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1、(10)申请公布号 CN 103847111 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103847111 A (21)申请号 201210503383.5 (22)申请日 2012.12.01 B29C 70/52(2006.01) B29C 70/54(2006.01) (71)申请人 北京化工大学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路 15 号 (72)发明人 贾明印 薛平 陈同海 (54) 发明名称 一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种制备连续纤维增强热塑性 树脂片材的成型方法。本发明涉及的设备包括预 分散装置、 消除静电装置、 。
2、挤出机、 辐射熔融浸渍 装置、 二次浸渍装置、 牵引装置和收卷装置。 首先， 将连续纤维丝从纱架导入到预分散装置上， 预分 散装置在分散纤维的同时还对纤维进行加热和烘 干， 使纤维表面的温度达到熔融树脂的熔融温度 和表面处理剂的破坏温度之间， 以便更好的浸渍。 之后， 将预热的纤维通过消除静电装置， 接着将纤 维丝导入由挤出机供料的辐射熔融浸渍装置内， 在张力辊的作用下， 对纤维束进行浸渍， 然后将纤 维束引入二次浸渍装置实现再次浸渍， 以达到良 好的浸渍效果。 与现有技术相比， 本发明显著提高 了纤维束的浸渍效果， 整套成型设备结构简单， 操 作方便。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1。
3、 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103847111 A CN 103847111 A 1/1 页 2 1. 一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法， 其特征在于 ： 该成型方法涉及到的 设备依次包括 ： 预分散装置 （1） 、 消除静电装置 （2） 、 辐射熔融浸渍装置 （3） 、 挤出机 （4） 、 二 次浸渍装置 （5） 、 牵引装置 （6） 和收卷装置 （7） ， 辐射熔融浸渍装置 （3） 与挤出机 （4） 通过过 渡段连接。 2. 根据权利要求 1 所述的成。
4、型方法， 其特征在于所述的预分散装置 （1） 由 3-5 个分散 辊 （12） 组成， 分散辊直径为 40-100mm， 分散辊呈 “一” 字型排布， 间距为 40-100mm， 分散辊为 空心结构， 芯部由电加热棒 （11） 加热。 3. 根据权利要求 1 所述的成型方法， 其特征在于所述的辐射熔融浸渍装置 （3） 由 3-5 个等间距排布的第一张力辊 （9） 组成， 第一张力辊直径为 40-100mm， 相邻两个第一张力辊 水平方向之间的距离为 25-60mm， 每个第一张力辊上有 2 个呈辐射状的狭缝流道， 狭缝流道 间隙为 0.5-1.5mm， 狭缝流道的夹角为 45 -90， 包覆角。
5、通过浮动辊 （10） 来调整。 4. 根据权利要求 1 所述的成型方法， 其特征在于二次浸渍装置 （5） 由 3 个等间距 “一 字型” 排布的第二张力辊 （8） 组成 , 第二张力辊直径为 200-300mm， 相邻两个第二张力辊水 平方向之间的距离为 200-300mm ； 第二张力辊 （8） 由芯部导热油加热。 5. 一种根据权利要求 14 之一所述的成型方法制备的连续纤维增强热塑性树脂片材， 其特征在于 ： 所用的材料包括热塑性树脂、 连续纤维、 界面改性剂、 抗氧剂、 润滑剂， 其中所 用的热塑性树脂为聚丙烯、 尼龙、 聚对苯二甲酸类塑料、 聚醚醚酮中的一种或几种， 所用的 连续纤维。
