熔體供料裝置、連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔體供料裝置、連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置及方法，屬于連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的制備【技術領域】，熔體供料裝置包括主流道，主流道依次與一級分流道、二級分流道及三級分流道連通，一級分流道由主流道分出并沿主流道并聯(lián)分布；連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置包括浸漬單元，浸漬單元內(nèi)設置所述的熔體供料裝置及浸漬輥輪，其中，沿進料方向第一個下壓浸漬輥輪設置在熔體供料裝置的主流道正上方；連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型方法，包括預熱預分散、預熱張緊、浸漬、上光冷卻、收取等步驟。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，纖維預熱速度快、效率高，降低熔體流動阻力和受熱時間，預浸帶纖維浸潤效果良好。
【專利說明】熔體供料裝置、連續(xù)纖維増強熱塑性浸潰帶成型裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熔體供料裝置、連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置及方法，屬于連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的制備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料CFRTP是以連續(xù)纖維作為增強材料、以熱塑性樹脂為基體，通過特殊工藝制造的高強度、高剛性、高韌性的新型復合材料。由于CFRTP的增強纖維是連續(xù)的，其力學性能遠高于長纖維和短纖維增強熱塑性復合材料。
[0003]連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基浸漬帶是采用專有工藝，用熱塑性樹脂配混物充分浸漬連續(xù)纖維制成的帶狀半成品或制品。纖維呈單向或0/90雙向布置，帶中纖維含量40%-80%。塑料含量為60-20%。特點是沿纖維方向拉伸強度極高，已超過大多數(shù)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。起初，CFRTP主要用于航空航天和軍事等附加值極高的領域，基體采用特種工程塑料，如聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亞胺等；纖維采用高性能纖維，如碳纖維、芳綸等。但近年來，市場逐漸向汽車、體育、運輸、工業(yè)及其他領域開放，基體和纖維采用價格相對便宜的工程塑料、通用塑料，如尼龍、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等，纖維用玻璃纖維。
[0004]專利CN101474868A，公開了一種連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂復合材料預浸帶的制備設備，該設備包括紗架、張力調(diào)節(jié)裝置、靜電消除裝置、預加熱烘箱、張力調(diào)節(jié)裝置、雙擠出模頭、三輥浸漬裝置、冷卻輥壓裝置和牽引卷繞裝置，該設備采用交錯的雙擠出模頭對連續(xù)纖維帶進行預浸漬。僅采用預加熱烘箱對纖維進行加熱，空氣加熱，傳熱效率不高。
[0005]專利CNCN102950780A涉及一種連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料預浸帶的制備裝置及其應用，該裝置包括紗架、纖維絲束張力調(diào)解裝置牽引裝置，纖維分散張力調(diào)節(jié)裝置、壓平定型裝置、收卷裝置，還包括浸漬復合裝置，所述的浸漬復合裝置包括復合輥、雙向火焰噴涂頭和粉末回收裝置。主要采用雙向火焰噴涂粉狀樹脂與纖維共熱浸漬。
[0006]實用新型專利CN202895503U公開了一種連續(xù)長纖維增強熱塑性樹脂成型用的熔融浸漬機頭，機頭內(nèi)設有熔體分配流道和浸漬流道，熔體分配流道的各個出料口通過出料輥與浸漬流道連接；浸漬流道兩端為入口通道和出口通道，入口通道與出料輥之間設置至少一組張力輥，出口通道與出料輥之間設置至少一組張力輥。該專利的浸漬機頭進料流道采用多級分支的結(jié)構(gòu)形式，多級分流道串聯(lián)，流道較長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)以上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種熔體供料裝置，熔體流道流程短，降低熔體流動阻力和受熱時間，預浸帶纖維浸潤效果良好。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于:提供一種連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，結(jié)構(gòu)簡單，纖維預熱速度快、效率高。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于:提供一種采用上述連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型方法，預浸帶纖維浸漬效果好。
