被覆单元的制作方法

本实用新型涉及一种被覆单元及利用此被覆单元的长纤维增强聚合物条带的制造方法，具体而言，涉及一种被覆单元及利用此被覆单元的长纤维增强聚合物条带的制造方法，通过使熔融的聚合物树脂均匀地浸透到纤维之间，可以提高纤维和聚合物树脂之间的附着力，并且可以防止被覆聚合物树脂的过程中纤维各自以不同的速度移动。

背景技术：

通常，为了提高以热塑性树脂成型的成型品的强度、耐热性、尺寸稳定性等的物理性能，广泛使用把玻璃纤维或者碳纤维等的增强纤维添加到树脂的纤维强化热塑性树脂。此种纤维强化树脂的制造方法中普遍使用的方法是，把玻璃纤维或碳纤维等增强纤维与树脂一起在挤压机混炼，形成由树脂和增强纤维构成的模塑料，然后通过冷却及切割工艺制造片状的纤维强化树脂组成物。

但是，对于上述方法，由于加工工艺上的问题等原因，可使用的增强纤维的长度在片状时不到0.3mm，因此无法期待充分的增强效果。为了克服这些问题，作为使被切断的玻璃纤维与聚合物树脂混合的方法的替代方法，还有下述的方法：在把连续的玻璃纤维用聚合物树脂涂覆后，以长度2-3mm切割并与聚合物树脂混合；但这都是为了提高成型品的强度、耐热性、尺寸稳定性的方法，并不使用长纤维增强聚合物条带制造产品。

目前广泛使用的利用高粘度树脂的长纤维束的涂覆方法使构成长纤维束的众多纤维广泛展开，并使聚合物树脂均匀地浸透到各纤维之间。这是为了提高聚合物树脂和纤维的附着力。

但是，会发生构成长纤维束的很多纤维不是一直以一定形状展开的问题，即，存在所述纤维挤到特定部分的问题。

而且，所述纤维广泛展开时各纤维移动的距离不同，因此作用于各纤维的张力彼此不同，结果构成长纤维束的很多纤维各自以不同的速度移动，发生降低条带的强度的问题。

技术实现要素：

要解决的课题

本实用新型的目的在于提供一种被覆单元和利用此被覆单元的长纤维增强聚合物条带的制造方法，通过把熔融的聚合物树脂均匀地浸透到纤维之间，可以提高纤维和聚合物树脂之间的附着力。

本实用新型的另一个目的是提供一种被覆单元和利用此被覆单元的长纤维增强聚合物条带的制造方法，可以防止被覆聚合物树脂的过程中纤维各自以不同的速度移动。

课题解决手段

为了解决上述问题，根据本实用新型的优选实施方案的被覆单元包括：本体，所述本体在内部沿着长度方向形成中空，在一端形成有熔融的聚合物树脂流入所述中空的流入口和长纤维束流入所述中空的投入口，并在另一端形成有排出口；多个第1水平销子构件，所述多个第1水平销子构件在所述中空中在水平方向设置，且以预定间隔相互隔离的方式设置；及多个垂直销子构件，所述多个垂直销子构件自第1水平销子构件的后方在垂直方向设置，且在水平方向以预定间隔相互隔离的方式设置。所述长纤维束由多条纤维构成，经过投入口投入到中空的长纤维束在依次经过第1水平销子构件和垂直销子构件时由聚合物树脂被覆，之后经过排出口排出到外部。而且，长纤维束接触多个第1水平销子构件的外表面并以之字形移动，从而紧贴于第1水平销子构件的外表面并广泛展开，并在多个垂直销子构件之间移动时，经过两侧的垂直销子构件使长纤维束聚集到垂直方向。并且，被覆长纤维束的聚合物树脂经过排出口排出，并形成与排出口的形状相应的横截面形状。

