本发明涉及一种浸渍设备，尤其是一种连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍设备。此外，本发明还涉及一种浸渍方法，尤其是一种连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍方法。
背景技术：
连续长纤维增强热塑性复合材料是一种增强纤维单向排布且其长度与复合材料料粒长度相同的增强热塑性复合材料。与常见的短纤维相比具有更加优异的机械性能、耐动态疲劳性能、抗翘曲性能等。研究连续长纤维增强热塑性复合材料对促进复合材料的发展和扩大纤维增强复合材料在工业上的应用具有重要的研究意义和工业价值。长纤维增强技术是实现通用塑料工程和工程塑料功能化的重要技术之一，已经引起国内外科研单位和工业界的广泛关注。
目前，熔融浸渍挤拉技术由于加工效率高而在工业上被广泛采用。它采用一种特殊结构的挤拉模头，让分散均匀、预加张力的连续纤维束经过这一充满高压熔体的模头时，反复多次承受交替变化，促使纤维和熔体强制性的浸渍。为了达到理想的浸渍效果，传统主要采用以下两种方法：
1、采用波浪形的浸渍流道，连续长纤维束在经过波峰时受到波峰的顶紧力，使连续长纤维束分散，进而使每根纤维与熔体接触。然而，波峰的高度是固定的，其顶紧分散纤维的程度无法调节，无法针对不同的产品设置不同的顶紧分散状态。并且每根纤维的受力是不同的，受力大纤维单丝的容易折断，而受力小部分纤维束展开不充分。
2、在浸渍流道内设置导丝辊，利用导丝辊将连续长纤维束均匀分散，从而使每根纤维单丝都很好的和熔体接触。导丝辊的加入会使浸渍流道的空间变大，这使得熔体的温度和流速难以控制，可能造成各部位熔体的温度和流速不同，这就不适合热敏性树脂的生产。并且导丝辊需要与各个规模的连续长纤维束相对应，这就使这种方法通用性不强，增加设备成本。同时，由于生产过程中导丝辊必须转动才能有效的减少纤维单丝的作用力，在加工高粘度树脂时，导丝辊难以转动，并且容易损坏，因此不适合高粘度树脂的生产。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以调节纤维顶紧分散程度的连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍设备。
本发明解决其技术问题所采用的连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍设备，包括设备主体，所述设备主体的上游端设置有熔体入口，所述设备主体的下游端设置有挤出口，所述设备主体上设置有长纤维加入口，所述设备主体的内部设置有浸渍流道，所述长纤维加入口与浸渍流道连通，所述浸渍流道的两端分别与所述熔体入口和所述挤出口连通，还包括可控嵌件，所述设备主体上设置有连通至浸渍流道的安装孔，所述可控嵌件安装在安装孔内并且深度可调，通过调节可控嵌件的深度可以控制可控嵌件在浸渍流道内形成的凸起高度。
进一步的是，所述可控嵌件包括连接板和嵌入杆，所述嵌入杆安装在连接板上形成t字形，所述嵌入杆嵌入至安装孔内，所述连接板通过螺钉安装在设备主体的外壁，通过调节螺钉的深度即可控制嵌入杆的深度。
进一步的是，所述嵌入杆远离连接板的顶端为圆弧形。
进一步的是，所述浸渍流道呈波浪形。
进一步的是，所述可控嵌件嵌入至浸渍流道的部分上设置有通孔，该通孔构成浸渍流道的一部分，并且该通孔位于浸渍流道的波峰或波谷处。当有多个可控嵌件时，可控嵌件可以同时设置在波峰和波谷处。
进一步的是，还包括加纤棒，所述加纤棒设置在长纤维加入口并可取出。
进一步的是，还包括联接器和出料板，所述联接器安装在设备主体的上游端并与熔体入口连通，所述出料板安装在设备主体的下游端并与挤出口连通。上下游以浸渍流道的流向为准。
