[发明专利]一种连续纤维增强热塑性树脂复合材料熔融浸渍装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及连续纤维增强热塑性树脂复合材料，特别是涉及一种连续纤维增强热塑性树脂复合材料熔融浸渍制备方法。

二、背景技术

连续纤维增强热塑性树脂复合材料是采用一种特殊的浸渍装置，使连续纤维与熔融状态的热塑性树脂在其中充分接触、充分浸渍而制得的一种纤维单向排布且其长度与树脂颗粒长度相等的增强型复合材料。热塑性树脂均匀分布在纤维之间，起到固定纤维、传递载荷的作用。它与短纤维增强热塑性树脂相比，具有强度高，抗冲击性能好，尺寸稳定、耐热性能突出的特点，因而在汽车、航天、电子电器、机械设备、兵器工业、建筑器材、家具及运动器具等领域得到了广泛的应用。

已经公开的一些制备连续纤维增强热塑性树脂复合材料的浸渍装置，例如：在公开号为CN1037679和CN101152767A的中国发明专利中，所提到的熔融浸渍装置的浸渍单元普遍较少，通常只有单一的“波峰”、“波谷”式弯曲流道或简单的张力辊组成，由于浸渍装置的结构缺陷，连续纤维束分散差，损伤大，很难得到理想的浸渍效果。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种连续纤维增强热塑性树脂复合材料熔融浸渍装置。

本发明提供的连续纤维增强热塑性树脂复合材料熔融浸渍装置，包括齿状结构(4)、非接触浸渍辊(5)、接触张力辊(6)和非接触辊(7)。

其中所述齿状结构(4)中，两齿峰水平间距为20-50mm，齿峰到齿谷的垂直间距为8-20mm；所述非接触浸渍辊(5)，直径为4-10mm，上下非接触浸渍辊中间空隙宽度为0.5-2mm；所述接触张力辊(6)，直径为4-10mm，相邻两个辊水平方向之间的距离为10-25mm；所述非接触辊(7)，直径为4-10mm，上下非接触辊中间空隙宽度为0.5-2mm，非接触浸渍辊(5)与非接触辊(7)的水平间距为45-90mm。

本发明提供的利用上述连续纤维增强热塑性树脂复合材料熔融浸渍装置制备连续纤维增强热塑性树脂复合材料的方法，包括如下步骤：

1)将连续纤维束由纤维入口(3)进入，绕过所述齿状结构(4)，使连续纤维束获得预分散；

2)将步骤1)分散过的连续纤维束穿过一组所述非接触浸渍辊(5)，再经过交替绕过所述接触张力辊(6)，最后穿过所述非接触辊(7)，同时，将热塑性聚合物熔体由挤出机连接装置接口(2)挤入所述熔融浸渍模具(1)，使得连续纤维束和热塑性聚合物熔体进行熔融浸渍，最后经牵引冷却获得连续纤维增强热塑性复合材料。

上述方法的步骤1)中，所述连续纤维束选自玻璃纤维和碳纤维的至少一种；所述步骤2)中，所述热塑性聚合物选自聚丙烯、尼龙6、尼龙66、聚甲醛中的至少一种。

本发明采用齿状结构与非接触浸渍辊、接触张力辊结合的熔融浸渍模具结构，使得纤维束经过多次分散和浸渍，齿状结构提供了纤维束的初次分散，接触张力辊提供了二次分散，非接触浸渍辊的使用，使得纤维束浸渍过程双面受压，狭窄的间隙流道，使熔体在强剪切作用下，粘度降低，与纤维形成很好的渗透结合，大大提高了纤维的浸渍度。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供熔融浸渍装置浸渍单元多，提供了更好的浸渍与分散效果；

(2)传统的熔融浸渍模具一般是单一“波峰”、“波谷”式弯曲流道或张力辊组成。纤维束在通过这些弯曲流道或张力辊时，由于单侧受压，纤维束只能获得单侧浸渍，浸渍效果差。而本发明的熔融浸渍模具内除齿状结构和接触张力辊外还含有非接触浸渍辊，纤维束在通过齿状结构和接触张力辊时是单侧浸渍，在通过非接触浸渍辊和非接触辊时是双面受压，两侧同时获得浸渍，而且热塑性聚合物树脂在流经非接触浸渍辊的狭窄流道时，受到强剪切作用，熔体粘度降低，纤维浸渍度获得提高。

四、附图说明

图1为本发明连续纤维增强热塑性树脂复合材料熔融浸渍装置主视剖面图；

图2为本发明所用接触张力辊垂直横截面示意图。

其中，1为熔融浸渍模具；2为挤出机连接装置接口；3为纤维入口；4为齿状结构；5为非接触浸渍辊；6为接触张力辊；7为非接触辊。

五、具体的实施方式

所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开途径获得。

如图1、图2所示，一种制备连续纤维增强热塑性树脂复合材料的熔融浸渍装置，包括熔融浸渍模具(1)；挤出机连接装置接口(2)；纤维入口(3)，底部与挤出机连接装置接口(2)连通；齿状结构(4)；非接触浸渍辊(5)，2根对称辊组成；接触张力辊(6)，3根水平排列辊组成；非接触辊(7)，2根对称辊组成；将一束连续纤维通过纤维入口(2)引入到熔融浸渍模具(1)中；此束连续纤维绕过齿状结构(4)；通过非接触浸渍辊(5)的空隙；交替绕过3根接触张力辊(6)后牵出；聚合物熔体由挤出机连接装置接口(2)进入熔融浸渍模具(1)；通过齿状结构(4)的弯曲流道与纤维发生单侧浸渍；接着，聚合物熔体流经非接触浸渍辊(5)，由于熔体受到辊的阻挡，产生回流和旋流，再加之极小辊隙产生的强烈剪切作用，使得熔体黏度下降，并且从两侧压入纤维内部，使纤维束获得二次浸渍；然后，熔体流经接触张力辊(6)又产生了纤维的单侧浸渍，增加了浸渍度；之后，熔体流经非接触辊(7)完成纤维的最终浸渍；最后经冷却、牵引、切成一定长度的连续纤维增强热塑性树脂复合材料的粒料。