优选地，所述被覆单元包括一对第2水平销子构件，所述一对第2水平销子构件自垂直销子构件的后方在水平方向设置，且在垂直方向以预定间隔相互隔离的方式设置。所述一对第2水平销子构件使长纤维束位于被覆该长纤维束的聚合物树脂的中央。

优选地，所述投入口是多个以预定间隔隔离的方式形成的投入口。

另一方面，本实用新型的长纤维增强聚合物条带的制作方法包括以下步骤：(a)把多条纤维合在一起构成的长纤维束投入到被覆单元，并把聚合物树脂注入到被覆单元；(b)通过把长纤维束在左右方向广泛展开，使聚合物树脂浸透在广泛展开的长纤维束的纤维之间；(c)把浸透有聚合物树脂的广泛展开的长纤维束在高度方向聚集，使聚合物树脂浸透到长纤维束的两侧；以及(d)在所述(c)步骤之后经过排出口排出被覆有聚合物树脂的长纤维束。

优选地，在上述(c)步骤和(d)步骤之间包括如下步骤：调整长纤维束的位置，以使所述长纤维束位于被覆所述长纤维束的聚合物树脂的中央。

另一方面，优选多个长纤维束以预定间隔相互隔离的方式下投入到被覆单元。

在这里，上述(b)步骤中，通过长纤维束接触以预定间隔相互隔离的方式设置的多个第1水平销子构件的外表面并以之字形移动，使长纤维束广泛展开。

另外，上述(c)步骤中，长纤维束在多个垂直销子构件之间移动，并通过垂直销子构件使长纤维束在高度方向聚集。

并且，制造的长纤维增强聚合物条带的断裂伸长率优选8％至15％。

实用新型的效果

根据本实用新型的被覆单元及利用此被覆单元的长纤维增强聚合物条带的制造方法，通过使熔融的聚合物树脂均匀地浸透到纤维之间，可以提高纤维和聚合物树脂之间的附着力，可以防止被覆聚合物树脂的过程中纤维各自以不同的速度移动，可以防止被覆聚合物树脂的过程中纤维聚集到一边。

根据本实用新型的示例性实施方案，通过在长纤维束和聚合物树脂汇合的部分维持使聚酯长纤维束不收缩的高张力状态，可以生产出伸长率为8％-15％的在聚酯长纤维束的外表面均匀地浸透高粘度的聚合物熔融树脂并且在聚酯纤维的外表面均匀地被覆有聚合物熔融树脂的条带。通过上述方式制造的长纤维增强聚合物条带可以用作用于增强加筋土挡土墙、斜面、脆弱的地基、临时建筑物等的增强材料。

附图说明

图1是表示用于根据本实用新型的优选实施例制造长纤维增强聚合物条带的装置的主要结构示意图；

图2是表示图1的装置具备的十字头和被覆单元的纵截面示意图；

图3a是表示图2的被覆单元的水平截面示意图；

图3b是表示图2的被覆单元的纵截面示意图；

图4a是表示长纤维束流入图2的被覆单元的示意图；

图4b和图4c是表示长纤维束紧贴图2的被覆单元所具备的第1水平销子构件并左右广泛展开的示意图；

图4d是表示长纤维束经过图2的被覆单元所具备的垂直销子构件之间并在垂直方向聚集的示意图；

图4e是表示长纤维束经过图2的被覆单元所具备的第2水平销子构件之间的示意图；

图4f是表示被覆有聚合物树脂的长纤维束经过图2的被覆单元所具备的排出口排出的示意图；

图5是表示为了测定根据本实用新型制造的长纤维增强聚合物条带的附着强度的测试示意图。

<符号说明>

1,2:长纤维束 5:长纤维增强聚合物条带

10:筒子架 20:十字头

30:被覆单元 40:冷却构件

42:缠绕构件 44:卷绕机

100:长纤维增强聚合物条带制造装置

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本实用新型的优选实施例。在此之前，本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于普通的含义或词典上的含义，为了以最佳方式描述其自身的实用新型，发明人可以适当地定义术语的概念，并应以此为原则解释为与本实用新型的技术构思一致的含义和概念。因此，本说明书中描述的实施例和附图中所示的结构仅是本实用新型的一个最优选实施例，并不代表本实用新型的所有技术构思。因此，应该理解提出本申请时还存在各种可以替代的多样的等同例和变形例。