[0010]本發(fā)明所述的熔體供料裝置，包括主流道，主流道依次與一級分流道、二級分流道及三級分流道連通，一級分流道由主流道分出并沿主流道并聯(lián)分布。主流道沿熔體流動方向直徑逐步變小。
[0011]所述的主流道沿熔體流動方向直徑逐段變小，其中，同一段的直徑相等，相鄰段之間通過過渡倒角連接過渡。
[0012]所述的主流道沿熔體流動方向的后一段的直徑相對其前一段的直徑遞減幅度為2%?20%。過渡倒角為45°?60°。
[0013]所述的一級分流道、二級分流道及三級分流道依次串聯(lián)，一級分流道、二級分流道與主流道處于同一平面，三級分流道垂直于該平面并對稱分布在主流道兩側(cè)，三級流道端部設置出料口。
[0014]連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，包括浸漬單元，浸漬單元內(nèi)設置所述的熔體供料裝置及浸漬輥輪，其中，沿進料方向第一個下壓浸漬輥輪設置在熔體供料裝置的主流道正上方。
[0015]還包括依次設置的放線單元、預熱預分散單元、預熱張緊單元、壓延冷卻單元及張緊卷曲單元，浸漬單元設置在預熱張緊單元與壓延冷卻單元之間。
[0016]所述的預熱預分散單元包括預熱預分散單元外殼，其入口處設置預熱預分散單元入口，其出口處設置預熱預分散單元出口，其內(nèi)部設置預熱預分散輥輪，預熱預分散單元外殼上設置預熱預分散單元加熱套。
[0017]所述的預熱張緊單元包括預熱張緊單元外殼，其入口處設置預熱預張緊單元入口，其出口處設置預熱預張緊單元出口，其內(nèi)部設置預熱預張緊輥輪，預熱張緊單元外殼上設置預熱張緊單元加熱套。
[0018]連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型方法，包括以下步驟:
[0019]a、將紗架上不同位置上的纖維紗引出，沿水平方向進入預熱預分散單元，纖維紗通過在多個預熱預分散輥輪表面滑移、摩擦，進行初步預熱及分散纖維束后引出；
[0020]b、將由預熱預分散單元引出的纖維紗引入預熱張緊單元，經(jīng)多個預熱張緊輥輪表面滑移、摩擦，進行張緊及進一步預熱后引出；
[0021]C、將由預熱張緊單元引出的纖維紗引入浸漬單元，進入熔體供料裝置浸漬，再經(jīng)各浸漬輥輪，使纖維在熔體中強制浸漬、均勻分散，由浸漬單元口模引出；
[0022]d、將浸漬的纖維紗引入壓延輥上光、冷卻，即為所需的浸漬帶，進入張緊卷取單元，浸漬帶經(jīng)張力輥，最終由卷取輥收卷，即可得到纖維分散均勻、浸漬良好的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂浸漬帶。
[0023]所述的預熱預分散單元、預熱張緊單元、浸漬單元分別采用預熱預分散單元加熱套、預熱張緊單元加熱套、浸漬單元加熱套加熱，預熱預分散單元加熱套、預熱張緊單元加熱套的加熱溫度高出浸漬單元加熱套設定加熱溫度10?50°C。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
[0025]1、本熔體供料裝置通過采用并聯(lián)式分流道結(jié)構(gòu)，可大幅度縮短流道長度，降低熔體流動阻力和受熱時間，熔體流動性好，出料均勻穩(wěn)定。
[0026]2、主流道采用分段并向遠端直徑逐段縮小結(jié)構(gòu)，以提高遠端熔體的壓力，彌補遠端熔體的壓力降。
[0027]3、本連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置通過預熱預分散單元可使纖維紗在熔體浸漬之前就能充分分散，將連續(xù)纖維通過預熱預分散單元和預熱張緊單元兩個單元加熱，纖維在預分散和張緊的同時，與輥輪表面直接接觸傳導吸收熱量，通過輥輪直接傳導熱量，克服了烘箱空氣傳熱效率低的缺點，使纖維預熱速度快、效率高，以利于纖維的浸漬。
[0028]4、主流道與第一個下壓浸漬輥輪上下正對應，三級分流道及出料口分設在第一個壓浸漬輥輪兩側(cè)，預浸帶纖維經(jīng)過時，與前側(cè)的出料口接觸，樹脂進入纖維束之間，經(jīng)第一個下壓浸漬輥輪擠壓，再與后側(cè)的出料口接觸，再次浸漬，然后經(jīng)后續(xù)的浸漬輥輪多次擠壓，使樹脂均勻充分的浸漬在纖維上，浸漬效果好。
[0029]5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、纖維紗預熱效率高，熔體流道流程短、流動阻力小，預浸帶纖維浸漬效果好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是熔體供料裝置俯視圖；
[0032]圖3是熔體供料裝置主視圖。
