本發(fā)明屬于符合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料拉擠型材的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
拉擠成型工藝主要用來生產(chǎn)復(fù)合材料產(chǎn)品，是復(fù)合材料業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一項工藝。近些年來隨著環(huán)境問題的日漸突出，采用拉擠工藝制造連續(xù)纖維增強熱塑性塑料復(fù)合材料越來越多地受到人們的關(guān)注。
盡管熱塑性塑料拉擠成型具有較強的柔韌性和抗沖擊性能、良好的抗破壞能力、損傷容限高、可補塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型時無需固化反應(yīng)、成型速度快及可以重復(fù)利用等特點，但迄今仍未獲得普遍的商業(yè)應(yīng)用。原因在于這種工藝受到以下缺點的制約：如熔體黏度高、成型溫度高、基體在室溫下呈固態(tài)，需要精確控制冷卻和熔體冷卻時收縮率大，產(chǎn)品質(zhì)量波動大等。
為了使熱塑性材料的拉擠成型應(yīng)用獲得更廣泛的應(yīng)用，重要的任務(wù)是開發(fā)最合適的加工工藝、降低成本和提高質(zhì)量。由于拉擠工藝本身是一種能夠經(jīng)濟的連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料的典型制造工藝，并且可以實現(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)及制品的用途廣泛，所以該工藝在工業(yè)發(fā)達國家已受到普遍重視，發(fā)展速度很快。如近年來，國外的熱塑性復(fù)合材料發(fā)展迅速，產(chǎn)生出熔體浸漬，熔體浸漬，粉末浸漬，混雜無捻粗紗法，反應(yīng)注射拉擠法，預(yù)聚體拉擠法等給熱塑性復(fù)合材料拉擠成型的工業(yè)應(yīng)用帶來突破性的推進。但是熱塑性樹脂拉擠需要增加一些特定的設(shè)備：如浸漬站（粉末或熔體槽）、特制的高硬度模具鋼，精密的機加工等，這些對于我們中小企業(yè)很難承擔(dān)設(shè)備的負擔(dān)，對于大型企業(yè)，相關(guān)設(shè)備的維護也很困難。
熱塑性樹脂基的拉擠成型在國外已經(jīng)進入實用階段，而在我國尚處于初步的探索應(yīng)用階段，要加快這一成型技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，關(guān)鍵點就是要充分掌握增強纖維的浸漬與工藝參數(shù)的正確選擇，并能力提高生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)隨著復(fù)合材料的發(fā)展，復(fù)合材料憑借其強度大，剛度高，密度輕的特性得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前復(fù)合材料發(fā)展的趨勢之一是用熱塑性復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱固性環(huán)氧復(fù)合材料。原因之一是熱塑性復(fù)合材料可以通過簡單加熱、熔化及冷卻成型，可以像金屬一樣進行焊接，為此熱塑性復(fù)合材料的發(fā)展對今后的市場產(chǎn)生很大的影響。據(jù)美國MarketsandMarkets公司發(fā)布的《熱塑性復(fù)合材料市場》報告顯示，到2020年，熱塑性復(fù)合材料制品市場將擴大到99億美元，從2015年到2020年，其復(fù)合材料年均增長率將達到6.5%。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料拉擠型材的生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥的作用下，將連續(xù)纖維展開到特定的面密度，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度相同的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明的拉擠型材生產(chǎn)工藝可適用性強，能夠生產(chǎn)出棒材，筋材，異型材等，能夠根據(jù)實際的需求合理的選擇樹脂和纖維，以達到最佳的經(jīng)濟效果。所生產(chǎn)的具有重量輕、比強度、比模量高，耐腐蝕、耐水性、耐磨擦性好；對多種酸、堿呈惰性，抗沖擊，致斷應(yīng)變值高；設(shè)計靈活性好，可選擇適當(dāng)?shù)睦w維種類、纖維含量和纖維取向來滿足具體用途的要求。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：
1本發(fā)明方法通過預(yù)浸料預(yù)熱直接在模具中成型的方法，解決了熱塑性復(fù)合材料拉擠成型中的需要通過如浸漬站（粉末或熔體槽）的浸漬需要復(fù)雜的工藝，以及樹脂基體粘度大，難以保證預(yù)浸料的浸漬，而產(chǎn)生大量的干紗。
2本發(fā)明方法中的原料及設(shè)備，包括對預(yù)浸料及成型方法的選擇，可以做到設(shè)備簡單，價格低廉，工藝要求不高，可達到低能耗高效率。
3本發(fā)明方法中由于使用預(yù)浸料成型，在產(chǎn)品中，可以通過混雜纖維方式，進行設(shè)計和制造產(chǎn)品，從而可以使材料的性能最佳化。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明所述的連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料拉擠型材的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)纖維展開到特定的面密度，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度相同的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
所述的連續(xù)纖維增強樹脂預(yù)浸料由包含以下重量份的組分制成：
連續(xù)纖維 55~70份；
熱塑性樹脂 30~45份；
所述的連續(xù)纖維選自無機連續(xù)纖維。
所述的無機連續(xù)纖維選自玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或玄武巖纖維，其中優(yōu)選玻璃纖維，玄武巖纖維。
所述的熱塑性樹脂選自聚丙烯，聚酰胺，聚乙烯，聚氯乙烯。
所述的聚丙烯為均聚聚丙烯、共聚聚丙烯。所述聚酰胺為聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺1010，聚酰胺1212等。所述聚乙烯為高密度聚乙烯，低密度聚乙烯。其中優(yōu)選聚丙烯，聚氯乙烯。