图1是表示用于制造本实用新型的优选实施例的长纤维增强聚合物条带的装置的主要结构示意图，图2是表示上述装置所具备的十字头和被覆单元的纵截面示意图。

参考附图，长纤维增强聚合物条带的制造装置100具有：缠绕长纤维束1的筒子架10，把长纤维束1移动到十字头20的供应构件12使聚合物树脂熔融并提供该聚合物树脂的聚合物树脂进料器14，使熔融的聚合物树脂流入的十字头20，使经过十字头20的聚合物树脂与长纤维束2汇合并使聚合物树脂被覆纤维的被覆单元30，用于冷却从被覆单元30排出的长纤维增强聚合物条带5的冷却构件40，以一定速度拉伸制造的长纤维增强条带5的缠绕构件42，以及把上述条带5以一定长度卷绕的卷绕机44。

在上述筒子架10缠绕长纤维束1。从筒子架10释放出来的长纤维束1经过十字头20流入到被覆单元30。供应构件12由多个滚轮构成，通过所述滚轮的旋转，长纤维束1移动到十字头20。聚合物树脂进料器14内部收纳熔融的聚合物树脂，并把收纳的聚合物树脂供应到十字头20。十字头20在其内部具备螺纹接口21和从聚合物树脂进料器14供应的聚合物树脂流入的流入通路23。经过螺纹接口21的长纤维束1流入到被覆单元30。冷却构件40是内部收纳冷水的水槽，其利用所述冷水冷却条带5。缠绕构件42通过旋转马达(未图示)旋转拉伸条带5，卷绕机44在其外围缠绕条带5。

本实用新型的特点如下：利用被覆单元30，可以将聚合物树脂均匀地被覆于长纤维束2，可以防止在被覆聚合物树脂的过程中纤维各自以不同的速度移动。根据本实用新型制造的条带5可以用作用于增强加筋土挡土墙、斜面、脆弱的地基、临时建筑物等的增强材料。

上述结构要素中的筒子架10、供应构件12、聚合物树脂进料器14、十字头20、冷却构件40、缠绕构件42以及卷绕机44具有为了制造长纤维增强聚合物条带的通常构造。

另一方面，优选地，通过使通过供应构件12流入到十字头20的长纤维束1的速度和通过缠绕构件42缠绕条带5的速度保持一致，以便维持长纤维束1,2具有一定的张力。由此，可以防止长纤维束1经过十字头20时发生的热收缩，发挥作为土木用增强材料的功能。长纤维束1被分离成预定数的长纤维束2并被投入到被覆单元30，在这里，长纤维束1表示上述分离前的长纤维束，长纤维束2表示上述分离后的长纤维束。

作为本实用新型使用的长纤维束1，可以使用聚酯长纤维束等，作为聚合物树脂，可以使用熔体指数(MI)为1-10的聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂、和聚酯树脂。所述条带5的横截面积中，长纤维束2占据的面积在条带5的整体截面积中占20-80％。长纤维束2的面积不到20％时，不能充分发挥纤维的增强功能；长纤维束2的面积超过80％时，纤维不能通过聚合物树脂得到充分的保护，因此降低耐损坏性。