6、为玻璃纤维或碳纤维 ； 该方法包括以下步骤 ： （1） 首先， 将连续纤维束按照波浪型绕过预分散装置 （1） 的分散辊， 经过分散辊的分散 作用， 连续纤维束被均匀分散， 并被平铺展开为预定宽度的纤维带， 纤维带在分散的同时被 加热棒 （11） 加热， 以达到设定的温度 ； （2） 之后， 连续纤维带经过消除静电装置 （2） ， 消除由于摩擦产生的静电 ； （3） 连续纤维带经过预分散和消除静电后， 被导入辐射熔融浸渍装置 （3） ， 辐射熔融浸 渍装置 （3） 与挤出机 （4） 通过过渡段连接， 热塑性树脂通过挤出机 （4） 熔融后， 在螺杆的挤 压作用下进入辐射熔融浸渍装置 （3） 的第一。
7、张力辊 （9） 的狭缝流道， 热塑性树脂熔体流经 狭缝流道时受到强烈的剪切作用， 熔体粘度降低， 并在第一张力辊 （9） 的狭缝流道的出口处 与通过其表面的连续纤维带发生浸渍， 在一定的熔体压力作用下浸渍到纤维带的内部， 形 成预浸带 ； （4） 之后， 预浸带被导入二次浸渍装置 （5） ， 在 “一” 字型排布的第二张力辊 （8） 的作用 下， 使已渗入到纤维带内部的熔体继续沿纤维横向和纵向流动， 使熔体在纤维带中的分布 更加均匀， 浸渍带经过多次辊压， 使纤维带被熔体完全浸润 ； （5） 之后， 预浸带在牵引装置 （6） 的作用下导出二次浸渍装置 （5） ， 自然冷却后， 经过收 卷装置 。
8、（7） 收卷， 其中预浸带的厚度可由牵引装置 （6） 的两个辊轮之间的间隙来调整。 权 利 要 求 书 CN 103847111 A 2 1/3 页 3 一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法 技术领域 0001 本发明涉及一种复合材料的制备， 具体地说， 是一种连续纤维增强热塑性树脂片 材的成型方法。 背景技术 0002 长纤维增强热塑性塑料具有重量轻、 价廉、 易于回收重复利用等特点， 已成为热塑 性塑料市场增长最快的产品之一。它不仅广泛应用于航天航空和军事领域， 而且在能源交 通、 信息通讯和建材领域等方面的应用也与日俱增。 0003 到目前为止， 国内已经公开了一些的制备连续纤维增强。
9、热塑性树脂的浸渍设备与 浸渍方法， 这些成型方法的共同特点是浸渍设备比较单一， 附属设备复杂化， 由于绝大多数 的热塑性熔体在低剪切速率下， 具有高的粘度和低的假塑性， 很难渗入到几微米或十几微 米的纤维中， 难以使纤维束获得完全均匀地浸渍， 而且聚合物熔体的粘度较高， 纤维完全浸 渍需要较高的温度、 压力和时间。例如 ： 在公开号为 CN101856872A 的中国发明专利中， 将 预热后的的连续纤维带导入交错可开合双挤出模头组进行预浸渍， 这种浸渍工艺方法是波 浪型浸渍， 浸渍的过程只能依靠纤维的绷劲力和模头口喷出熔融树脂的压力或者模头紧压 纤维束的力进行浸渍， 该工艺过程不能保证纤维束得。
10、到充分的浸渍 ； 此外， 纤维束单侧浸渍 的时候， 一个挤出模头相当于一个流道， 使浸渍程度受到很大限制， 进而大大降低了浸渍效 果。 0004 本发明在辐射熔融浸渍装置内的张力辊芯部设置了 2 个呈辐射状的狭缝流道， 使 聚合物熔体流经狭缝流道时受到强烈的剪切作用， 进而使熔体粘度降低， 并在辐射熔融浸 渍模具的狭缝流道的出口处与通过其表面的连续纤维带发生浸渍， 并在一定的熔体压力作 用下浸渍到纤维带的内部， 形成预浸带 ； 再通过二次浸渍装置， 更进一步提高纤维束的浸渍 效果。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有连续纤维增强热塑性树脂制备方法中存在的技术缺 陷和设备设计的不合理，。
