連續長纖維增強熱塑性樹脂及其製備方法與成型設備的製作方法

2023-12-10 19:54:42 2

專利名稱：連續長纖維增強熱塑性樹脂及其製備方法與成型設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及連續長纖維增強熱塑性樹脂，特別是涉及一種連續長纖維增強熱塑性樹脂及其製備方法與成型設備。
背景技術：
連續長纖維增強熱塑性樹脂是一種增強纖維單向排布且其長度與樹脂顆粒長度相等的增強型熱塑性樹脂，樹脂均勻地分布在纖維之間，形成連續相，以固定纖維的空間位置，並在材料內部傳遞載荷。它與普通的短纖維增強熱塑性樹脂相比，具有更加突出的機械性能、耐熱性能、抗翹曲性能、尺寸穩定性等，因而可製造出機械性能卓越的產品，如汽車零部件、電子器件、化工部件等。
已經有一些公開的製備連續長纖維增強熱塑性樹脂的浸潰設備與浸潰方法，這些成型方法的共同特點是浸潰設備比較單一，一般只有一個浸潰單元組成，由於浸潰時間較短及浸潰設備的缺陷而不能使連續長纖維束得到理想的浸潰。例如在公開號為CN1037679和CN101152767A的中國發明專利中，所提到的成型裝置均為只有一個熔融浸潰模具組成的浸潰單元，熔融浸潰模具由類似正弦曲線排布的「波峰」、「波谷」或張力輥組成。由於纖維束通過熔體浸潰模具的浸潰時間有限，纖維束得不到充分的浸潰，而且纖維束在通過這些「波峰」、「波谷」或張力輥時，均為單面受壓，纖維束只能得到單側浸潰，浸潰效率較低；此外，纖維束在通過熔融浸潰模具內的的「波峰」、「波谷」或張力輥時，不能形成狹縫流道，熔體粘度較大，從而導致浸潰效果較差。在公開號為CN2892438的中國發明專利中，提到了一種長纖維增強塑料顆粒滾壓生產裝置，表面沾滿塑料漿的長纖維束，經過該裝置多次滾壓，將塑料漿積壓在纖維束內部，使長纖維和塑料熔體達到緻密結合。在這種成型方法中，浸潰單元也只有滾壓裝置組成，由於纖維束沒有經過預熱，纖維束溫度較低，影響熱塑性樹脂的浸潰；同時，纖維束沒有經過熔融浸潰單元的浸潰，分散和浸潰效果差。

發明內容
本發明的目的是提供一種連續長纖維增強熱塑性樹脂及其製備方法與成型設備。本發明提供的製備連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備，包括纖維預熱裝置I、熔融浸潰模具2和二次輥壓裝置3 ；其中，所述纖維預熱裝置I由3-6個等間距排布的分散輥4組成，所述分散輥4的芯部設置分散輥電加熱棒5 ;所述熔融浸潰模具2由3-6個等間距排布的張力輥7組成；所述二次輥壓裝置3由3-6個等間距排布的輥輪11組成，所述輥輪11的芯部設置輥輪電加熱棒12。上述連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備也可只由所述纖維預熱裝置I、所述熔融浸潰模具2和所述二次輥壓裝置3組成。所述纖維預熱裝置I中，分散輥4的直徑為40-100mm,具體可為45-100mm,相鄰兩個分散棍4水平方向之間的距離為40-100mm,具體為45-100mm ;所述熔融浸潰模具2中，張力輥7的直徑為25-100mm，具體為50-100mm，相鄰兩個張力輥7水平方向之間的距離為25-60mm，具體為50_60mm，第一組張力輥和最後一組張力輥分別由上張力輥8和下張力輥9組成；所述熔融浸潰模具2中，上張力輥8和下張力輥9的壓延間隙可通過調整螺釘10調整；所述二次輥壓裝置3中，輥輪11的直徑為40-100mm，具體為50-100mm，相鄰兩個輥輪11水平方向之間的距離為40_100mm，具體為45_100mm。本發明提供的利用上述連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備製備連續長纖維增強熱塑性樹脂的方法，包括如下步驟 I)將連續長纖維束交替繞過所述纖維預熱裝置I的分散輥4，同時加熱所述分散輥電加熱棒5，使所述連續長纖維束得到初步分散；2)將步驟I)處理完畢的連續長纖維束交替繞過所述熔融浸潰模具2中的張力輥