如图3a至图4f所示，所述被覆单元30包括：内部形成中空的本体31，在所述中空的水平方向设置的第1水平销子构件35a,35b,35c，自第1水平销子构件35a,35b,35c的后方在垂直方向设置的垂直销子构件36以及自垂直方向的销子构件36的后方在水平方向设置的第2水平销子构件37。另外，本说明书中的“水平方向”或“左右方向”不仅表示“±y轴方向”，还包括接近±y轴的方向，“垂直方向”或者“高度方向”不仅表示“±z轴方向”，还包括接近±z轴的方向。即，“水平方向”或者“左右方向”不仅是±y轴方向，还包括比±z轴更接近于±y轴的方向，“垂直方向”或者“高度方向”不仅是±z轴方向，还包括比±y轴更接近于±z轴的方向。

所述本体31的长边在x方向，在其内部在长度方向(x方向)形成中空。本体31的一侧端部形成流入口32和投入口33，本体31的另一侧端部形成排出口34。经过流入通路23移动的聚合物树脂经过流入口32流入到中空，从螺纹接口21排出的长纤维束1经过投入口33流入到中空，以聚合物树脂被覆的长纤维束2经过排出口34排出至外部。如图4a所示，投入口33是多个以预定间隔隔离的方式形成的结构，以预定数分离的长纤维束2经过各个投入口33。另外，如图4f所示，被覆长纤维束2的聚合物树脂形成与排出口34相应的形状并被排出到外部。图中有3个投入口33，但投入口33的个数可以适当增减。而且，图中的排出口34是矩形，但排出口34不仅可以是矩形，还可以根据所要制造的条带5的截面形状做成各种形状。

第1水平销子构件35a,35b,35c在所述中空的水平方向设置多个，并以预定间隔相互隔离的方式设置。

如图3b、图4b以及图4c所示，长纤维束2接触第1水平销子构件35a,35b,35c的外表面并以之字形移动，使构成长纤维束2的众多纤维在第1水平销子构件35a,35b,35c的外表面广泛展开并与之紧贴。为此，优选地，多个第1水平销子构件35a,35b,35c以在z方向上保持不同高度的方式设置。

构成长纤维束2的众多纤维紧贴于第1水平销子构件35a,35b,35c的外表面，并在左右方向(即，±y轴方向)广泛展开，使聚合物树脂均匀地浸透所述各个纤维之间，被覆所述纤维。

如图3a和图4d所示，垂直销子构件36在第1水平销子构件35a,35b,35c的后方在垂直方向(高度方向)设置，并在水平方向(左右方向)以预定间隔相互隔离的方式设置，使长纤维束2以等间距相互分离。所述预定间隔是可以在垂直方向聚集通过第1水平销子构件35a,35b,35c左右广泛展开的长纤维束2的间隔，由此经过垂直销子构件36之间的长纤维束2由于两侧的垂直销子构件36在垂直方向聚集。由此，长纤维束2可以在垂直方向聚集，并且聚合物树脂可以容易地浸透到长纤维束2的两侧。

第2水平销子构件37从垂直销子构件36的后方在水平方向设置，且在垂直方向以预定间隔相互隔离的方式设置。如图3a和图4e所示，一对第2水平销子构件37使长纤维束2位于被覆长纤维束2的聚合物树脂的中央。而且，一对第2水平销子构件37还起到把长纤维束2的z方向的高度对准排出口34的作用。

以聚合物树脂被覆的长纤维束2经过第2水平销子构件37后移动到排出口34。被覆长纤维束2的聚合物树脂经过排出口37时形成与排出口34的形状相应的横截面形状。

下面，对利用根据本实用新型的被覆单元30制造长纤维增强聚合物条带的制造过程进行说明。在上述制作过程中，利用筒子架10、供应构件12和十字头20把长纤维束1供应到被覆单元30的过程、利用聚合物树脂进料器14把熔融的聚合物树脂供应至十字头20的过程、利用冷却构件40冷却条带5的过程、利用缠绕构件42拉伸条带5并缠绕在卷绕机44的过程与通常的条带制造过程相同，因此在这里不再进行说明。