11、 设计一种辐射熔融浸渍法， 其特点是一辊多流道， 使纤维束的分散 和浸渍都达到较好的效果， 同时使设备得到精简化。 0006 为了实现上述的目的， 本发明的技术方案如下。 0007 1、 一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法， 其特征在于 ： 该成型方法涉及 到的设备依次包括 ： 预分散装置 1、 消除静电装置 2、 辐射熔融浸渍模具 3、 挤出机 4、 二次浸 渍装置 5、 牵引装置 6 和收卷装置 7。 0008 2、 根据权利要求 1 所述的成型方法， 其特征在于所述的预分散装置 1 由 3-5 个 等间距排布的分散辊 12 组成， 张力辊直径为 40-100mm， 张力辊呈 “一”。
12、 字型排布， 间距为 40-100mm， 张力辊为空心结构， 芯部由电加热棒 11 加热。 0009 3、 根据权利要求 1 所述的成型方法， 其特征在于所述的辐射熔融浸渍模具 3 由 说 明 书 CN 103847111 A 3 2/3 页 4 3-5个等间距排布的张力辊9组成， 张力辊直径为40-100mm， 相邻两个张力辊水平方向之间 的距离为25-60mm， 每个张力辊上有2个呈辐射状的狭缝流道， 狭缝流道间隙为0.5-1.5mm， 2 个流道的夹角为 45 -90 ； 包覆角通过浮动管束 10 来调整。 0010 4、 根据权利要求1所述的成型方法， 其特征在二次浸渍装置5由3个等间。
13、距 “一字 型” 排布的张力辊8组成, 张力辊直径为200-300mm， 相邻两个张力辊水平方向之间的距离 为 25-60mm ； 张力辊 8 由导热油加热。 0011 5、 一种根据权利要求 14 所述的成型方法制备一种连续纤维增强热塑性树脂片 材的特征在于， 所用的热塑性树脂为聚丙烯， 尼龙， PET（聚对苯二甲酸类塑料） ， PEEK（聚醚 醚酮） 中的一种或几种， 同时还包括界面改性剂、 抗氧剂、 润滑剂， 连续纤维为玻璃纤维或碳 纤维 ； 该方法包括以下步骤 ： 1） 首先， 将连续纤维束按照波浪型绕过预分散装置 1 的分散辊 12， 经过张力辊的张力 作用， 连续纤维束被均匀分散，。
14、 并平铺展开为预定宽度的纤维带， 纤维带在分散的同时被加 热棒 11 加热， 以达到预定的温度 ； 2） 之后， 连续纤维带经过消除静电装置 2， 消除由于摩擦产生的静电 ； 3） 连续纤维带经过预分散和消除静电后， 连续纤维带被导入辐射熔融浸渍模具 3 内， 辐射熔融浸渍模具 3 与挤出机 4 连接， 聚合物通过挤出机 4 熔融后， 依靠螺杆的压力进入辐 射熔融浸渍模具 3 的狭缝流道， 聚合物熔体流经狭缝流道时受到强烈的剪切作用， 熔体粘 度降低， 并在辐射熔融浸渍模具 3 的狭缝流道的出口处与通过其表面的连续纤维带发生浸 渍， 并在一定的熔体压力作用下浸渍到纤维带的内部， 形成预浸带 ；。
15、 4） 之后， 预浸带被导入二次浸渍装置 5， 在 “一” 字型排布的张力辊 7 的作用下， 使已渗 入到纤维带中的熔体可以继续沿纤维横向和纵向流动， 使纤维在熔体中的分布更加均匀， 浸渍带经过多次辊压， 能使纤维带完全浸润 ； 5） 预浸带在牵引装置的作用下导出二次浸渍装置 5， 自然冷却后， 然后经过收卷装置 7 收卷成卷， 其中预浸带的厚度可由牵引装置的两个辊轮之间的间隙来调。 附图说明 0012 图 1 是本发明连续纤维增强热塑性树脂片材成型设备的主视剖面图。 0013 图 2 是本发明连续纤维增强热塑性树脂片材成型设备的俯视图。 0014 图 3 是本发明辐射熔融浸渍装置中第二张力辊。
16、的截面图。 0015 其中， 1-预分散装置 ； 2-消除静电装置 ； 3-辐射熔融浸渍装置 ； 4-挤出机 ； 5-二次 浸渍装置 ； 6-牵引装置 ； 7-收卷装置 ； 8-第二张力辊 ； 9-第一张力辊 ； 10-浮动辊 ； 11-加热 棒 ； 12- 分散辊 ； 13- 连续纤维。 0016 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。 具体实施方式 0017 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0018 如图 1 和图 2 所示， 一种连续纤维增强热塑性树脂片材的成型方法， 其特征在于 ： 该成型方法涉及到的设备依次包括 ： 预分散装置 1、 消除静电装置 2、 辐射。
