[发明专利]连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种预浸带的制备方法及设备，尤其是涉及连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备。

背景技术

连续纤维增强热塑性复合材料具有优异的机械性能、较强的可加工性及稳定的化学性，如高的拉伸强度和弯曲强度/模量、出色的高低温冲击性能、可设计性强、成型效率高和耐酸碱等，另外还具有可回收的特点，近年来在环保节能等政策理念的推动下，其开发与应用得到了巨大发展，相应的制造技术也不断改进与提高。

现今主要发展了溶液浸渍、熔融浸渍、粉末浸渍、悬浮浸渍及混编制备等技术路线，其中熔融浸渍由于便于连续化生产、适应能力强等特点，受到青睐，并且由此延伸出不同浸渍的方法。但现有设备依然存在浸渍单元的结构设计复杂、生产线投资大等不足。

基于连续纤维增强热塑性复合材料的制造工艺来说，纤维丝束的分散性与可浸润性，以及纤维与树脂基体间的界面结合性最为关键。目前通过熔融树脂浸渍连续纤维制造预浸带，都采用设计复杂的熔融浸渍单元，如美国专利US5037284，使用浸渍辊与刮刀形成的初级浸渍，此法由于纤维丝束与辊表面形成的张力方向与树脂渗透方向相反，不利于熔融态树脂进入丝束内部。后期进入成型辊后，通过外部红外加热使树脂处于熔融态，但与纤维接触部分不能保证是熔融态，而温度过高容易造成树脂粘辊等不足，并且仅能制造窄幅预浸带。美国专利US5529652介绍浸渍模头方法，是把熔融树脂通过螺杆挤出机挤到浸渍模头中，再利用特殊设计的内部浸渍单元实现纤维完全浸润，浸渍后的连续纤维要通过适当的出口来控制树脂含量，这样能大幅提高树脂对纤维的浸渍性。但由于纤维的浸润发生在浸渍模头的内部，对纤维的浸渍情况难以控制，且对浸渍模头的清理和纤维的排布和穿纱困难，不适于制造宽幅预浸带。美国专利US3908042中使用旋转浸渍辊经过熔融态树脂池将其粘附在表面，再与纤维接触，由于辊表面与纤维的张力使得树脂能够透过纤维丝束，此法较好的解决了前面提到浸渍及穿丝难等问题，但存在熔融树脂池易氧化和树脂含量不易控制等问题。另外中国专利CN88102218A及公开号为CN101152767A的两个专利现同样存在美国专利US5529652中提到的问题，由于使用封闭的腔体，使得穿丝及模头清理困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、纤维分散均匀、浸润完全、空隙率低的连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法及设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

连续纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备方法，该方法包括以下步骤：

将连续纤维从纱架(10)上的连续纤维卷(11)中引出并展开，再依次经过张力调节装置(20)、静电消除装置(30)、预加热装置(40)、张力调节装置(50)后得到预热的连续纤维带，导入交错可开合双挤出模头组(60)进行预浸渍，将预浸渍后的连续纤维带导入浸渍压延辊组(70)进行浸渍，然后经冷却辊压装置(80)冷却定型，最后导入牵引卷绕装置(90)卷绕成型，即得到连续纤维增强热塑性复合材料预浸带；其特征在于，所述预热的连续纤维带导入交错可开合双挤出模头组(60)，该交错可开合双挤出模头组(60)包括挤出模头(61)、挤出模头(62)和轨道运动装置(621)，连续纤维带与挤出模头(61)接触并产生与纤维带平面相垂直的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的一侧进行预浸渍，连续纤维带的另一侧与挤出模头(62)接触并产生同样的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的另一侧进行再浸渍。

所述的连续纤维卷11中的纤维包括无机纤维，有机纤维或金属纤维；所述的热塑性树脂选自聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯树脂或其他通用树脂中的一种或几种。

所述的无机纤维包括玻璃纤维或碳纤维，有机纤维包括芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维，金属纤维包括不锈钢纤维；所述的聚烯烃类树脂包括PP或PE，热塑性聚酯类树脂包括PET、PTT或PBT，聚酰胺类树脂包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212或尼龙612，其他通用树脂包括PVC、PS或HIPS。

所述的纱架10上设置能水平转动的锭子支架12，该锭子支架带有阻尼装置，通过张力调节控制连续纤维均匀展开。

所述的张力调节装置20由排丝口21和张力辊22组成，排丝口21使从纱架10上引出展开的连续纤维带均匀平行排布，张力辊22调节连续纤维带的张力。

所述的预加热装置40采用红外加热方式或电加热方式加热。