16横截面呈圆形，直径2mm;浸渍体的输出流道13的横截面呈圆形直 径2mm ；纤维张力辊7的横截面开有6个内凹特征的圆弧形或内凹多边形的小沟槽；成型口 模8通过螺栓固定在纤维浸渍体5的外壁，并可自由拆卸与更换，成型口模8的外侧还有树 脂收集装置9 ；成型口模8流道的横截面呈圆形，沿熔体流动方向，横截面的直径逐渐减小， 起始截面的直径为3mm，末端截面的直径为2. 5mm ；成型口模8的模口外表面与竖直方向呈 向下30°的角度，出口面上的口模孔之间开有小凹槽17。其制备方法中，纤维预蓬松与预热导辊3可电加热或油加热，预热温度在250°C， 其余与实施例一相同。
实施例三
如图1-3所示的熔体浸渍法制取长纤维增强热塑性树脂的设备，包括纤维圈分解成纤 维束并预处理的设备，其纤维束独立通道1与纤维预蓬松与预热系统2连接；熔融树脂对纤 维充分浸渍及成型设备，其熔体入口口模6通过熔体流入通道12与纤维浸渍体5相通，并 倾斜向上一定角度，纤维入口口模4用以连接纤维预蓬松与预热系统2和纤维浸渍体5，能 够使得纤维水平进入纤维浸渍体5、纤维浸渍体5的另一端与成型口模8相连接。另外，所述熔体入口口模6、纤维入口口模4、成型口模8与纤维浸渍体5之间可拆 卸并灵活组合；所述纤维束独立通道1为纤维导管；纤维独立通道1呈4层分布，每层纤维 束通道1并排展开；所述纤维预蓬松与预热系统2内包括预蓬松与预热导辊3或可调整导 辊高度及距离的支撑架；所述纤维预蓬松与预热导辊3共有6组，沿导辊圆周方向的表面开 有40道弧形小沟槽，每导沟槽间的中心距15mm ；所述纤维预蓬松与预热导辊3为电加热或 油加热，预热温度在80°C;预蓬松与预热导辊3的高度与水平距离可自由调节；熔体入口口 模6与水平呈一斜向上45°角度；纤维浸渍体5通过纤维输入流道与纤维入口口模相连， 纤维浸渍体5内的腔体15中有纤维张力辊7，其另一端通过输出流道13与成型口模8连接； 纤维输入流道横截面呈圆形，直径4mm ；浸渍体的输出流道13的横截面呈圆形直径4mm ；纤 维张力辊7的横截面开有6个内凹特征的圆弧形或内凹多边形的小沟槽；成型口模8通过 螺栓固定在纤维浸渍体5的外壁，并可自由拆卸与更换，成型口模8的外侧还有树脂收集装 置9 ；成型口模8流道的横截面呈圆形，沿熔体流动方向，横截面的直径逐渐减小，起始截面 的直径为4mm，末端截面的直径为3mm ；成型口模8的模口外表面与竖直方向呈向下45°的 角度，出口面上的口模孔之间开有小凹槽17。其制备方法中，纤维预蓬松与预热导辊3可电加热或油加热，预热温度在80°C，其 余与实施例一相同。
权利要求
1.一种长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，包括纤维圈分解成纤维束并预处理的设备，其纤维束独立通道(1)与纤维预蓬松与预热系 统(2)连接；熔融树脂对纤维充分浸渍及成型设备，其熔体入口口模(6 )通过熔体流入通道(12 )与 纤维浸渍体(5)相通，并倾斜向上一定角度，纤维入口口模(4)用以连接纤维预蓬松与预热 系统(2)和纤维浸渍体(5)，能够使得纤维水平进入纤维浸渍体(5)、纤维浸渍体(5)的另一 端与成型口模(8)相连接。
2.根据权利要求1所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，所述熔体入 口口模(6)、纤维入口口模(4)、成型口模(8)与纤维浸渍体(5)之间可拆卸并灵活组合。
3.根据权利要求1所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，所述纤维束 独立通道(1)为纤维导管。
4.根据权利要求1所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，纤维独立通 道(1)呈广4层分布，每层纤维束通道(1)并排展开。
5.根据权利要求1所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，所述纤维预 蓬松与预热系统(2)内包括预蓬松与预热导辊(3)或可调整导辊高度及距离的支撑架。
6.根据权利1、5所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，所述纤维预蓬 松与预热导辊(3)共有4飞组，沿导辊圆周方向的表面开有15 40道弧形小沟槽，每导沟槽 间的中心距15 22mm。