7,同時，將熱塑性樹脂熔體由擠出機連接裝置13進入所述熔融浸潰模具2，使得所述步驟I)處理完畢的連續長纖維束和所述熱塑性樹脂熔體進行熔融浸潰；3)將所述步驟2)處理完畢的連續長纖維和熱塑性樹脂熔體交替繞過所述二次輥壓裝置3的輥輪11並進行輥壓，得到所述連續長纖維增強熱塑性樹脂；上述方法的步驟I)中，所述連續長纖維束選自玻璃纖維和碳纖維中的至少一種；所述分散輥電加熱棒5加熱後的溫度為160-200°C，優選180°C。步驟2)中，所述熱塑性樹脂選自聚丙烯、尼龍、聚甲醛、聚酯和聚氨酯中的至少一種。該步驟中，可通過調整熔融浸潰模具2上的調整螺釘10，調整上張力輥8和下張力輥9之間的壓延間隙，控制纖維束的浸潰效果；連續長纖維束在熔融浸潰模具2中張力輥和壓延裝置的作用下，能夠得到較好的浸潰和分散；所述步驟3)輥壓步驟中，溫度為160_190°C，優選175°C。在實際操作中，還可將連續長纖維增強熱塑性樹脂進行冷卻、牽引和切粒，得到預定長度的連續長纖維增強熱塑性樹脂顆粒。按照上述方法製備所得連續長纖維增強熱塑性樹脂，也屬於本發明的保護範圍。本發明通過纖維預熱裝置，使連續纖維束預熱到設定溫度，從而提高纖維與熱塑性樹脂的接觸溫度，進而提高纖維束的浸潰效果，同時纖維束也可在分散輥的作用下得到一定程度的預分散；纖維束在熔融浸潰模具內，交替繞過型腔內的張力輥，不僅可以實現單側浸潰而且可實現雙面受壓，纖維浸潰和分散效率高；通過由上下張力輥組成的壓延裝置，可提高纖維束的分散效果，此外，熱塑性樹脂在流經壓延裝置的狹縫流道時，受到強剪切作用，熔體粘度得到很大降低，因此可大幅提高纖維的浸潰效果，壓延間隙可通過調整螺釘調節；經過預分散和浸潰的纖維束，再通過二次輥壓裝置的輥壓，可將熱塑性樹脂進一步擠壓在纖維束內部，使長纖維和熱塑性樹脂達到緻密結合，從而大大提高纖維束的浸潰效果。與現有技術相比較，本發明具有以下優點(I)本發明提供的成型設備，由纖維預熱、熔融浸潰和二次輥壓三個單元組成，而傳統的製備連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備只有一個分散浸潰單元組成，纖維束的分散和浸潰效果差；(2)通過本發明中成型設備的纖維預熱裝置，可提高纖維與熱塑性樹脂的接觸溫度，進而提高纖維束的浸潰效果，同時纖維束也可得到一定程度的分散，克服傳統裝置纖維溫度低，導致製備過程纖維浸潰效果差且易拉斷的缺陷；
(3)傳統的熔融浸潰模具一般由類似正弦曲線排布的「波峰」、「波谷」或張力輥組成。纖維束在通過這些「波峰」、「波谷」或張力輥時，均為單面受壓，纖維束只能得到單側浸潰，而且熔體粘度較大，浸潰效果較差。而本發明的熔融浸潰模具內除張力輥外還含有壓延裝置，纖維束在通過張力輥時是單側浸潰，在通過壓延裝置時是雙面受壓，兩側同時浸潰，而且熱塑性樹脂在流經壓延裝置的狹縫流道時，受到強剪切作用，熔體粘度得到很大降低，因此可大幅提高纖維的浸潰效果，壓延間隙還可通過調整螺釘調節。(4)通過本發明的二次輥壓裝置的輥壓，可將熱塑性樹脂進一步擠壓在纖維束內部，使長纖維和熱塑性樹脂達到緻密結合，從而大大提高纖維束的浸潰效果。


圖I為本發明連續長纖維增強熱塑性樹脂成型設備的主視剖面圖；圖2是本發明連續長纖維增強熱塑性樹脂成型設備的俯視圖；其中，I-纖維預熱 裝置；2_熔融浸潰模具；3_ 二次輥壓裝置；4_分散輥；5_分散輥電加熱棒；6_連續長纖維束；7_張力輥；8_上張力輥；9_下張力輥；10_調整螺釘；11_輥輪；12_輥輪電加熱棒；13-擠出機連接裝置。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。實施例I如圖I和圖2所示，一種生產連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備，該成型設備沿擠拉方向依次包括纖維預熱裝置I、熔融浸潰模具2和二次輥壓裝置3 ;纖維預熱裝置I由4個等間距排布的分散輥4組成，分散輥直徑為45mm，相鄰兩個分散輥水平方向之間的距離為45mm，分散輥4由芯部的分散輥電加熱棒5提供熱源；熔融浸潰模具2由5個等間距排布的張力輥7組成，張力輥直徑為50mm，相鄰兩個張力輥水平方向之間的距離為50mm ;第一組張力輥和最後一組張力輥分別由上張力輥8和下張力輥9組成，上張力輥8和下張力輥9組成一對壓延裝置；二次輥壓裝置3由4個等間距排布的的輥輪11組成，輥輪11的直徑為50mm，相鄰兩個張力輥11水平方向之間的距離為45mm，輥輪11由芯部的輥輪電加熱棒12提供熱源。