进一步的是，所述设备主体内设置有至少两条浸渍流道，每条浸渍流道上均设置有长纤维加入口和可控嵌件。
进一步的是，所述浸渍流道上设置有至少两个长纤维加入口。
本发明另一个要解决的问题是提供一种可以调节纤维顶紧分散程度的连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍方法。
本发明的提供的连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍方法采用前述的设备，其包括以下步骤：
a、将连续长纤维束按照纤维加入口的数量均分，将分好的连续长纤维束加入到浸渍流道中，连续长纤维束在穿过浸渍流道后从挤出口穿出，对连续长纤维束预加牵引力；
b、利用浸渍流道中的可控嵌件的顶端顶紧连续长纤维束从而使连续长纤维束分散，并根据分散的要求调节可控嵌件的深度；
c、将热塑性树脂通过熔体入口加入，然后进入浸渍流道，利用加热器控制浸渍流道中的温度；
d、浸渍后的连续长纤维束在浸渍流道末端通过挤出口挤出成为长纤维增强热塑性复合材料。
本发明的有益效果是：通过调节可控嵌件的深度可以控制可控嵌件在浸渍流道内形成的凸起高度，凸起可以顶紧分散长纤维，而不同的凸起高度可以控制长纤维的顶紧和分散程度，从而可以根据不同工艺、不同长纤维类型以及不同种类的热塑性树脂来设定不同的凸起高度，从而获得满足工艺的长纤维顶紧和分散程度。这种可调的可控嵌件一般设置有多个，通过在不同的位置设置不同的嵌入高度，从而有效的顶紧分散长纤维，不仅保证了长纤维束能够分散均匀，还可以保证长纤维束能够受力均匀，避免断裂。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图中零部件、部位及编号：浸渍流道1、加纤棒2、连接板3、嵌入杆4、出料板5、联接器6、设备主体7、可控嵌件8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括设备主体7，所述设备主体7的上游端设置有熔体入口，所述设备主体7的下游端设置有挤出口，所述设备主体7上设置有长纤维加入口，所述设备主体7的内部设置有浸渍流道1，所述长纤维加入口与浸渍流道1连通，所述浸渍流道1的两端分别与所述熔体入口和所述挤出口连通，还包括可控嵌件8，所述设备主体7上设置有连通至浸渍流道1的安装孔，所述可控嵌件8安装在安装孔内并且深度可调，深度调节的方式可以采用螺纹控制，或者采用液压、气压、电动等方式，通过调节可控嵌件8的深度可以控制可控嵌件8在浸渍流道1内形成的凸起高度，凸起的形状可以是平面，最好是弧面，例如球状、圆弧状等，以利于长纤维束在其上分散。在实际的生产中，长纤维束从长纤维入口加入，经过浸渍流道1后从挤出口穿出，同时对长纤维施加张紧力，此时控制可控嵌件8在浸渍流道1中的伸出高度，使得可控嵌件8顶住长纤维束，使得长纤维束分散，控制可控嵌件8的伸出高度即可控制长纤维束的顶紧和分散程度，从而满足不同的需求。实际上，可控嵌件8通常沿浸渍流道布置多个，多个可控嵌件8可以相互配合，使得长纤维束能够均匀分散分布，达到良好的浸渍效果，每个可控嵌件8的伸出高度均可以单独设置，这就能满足不同的浸渍要求，从而获得最佳的浸渍效果。
作为可控嵌件8的一种实施方式，如图1所示，所述可控嵌件8包括连接板3和嵌入杆4，所述嵌入杆4安装在连接板3上形成t字形，所述嵌入杆4嵌入至安装孔内，所述连接板3通过螺钉安装在设备主体7的外壁，通过调节螺钉的深度即可控制嵌入杆4的深度。当需要调节嵌入杆4的深度时，拧紧或者松开螺钉，使得螺钉前进或者后退，从而带动连接板3前进或者后退，进而带动嵌入杆4前进或者后退，这样就能控制顶紧的程度。螺钉最好与连接板在轴向固定，从而方便带动连接板运动。嵌入杆4远离连接板3的顶端为圆弧形，这样可以便于分散长纤维束。