7.根据权利要求1、5、6所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，所述纤 维预蓬松与预热导辊(3)为电加热或油加热，预热温度在8(T250°C。
8.根据权利要求1、5所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，预蓬松与 预热导辊(3)的高度与水平距离可自由调节。
9.根据权利要求1、2所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，熔体入口 口模(6)与水平呈一斜向上30°、5°角度。
10.根据权利要求1所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，纤维浸渍体 (5)通过纤维输入流道与纤维入口口模(4)相连，纤维浸渍体(5)中的腔体(15)有纤维张 力辊(7)，其另一端通过输出流道(13)与成型口模(8)连接。
11.根据权利要求1、2、10所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，纤维 输入流道横截面呈圆形，直径2 5mm。
12.根据权利要求1、10所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，浸渍体 的输出流道(13)的横截面呈圆形直径2. 5 5mm。
13.根据根据权利要求1、10所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，纤 维张力辊(7)的横截面开有2飞个内凹特征的圆弧形或内凹多边形的小沟槽。
14.根据权利要求1、2所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，成型口模 (8)通过螺栓固定在纤维浸渍体(5)的外壁，并可自由拆卸与更换，成型口模(8)的外侧还 有树脂收集装置(9)。
15.根据权利要求1、14所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，成型口 模(8)流道的横截面呈圆形，沿熔体流动方向，横截面的直径逐渐减小，起始截面的直径为 3 5mm，末端截面的直径为2. 5mnT3. 5mm。
16.根据权利要求1、14所述长纤维增强热塑性树脂的成型设备，其特征在于，成型口 模(8)的模口外表面与竖直方向呈向下15°飞0°的角度，出口面上的口模孔之间开有小 凹槽(17)。
17.—种长纤维增强热塑性树脂的制备方法，其步骤包括(一)20^40束纤维通过各自的独立通道后，以“一”字排开的方式进入纤维预蓬松与预 热系统(2)，纤维束通过预热导辊(3)时，纤维与导辊圆弧表面接触，在牵引力的拉伸作用 下，纤维束呈布或带状，纤维束起到了预蓬松处理作用；(二)预蓬松与预热后的纤维束水平牵入纤维入口口模(4)、浸渍体纤维入孔后，上下交 错穿过浸渍体内纤维张力辊(7)，纤维束在与纤维张力辊(7)接触时呈布状或带状；(三)浸润好的长纤维与料流一起通过浸渍体的输出流道(14)、成型口模(8)。
18.根据权利要求17所述长纤维增强热塑性树脂的制备方法，其特征在于，所述纤维 预蓬松与预热导辊(3)可电加热或油加热，预热温度在8(T250°C。
全文摘要
本发明公开了一种长纤维增强热塑性树脂的成型设备，包括纤维圈分解成纤维束并预处理的设备，其纤维束独立通道与纤维预蓬松与预热系统连接；熔融树脂对纤维充分浸渍及成型设备，其熔体入口口模通过熔体流入通道与纤维浸渍体相通，并倾斜向上一定角度，纤维入口口模用以连接纤维预蓬松与预热系统和纤维浸渍体，能够使得纤维水平进入纤维浸渍体、纤维浸渍体的另一端与成型口模相连接。其制备方法，包括(一)20~40束纤维通过各自的独立通道后，以“一”字排开的方式进入纤维预蓬松与预热系统，纤维束通过预热导辊时，纤维与导辊圆弧表面接触，在牵引力的拉伸作用下，纤维束呈布或带状，纤维束起到了预蓬松处理作用；(二)预蓬松与预热后的纤维束水平牵入纤维入口口模、浸渍体纤维入孔后，上下交错穿过浸渍体内纤维张力辊，纤维束在与纤维张力辊接触时呈布状或带状；(三)浸润好的长纤维与料流一起通过浸渍体的输出流道、成型口模。其优点在于，可获得较长纤维树脂的同时降低成本。
文档编号B29C70/16GK102107536SQ20101059966
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者万勇军, 叶南飚, 唐宇航, 赵智源 申请人:上海金发科技发展有限公司, 金发科技股份有限公司