[发明专利]连续纤维增强热塑性复合材料的制备装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法及装置。

背景技术

连续纤维增强热塑性树脂是一种增强纤维单向排布且其长度与树脂粒料长度相等的增强热塑性复合材料。连续纤维增强热塑性树脂与常规的短切纤维增强热塑性复合材料相比，具有更加优异的机械性能、耐疲劳性、抗挠曲性等。目前，连续纤维增强热塑性树脂制备方法主要为溶液浸渍、熔融浸渍、粉末浸渍、悬浮浸渍及混编制备等五种，其中熔融浸渍由于便于连续化生产、适应能力强等特点，从而受到青睐。

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。已经有一些公开的连续长纤维增强热塑性复合材料的浸渍设备和浸渍方法，这些现有技术成型方法都有其各自的不足：

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，存在熔融树脂池易氧化和树脂含量不易控制等问题。

在公开号为CN1131427A的中国发明专利中，提到把热塑性树脂和粗砂型长纤维束喂入直角机头中的树脂池，令长纤维束喂入方向与熔融树脂的方向交叉，然后让长纤维束蜿蜒通过多个彼此平行且能延长纤维束通过路径的彼此相隔规则距离布置的金属棒。当长纤维束与金属棒相接触时纤维伸展开，同时伸展开的纤维被浸渍上熔融树脂。此成型方法的缺陷在于：金属棒不能旋转，因此当金属棒与纤维紧密接触时会造成纤维的折断而使生产中断，正是因为金属棒不能旋转，连续纤维得不到理想的浸渍效果。

公开号为CN101856872A的中国发明专利中，使用交错可开合双挤出机模头组对连续纤维进行预浸渍，然后再导入浸渍压延辊中，其缺陷为树脂易被氧化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种连续纤维浸渍均匀、连续纤维浸渍效果好、连续纤维折损少、连续纤维含量可控的连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法，其制备步骤如下：将输入的多路连续纤维依次进行分纱、预热、浸渍热塑性树脂、冷却以及切粒，最终得到连续纤维增强热塑性复合材料。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述连续纤维为连续的碳纤维或玻璃纤维。

所述浸渍热塑性树脂时所使用的热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺6、聚酰胺1010中的任意一种。

所述浸渍热塑性树脂时的环境温度为160～300摄氏度。

所述预热时还包括对连续纤维进行雾化喷淋表面处理的步骤，所述雾化喷淋表面处理时雾化喷淋的液体为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂中的任意一种。

所述浸渍热塑性树脂之前还包括将输入的连续纤维进行并纱处理，将至少两路连续纤维合并为一路连续纤维的步骤。

一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备装置，包括纱架、分纱架、牵引模块、预热模块、浸渍模块、冷却牵引模块和切粒机，所述纱架上设有多个用于放置连续纤维纱管的支承辊，所述分纱架上设有多个呈等距平行布置的支架，所述浸渍模块上设有用于输送热塑性树脂的热塑性树脂输送装置，所述连续纤维纱管上的连续纤维依次经过分纱架被牵引模块牵引送入预热模块被预热，经过所述预热模块预热后的连续纤维送入浸渍模块并通过热塑性树脂输送装置输出的热塑性树脂浸渍，最终通过冷却牵引模块牵引出进行冷却并送入切粒机切粒后输出。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述预热模块包括具有加热功能的预热箱体和设于预热箱体内的多个预热张力辊，所述预热箱体的一端设有预热入口，所述预热箱体的另一端设有预热出口，来自所述牵引模块的连续纤维穿过预热入口进入预热箱体内，并依次通过各个预热张力辊从所述预热出口输出；所述预热箱体的顶部设有用于对连续纤维进行雾化喷淋表面处理的雾化喷淋头。