[0033]圖中:10、放線單元；11、紗架；12、紗輥；13、下導向輪；14、上導向輪；20、預熱預分散單元；21、預熱預分散單元入口 ；22、預熱預分散單元觀察口螺栓；23、預熱預分散單元外殼；24、預熱預分散棍輪；25、預熱預分散單元出口 ；26、預熱預分散單元加熱套；30、預熱張緊單元；31、預熱張緊單元入口 ；32、預熱張緊單元觀察口螺栓；33、預熱張緊輥輪；34、預熱張緊單元外殼；35、預熱張緊單元出口 ；36、預熱張緊單元加熱套；40、浸漬單元；41、浸漬單元入口 ；42、第一個下壓浸漬輥輪；43、熔體供料裝置；44、浸漬輥輪；45、浸漬單元外殼；46、浸漬帶口模；47、浸漬單元加熱套；50、壓延冷卻單元；51、壓延輥；52、浸漬帶；60、張緊卷取單元；61、張力輥；62、卷取輥。4301、主流道；4302、一級分流道；4303、二級分流道；4304、三級分流道；4305、出料口 ；4306、過渡倒角。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述。
[0035]如圖2?3所示，熔體供料裝置43包括主流道4301，主流道4301依次與一級分流道4302、二級分流道4303及三級分流道4304連通，一級分流道4301由主流道4301分出并沿主流道4301并聯(lián)分布。主流道4301沿熔體流動方向直徑逐步變小，直徑變化方式可以為漸變或者逐段遞減方式，本實施例將主流道4301分成多段，每一段直徑遞減，同一段的直徑相等，沿熔體流動方向的后一段的直徑相對其前一段的直徑遞減幅度為2%?20%，相鄰段之間通過過渡倒角4306連接過渡，過渡倒角4306角度為45°?60°。
[0036]—級分流道4302、二級分流道4303及三級分流道4304依次串聯(lián)，一級分流道4302、二級分流道4303與主流道4301處于同一平面，三級分流道4304垂直于該平面并對稱分布在主流道4301兩側(cè)，三級流道4304端部設置出料口 4305。一級分流道4302在等直徑主流道段的數(shù)量為I?4個，如2個，與一個一級分流道4302相通的二級分流道4303數(shù)量為I?2個，與一個二級分流道4303相通的三級分流道4304數(shù)量為I個，主流道4301、一級分流道4302及二級分流道4303截面均為圓形，三級分流道4304截面為方形。
[0037]如圖1所示，連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，包括依次設置的放線單元10、預熱預分散單元20、預熱張緊單元30、浸漬單元40、壓延冷卻單元50及張緊卷曲單元60。
[0038]放線單元10包括紗架11，紗架11上設置多排紗輥12，放線單元10與預熱預分散單元20之間設置一次設置下導向輪13、上導向輪14，其中，上導向輪14與預熱預分散單元20入口對應水平設置，纖維紗沿各個角度由紗輥12上引出，經(jīng)下導向輪13統(tǒng)一方向，再經(jīng)上導向輪14轉(zhuǎn)為水平后進入預熱預分散單元20。
[0039]預熱預分散單元30包括預熱預分散單元外殼23，其入口處設置預熱預分散單元入口 21，其出口處設置預熱預分散單元出口 25，其內(nèi)部設置預熱預分散輥輪24，預熱預分散單元外殼23上設置預熱預分散單元加熱套26，預熱預分散單元外殼23上還設置有預熱預分散單元觀察口螺栓22，通過預熱預分散單元加熱套26進行加熱，通過預熱預分散輥輪24傳導熱量，傳導效率高。
[0040]預熱張緊單元30包括預熱張緊單元外殼34，其入口處設置預熱預張緊單元入口31，其出口處設置預熱預張緊單元出口 35，其內(nèi)部設置預熱預張緊輥輪33，預熱張緊單元外殼34上設置預熱張緊單元加熱套36，預熱張緊單元外殼34上還設置預熱張緊單元觀察口螺栓32，通過預熱張緊單元加熱套36進行加熱，通過預熱張緊輥輪33傳導熱量，傳導效率高。
[0041 ] 浸漬單元40包括浸漬單元外殼45，其入口處設置浸漬單元入口 41，其出口處設置浸漬帶口模46，浸漬單元外殼45上設置浸漬單元加熱套47，浸漬單元40內(nèi)前部設置熔體供料裝置43，沿進料方向第一個下壓浸漬輥輪42設置在熔體供料裝置43的主流道4301正上方，熔體供料裝置43后側(cè)設置多個依次上下布置的浸漬輥輪44。預熱預分散單元加熱套26、預熱張緊單元加熱套36的加熱溫度高出浸漬單元加熱套47設定加熱溫度10?50°C。
[0042]壓延冷卻單元50內(nèi)設置壓延輥51，張緊卷取單元60內(nèi)設置張力輥61及卷取輥
62ο
[0043]連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型方法，包括以下步驟:
[0044]a、將紗架11上不同位置上的纖維紗引出，沿水平方向進入預熱預分散單元20，纖維紗通過在多個預熱預分散輥輪24表面滑移、摩擦，進行初步預熱及分散纖維束后引出；
[0045]b、將由預熱預分散單元引出的纖維紗引入預熱張緊單元30，經(jīng)多個預熱張緊輥輪33表面滑移、摩擦，進行張緊及進一步預熱后引出；
[0046]C、將由預熱張緊單元30引出的纖維紗引入浸漬單元40，進入熔體供料裝置43浸漬，再經(jīng)各浸漬輥輪44，使纖維在熔體中強制浸漬、均勻分散，由浸漬單元口模46引出；