优选的，如图1所示，所述浸渍流道1呈波浪形，波浪形的浸渍流道1可以增加长度，有利于长纤维的浸渍，更重要的是，波浪形的浸渍流道1自然可以形成凸起，从而顶紧分散长纤维束，在波浪形的浸渍流道1的凸起处设置可控嵌件8即可控制凸起的高低，从而满足不同的顶紧分散需要。针对波浪形浸渍流道1的特点，本发明针对可控嵌件8做出以下设计：可控嵌件8嵌入至浸渍流道1的部分上设置有通孔，该通孔构成浸渍流道1的一部分，并且该通孔位于浸渍流道1的波峰或/和波谷处。这种设计的可控嵌件8的通孔与浸渍流道1的直径相同，可控嵌件8刚好位于波峰或波谷处，控制可控嵌件8的嵌入位置刚好可以调节波峰或者波谷处的凸起高度，从而使得凸起顶紧长纤维束的程度不同，满足不同的浸渍需要。这种设计刚好与波浪形的浸渍流道1很好的配合，在凸起变高时流道的弯曲也变大，增加热塑性树脂的流速和压力，有利于长纤维的浸渍。
为了便于加入长纤维束，如图1所示，还包括加纤棒2，所述加纤棒2设置在长纤维加入口并可取出。加纤棒2用于加入长纤维束，在加入后可将加纤棒2取出。
具体的，如图1所示，还包括联接器6和出料板5，所述联接器6安装在设备主体7的上游端并与熔体入口连通，所述出料板5安装在设备主体7的下游端并与挤出口连通。联接器6主要与前序的热塑性树脂提供设备连接，从而为本发明的浸渍流道1提供热塑性树脂，出料板5上开设有模具，从而控制最后成型的连续长纤维增强热塑性复合材料的横截面形状，满足生产的需要。
为了更好的分散长纤维束，所述设备主体7内设置有至少两条浸渍流道1，每条浸渍流道1上均设置有长纤维加入口和可控嵌件8，所有的浸渍流道1共享熔体入口和挤出口。长纤维束可以均匀分散为多束，每束加入到相应的一条浸渍流道1中，从而自然的分散长纤维束，然后通过可控嵌件8调节顶紧和分散程度，这样就可以使长纤维束浸渍更加均匀。当然，若是为了同时生产多束连续长纤维增强热塑性复合材料，则所有的浸渍流道1不必共享熔体入口和挤出口连通
为了更好的分散长纤维束，所述浸渍流道1上设置有至少两个长纤维加入口。长纤维加入口最好与可控嵌件8对应，即每个可控嵌件8的前面设置一个长纤维加入口，分成多束的长纤维分别从各个长纤维加入口中进入，然后受到可控嵌件8的顶紧分散，从而达到良好的分散效果。多个长纤维加入口可以和多个浸渍流道1配合，两者相互结构，根据要求选择浸渍流道1的数量和长纤维加入口的数量，达到最好的长纤维分散效果。
本发明的方法采用前述的设备运行，本发明的方法具有普遍性，其适用于前述设备的基础实施方式和改进的实施方式，其包括以下步骤：
a、将连续长纤维束按照纤维加入口的数量均分，当仅有一个长纤维加入口时则不必均分或者认为仅分为一束，将分好的连续长纤维束加入到浸渍流道1中，连续长纤维束在穿过浸渍流道1后从挤出口穿出，对连续长纤维束预加牵引力；在出料板5已经选定的情况下，连续长纤维束在穿过浸渍流道1后从出料板5穿出，对连续长纤维束预加牵引力；
b、利用浸渍流道1中的可控嵌件8的顶端顶紧连续长纤维束从而使连续长纤维束分散，并根据分散的要求调节可控嵌件8的深度；利用浸渍流道1中的可控嵌件3的顶端顶紧连续长纤维束从而使连续长纤维束分散，从而使其可以和后续加入的预热塑性树脂充分接触
c、将热塑性树脂通过熔体入口加入，然后进入浸渍流道1，利用加热器控制浸渍流道1中的温度，利用加热器使浸渍流道1中的温度相等，并且温度保持恒定以保证产品的质量；
d、浸渍后的连续长纤维束在浸渍流道1末端通过挤出口挤出成为长纤维增强热塑性复合材料，在需要成型的情况下，通过出料板5挤出成为预定形状预尺寸的长纤维增强热塑性复合材料；
e、将长纤维增强热塑性复合材料冷却、牵引、切粒成一定长度的连续长纤维增强热塑性复合材料料粒。