首先，熔融的聚合物树脂经过流入口32流入到中空，长纤维束1分离成预定数的长纤维束2并经过投入口33流入到中空。

长纤维束2以之字形经过多个第1水平销子构件35a,35b,35c，此时构成长纤维束2的众多纤维紧贴第1水平销子构件35a,35b,35c的外表面并在水平方向(左右方向)广泛展开，从而使聚合物树脂均匀浸透到各纤维之间并被覆纤维。

经过第1水平销子构件35a,35b,35c的长纤维束2经过垂直销子构件36之间。长纤维束2经过垂直销子构件36之间的同时被两侧的垂直销子构件36聚集到垂直方向(高度方向)。由此，可以使聚合物树脂容易地浸透到长纤维束2的两侧，并可以均匀地被覆纤维。

经过垂直销子构件36的长纤维束2经过一对第2水平销子构件37之间的同时位于聚合物树脂的中央，以聚合物树脂被覆的长纤维束2经过排出口34的同时形成与排出口34相应的截面。

由于长纤维束2在上述的中空中移动的路径几乎是直线，因此可以防止被覆聚合物树脂的过程中纤维各自以不同的速度移动。而且，长纤维束2通过第1水平销子构件35a,35b,35c在水平方向展开并通过垂直销子构件36在垂直方向聚集时，纤维不会聚在一边，因此聚合物树脂可以均匀地浸透到各纤维之间。

另外，下面比较了根据本实用新型制造的条带5和用现有的通常方法制造的条带。在以下的实施例中，根据ASTM D 6637测定了抗拉强度及伸长率。ASTM D 6637是把以(10±3)％/分的速度拉伸变形控制式拉伸试验机的上下安装夹具之间的距离并测定拉伸变形引起的拉伸应力。

而且，使用本申请人研究出的自定义实验法测定了纤维和聚合物树脂之间的附着强度。为了测定附着强度，在以格子形状排列/熔接长纤维增强聚合物条带并制造土工格栅样品后，利用上述自定义实验法在拉伸试验机(Instron 5585)中测定了纤维/聚合物树脂之间的附着强度。上述自定义实验法应用了日本使用的实验法ASTM D4776的H-Test实验法，如图5所示，该自定义实验法是一种如下的实验法：通过上侧的夹具62拉紧土工格栅7的纵向条带中的任一条，用下侧的夹具64固定横向条带，测定附着强度。

实施例1

向被覆单元30投入3束纤度为30000旦尼尔的聚酯高强度纱线，以70m/min的制造速度和1.07g/d的纤维张力制造了具有矩形横截面的长纤维增强聚合物条带5。作为聚合物树脂，使用了熔体指数为4的聚丙烯。表1表示了制造的条带5的拉伸强度、拉伸应变、LASE5％、附着强度。

实施例2

除了投入5束纤度为30000旦尼尔的聚酯高强度纱线之外，以与实施例1同样的方法制造了长纤维增强聚合物条带5。表1表示了制造的条带5的拉伸强度、拉伸应变、LASE5％、附着强度。

实施例3

除了把制造速度变为100m/min之外，以与实施例1同样的方法制造了长纤维增强聚合物条带5。表1表示了制造的条带5的拉伸强度、拉伸应变、LASE5％、附着强度。

比较例1

除了不使用根据本实用新型的被覆单元30之外，以与实施例1同样的方法制造了长纤维增强聚合物条带。表1表示了制造的条带5的拉伸强度、拉伸应变、LASE5％、附着强度。

比较例2

除了不使用根据本实用新型的被覆单元30之外，以与实施例3同样的方法制造了长纤维增强聚合物条带。表1表示了制造的条带5的拉伸强度、拉伸应变、LASE5％、附着强度。

<表1>

如表1所示，根据实施例1、2、3制造的长纤维增强聚合物条带5与比较例的长纤维增强聚合物条带相比，可以看出具有相似的强度、伸长率、LASE5％值，但附着强度高很多。这是由于实施例中制造的长纤维增强聚合物条带5中聚合物树脂浸透到纤维的外表面，提高了附着力。