所述步驟（1）中的浮動張力輥為該輥與絲桿連接在一起，可根據(jù)需要上升或者下降。
所述步驟（1）中的差動式分散輥為多根圓輥焊接成一個大圓輥，當(dāng)連續(xù)纖維經(jīng)過其表面時，其轉(zhuǎn)速比正常生產(chǎn)的線速度要慢，呈間歇式與連續(xù)纖維接觸，將連續(xù)纖維 均勻的打散，又不損傷連續(xù)纖維。
所述步驟（1）中的其他圓輥為表面鍍有氧化鋁的多個圓輥，輥徑為100-500mm。
所述步驟（1）中的纖維展開密度為玻璃纖維800-1200g/m2，玄武巖纖維120-150g/ m2，碳纖維纖維180-240g/ m2，芳綸纖維180-240g/ m2。
所述步驟（1）中金屬輥壓冷卻的冷卻方式為自然冷卻，風(fēng)冷。
所述步驟（1）中預(yù)浸帶線分切的寬度為15-50mm。
所述步驟（2）中牽引速度為1-3min/min
所述步驟（2）中預(yù)熱區(qū)的溫度范圍為樹脂封玻璃化溫度高20℃。加熱方式為電加熱，紅外加熱。
所述步驟(2)中預(yù)熱區(qū)的范圍為1-3m。
所述步驟（2）中的模具中，熱模，過渡模，冷模為一體結(jié)構(gòu)。
所述步驟（2）中的模具中分布多個加熱區(qū)，熱模的溫度設(shè)置范圍為樹脂的玻璃化溫度→樹脂熔融溫度→樹脂玻璃化溫度。過渡區(qū)溫度為每個加熱段的溫度設(shè)置比玻璃化溫度低30-60℃。冷模的溫度為20-40℃
所述步驟（2）模具中熱模的加熱區(qū)域為3-7個，過渡模的加熱區(qū)域為1-3個，冷模的加熱區(qū)域為1-3個。
所述步驟（2）熱模長度為300-700mm，過渡模長度為100-300mm，冷模長度為300-700mm。
所述模具模腔應(yīng)拋光并鍍硬鉻，模具硬度應(yīng)達HRC70 ，粗糙度Rz<0 .4。
實施例中除特殊說明外，所用組分均為重量份。
實施例1：連續(xù)玻璃纖維增強聚丙烯棒材的制作
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)玻璃纖維展開1000g/㎡，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度15mm的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引速度為1.5m，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱溫度為185℃，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
實施例2：連續(xù)玄武巖纖維增強聚丙烯棒材的制作
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)玄武巖纖維展開1000g/㎡，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度25mm的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引速度為1.8m，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱溫度為182℃，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
實施例3： 連續(xù)碳纖維增強尼龍6筋材的制作
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)玄武巖纖維展開200g/㎡，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度25mm的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引速度為2m，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱溫度為242℃，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
實施例4： 連續(xù)芳綸纖維增強尼龍6型材的制作
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)玄武巖纖維展開200g/㎡，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度25mm的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引速度為2m，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱溫度為242℃，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
實施例5：連續(xù)玻璃纖維增強聚乙烯管材的制作
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)玻璃纖維展開1000g/㎡，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度15mm的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引速度為1.5m，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱溫度為155℃，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
實施例6：連續(xù)玄武巖纖維增強聚氯乙烯棒材的制作
（1）通過紗架將連續(xù)纖維鋪導(dǎo)出，經(jīng)過穿絲排，使連續(xù)纖維保持在同一平面內(nèi)；接著在浮動張力輥，差動式分散輥等其他多個圓輥的作用下，將連續(xù)玄武巖纖維展開1000g/㎡，然后與擠出熔融的熱塑性樹脂進行涂覆，在經(jīng)過W型模具型腔后，經(jīng)過連續(xù)金屬輥輥壓冷卻后，進行卷曲收卷，得到連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶，制作完成后對其帶狀材料進行分切，使其預(yù)浸帶切割為寬度25mm的預(yù)浸帶線；
（2）將步驟（1）所制備的預(yù)浸帶線放置于放卷軸上，開啟牽引，牽引速度為1.8m，牽引預(yù)浸帶線使其進入預(yù)熱區(qū)，預(yù)熱溫度為200℃，使其軟化，然后進入模具內(nèi)，通過預(yù)浸帶線在模具內(nèi)熱模，過渡模以及冷模后，牽引、導(dǎo)出，經(jīng)后期切割加工后，即可得到成品。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。