17、熔融浸渍装置 3、 挤出机 4、 二次浸渍装置 5、 牵引装置 6 和收卷装置 7 ； 预分散装置 1 由三个等间距的分散辊 说 明 书 CN 103847111 A 4 3/3 页 5 组成， 分散辊的直径为 60mm， 间距为 45mm， 其中分散辊的芯部分别插入加热棒 11， 以提供加 热和烘干热源 ； 辐射熔融浸渍装置3由四个等间距的第一张力辊9组成， 第一张力辊9的直 径为50mm， 其间距为50mm， 每个张力辊上开设有2个呈辐射状的狭缝流道， 狭缝流道间隙为 1.0mm， 狭缝流道的夹角为 60 ； 二次浸渍装置 5 由三个等间距的第二张力辊 8 组成， 第二 张力辊 8 的直径。
18、为 240mm， 间距为 200mm。 0019 具体实施实例一 将连续的碳纤维 T300（日本东丽公司生产） 安装在纱架的锭子上， 然后将碳纤维按照 波浪型缠绕通过预分散装置， 同时对碳纤维进行加热， 预设温度为 260 ； 之后通过消除静 电装置消除由于摩擦产生的静电， 然后将碳纤维引向辐射熔融浸渍装置的进丝孔， 进入辐 射熔融浸渍装置内的碳纤维也按照波浪型缠绕第一张力辊， 按照同样的方法把碳纤维引向 二次浸渍装置， 最后把碳纤维由二次浸渍装置的出口导出， 依次经过牵引装置和收卷装置。 0020 碳纤维的排布工作完毕后， 打开双螺杆挤出机， 将热塑性树脂熔体压进辐射熔融 浸渍模具， 其中双。
19、螺杆挤出机的设置温度如下 ： 一区 240、 二区 260、 三区 280、 四区 290、 五区 320， 热塑性树脂熔体为尼龙 66（北京鑫亿永达商贸有限公司） ， 同时还包括 界面改性剂、 抗氧剂、 润滑剂 ； 热塑性树脂熔体进入辐射熔融浸渍装置后， 打开牵引装置， 以 一定的速度对片材进行牵引， 最后打卷包装。 0021 具体实施实例二 将连续的玻璃纤维 （浙江巨石集团） 安装在纱架的锭子上， 然后将玻璃纤维按照波浪型 缠绕通过预分散装置， 同时对玻璃纤维进行加热， 预设温度为 230 ； 之后通过消除静电装 置消除由于摩擦产生的静电， 然后将玻璃纤维引向辐射熔融浸渍装置的进丝孔， 进。
20、入辐射 熔融浸渍装置内的玻璃纤维也按照波浪型缠绕张力辊， 按照同样的方法把玻璃纤维引向二 次浸渍装置， 最后把玻璃纤维由二次浸渍装置的出口导出， 依次经过牵引装置和收卷装置。 0022 玻璃纤维的排布工作完毕后， 打开双螺杆挤出机， 将热塑性树脂熔体压进辐射熔 融浸渍装置， 其中双螺杆挤出机的设置温度如下 ： 一区 225、 二区 230、 三区 240、 四区 255、 五区 265， 热塑性树脂熔体为聚丙烯 （滨州市金龙塑料有限责任公司） ， 同时还包括 界面改性剂、 抗氧剂、 润滑剂 ； 热塑性树脂熔体进入辐射熔融浸渍装置后， 打开牵引机， 以一 定的速度对片材进行牵引， 最后打卷包装。 0023 本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此， 无 论从那一点来看， 本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发 明， 权利要求书指出了本发明的范围， 因此， 与本发明的权利要求书相当的含有和范围内的 任何改变， 都应认为是包括在权利要求书的范围内。 说 明 书 CN 103847111 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103847111 A 6 。