[0047]d、將浸漬的纖維紗引入壓延輥51上光、冷卻，即為所需的浸漬帶，進入張緊卷取單元60，浸漬帶經(jīng)張力輥61，最終由卷取輥62收卷，即可得到纖維分散均勻、浸漬良好的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂浸漬帶。
【權(quán)利要求】
1.一種熔體供料裝置，包括主流道(4301)，其特征在于:主流道(4301)依次與一級分流道(4302)、二級分流道(4303)及三級分流道(4304)連通，一級分流道(4301)由主流道(4301)分出并沿主流道(4301)并聯(lián)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔體供料裝置，其特征在于:所述的主流道(4301)沿熔體流動方向直徑逐段變小，其中，同一段的直徑相等，相鄰段之間通過過渡倒角(4306)連接過渡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔體供料裝置，其特征在于:所述的主流道(4301)沿熔體流動方向的后一段的直徑相對其前一段的直徑遞減幅度為2%?20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的熔體供料裝置，其特征在于:所述的一級分流道(4302)、二級分流道(4303)及三級分流道(4304)依次串聯(lián)，一級分流道(4302)、二級分流道(4303)與主流道(4301)處于同一平面，三級分流道(4304)垂直于該平面并對稱分布在主流道(4301)兩側(cè)，三級流道(4304)端部設置出料口(4305)。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述的熔體供料裝置的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，包括浸漬單元(40)，其特征在于:浸漬單元(40)內(nèi)設置所述的熔體供料裝置(43)及浸漬輥輪(44)，其中，沿進料方向第一個下壓浸漬輥輪(42)設置在熔體供料裝置(43)的主流道(4301)正上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，其特征在于:還包括依次設置的放線單元(10)、預熱預分散單元(20)、預熱張緊單元(30)、壓延冷卻單元(50)及張緊卷曲單元(60)，浸漬單元(40)設置在預熱張緊單元(30)與壓延冷卻單元(50)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，其特征在于:所述的預熱預分散單元(30)包括預熱預分散單元外殼(23)，其入口處設置預熱預分散單元入口(21)，其出口處設置預熱預分散單元出口(25)，其內(nèi)部設置預熱預分散輥輪(24)，預熱預分散單元外殼(23)上設置預熱預分散單元加熱套(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置，其特征在于:所述的預熱張緊單元(30)包括預熱張緊單元外殼(34)，其入口處設置預熱預張緊單元入口(31)，其出口處設置預熱預張緊單元出口(35)，其內(nèi)部設置預熱預張緊輥輪(33)，預熱張緊單元外殼(34)上設置預熱張緊單元加熱套(36)。
9.一種應用如權(quán)利要求5所述的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型裝置的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型方法，其特征在于，包括以下步驟: a、將紗架(11)上不同位置上的纖維紗引出，沿水平方向進入預熱預分散單元(20)，纖維紗通過在多個預熱預分散輥輪(24)表面滑移、摩擦，進行初步預熱及分散纖維束后引出； b、將由預熱預分散單元引出的纖維紗引入預熱張緊單元(30)，經(jīng)多個預熱張緊輥輪(33)表面滑移、摩擦，進行張緊及進一步預熱后引出； c、將由預熱張緊單元(30)引出的纖維紗引入浸漬單元(40)，進入熔體供料裝置(43)浸漬，再經(jīng)各浸漬輥輪(44)，使纖維在熔體中強制浸漬、均勻分散，由浸漬單元口模(46)引出； d、將浸漬的纖維紗引入壓延輥(51)上光、冷卻，即為所需的浸漬帶，進入張緊卷取單元(60)，浸漬帶經(jīng)張力輥(61)，最終由卷取輥(62)收卷，即可得到纖維分散均勻、浸漬良好的連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂浸漬帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連續(xù)纖維增強熱塑性浸漬帶成型方法，其特征在于:所述的預熱預分散單元(20)、預熱張緊單元(30)、浸漬單元(40)分別采用預熱預分散單元加熱套(26)、預熱張緊單元加熱套(36)、浸漬單元加熱套加熱(47)，預熱預分散單元加熱套(26)、預熱張緊單元加熱套(36)的加熱溫度高出浸漬單元加熱套(47)設定加熱溫度10?50°C。
【文檔編號】B29C70/50GK104441323SQ201410811846
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】譚洪生 申請人:譚洪生