實施例2如圖I和圖2所示，一種生產連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備，該成型設備沿擠拉方向依次包括纖維預熱裝置I、熔融浸潰模具2和二次輥壓裝置3 ;纖維預熱裝置I由4個等間距排布的分散輥4組成，分散輥直徑為100mm，相鄰兩個分散輥水平方向之間的距離為100mm，分散輥4由芯部的分散輥電加熱棒5提供熱源；熔融浸潰模具2由5個等間距排布的張力輥7組成，張力輥直徑為100mm，相鄰兩個張力輥水平方向之間的距離為60mm ;第一組張力輥和最後一組張力輥分別由上張力輥8和下張力輥9組成，上張力輥8和下張力輥9組成一對壓延裝置；二次輥壓裝置3由4個等間距排布的的輥輪11組成，輥輪11的直徑為100mm，相鄰兩個張力輥水平方向之間的距離為100mm，輥輪11由芯部的輥輪電加熱棒12提供熱源。
實施例3I)利用實施例I製備所得生產連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備，將一束連續長纖維束6交替繞過其中纖維預熱裝置I的4個分散輥4，在分散輥芯部電加熱棒5的作用下達到所設定的預熱溫度180°C，並同時得到初步分散；2)將經過步驟I)預熱和分散的連續長纖維束6引入熔融浸潰模具2，並交替繞過型腔內的5個張力輥7 ;同時，熱塑性樹脂熔體由擠出機連接裝置13進入熔融浸潰模具2 ；通過調整熔融浸潰模具2上的調整螺釘10，調整上張力輥8和下張力輥9之間的壓延間隙為0. 1_，熱塑性熔體在通過壓延間隙時得到瞬間強剪切，從而提高纖維束的浸潰效果；纖維束在熔融浸潰模具2的張力輥和壓延裝置的作用下，達到較好的預浸潰和分散；3)將步驟2)預浸潰和分散的連續長纖維引入二次輥壓裝置3，並交替繞過型腔內等間距排布的4個輥輪11，經過該裝置的多次輥壓和輥輪芯部電加熱棒的作用下，該輥壓步驟的溫度為175°C，將塑料熔體進一步擠壓在纖維束內部，使長纖維和塑料漿達到緻密結合，提高纖維的浸潰效果；經二次輥壓裝置3輥壓後的連續長纖維通過預定形狀，得到本發 明提供的連續長纖維增強熱塑性樹脂。利用本發明所製備的玻纖質量含量為30%，連續長纖維增強聚丙烯樹脂的拉伸強度為IlOMPa(按GB/T1042-92標準測試，10mm/min)，彎曲強度為 150MPa (按 GB/T9341-2000 標準測試，2mm/min)。本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特徵的具體形式來概述。因此，無論從那一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的範圍，因此，與本發明的權利要求書相當的含有和範圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種製備連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備，包括纖維預熱裝置(I)、熔融浸潰模具(2)和二次輥壓裝置(3)； 其中，所述纖維預熱裝置(I)由3-6個等間距排布的分散輥(4)組成，所述分散輥(4)的芯部設置分散輥電加熱棒(5)； 所述熔融浸潰模具(2)由3-6個等間距排布的張力輥(7)組成； 所述二次輥壓裝置⑶由3-6個等間距排布 的輥輪(11)組成，所述輥輪(11)的芯部設置輥輪電加熱棒(12)。
2.根據權利要求I所述的成型設備，其特徵在於所述連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備由所述纖維預熱裝置(I)、所述熔融浸潰模具(2)和所述二次輥壓裝置(3)組成。
3.根據權利要求I或2所述的成型設備，其特徵在於所述纖維預熱裝置⑴中，分散輥⑷的直徑為40-100mm，相鄰兩個分散輥⑷水平方向之間的距離為40-100mm ； 所述熔融浸潰模具(2)中，張力輥(7)的直徑為25-100_，相鄰兩個張力輥(7)水平方向之間的距離為25-60mm，第一組張力輥和最後一組張力輥分別由上張力輥(8)和下張力輥(9)組成； 所述二次輥壓裝置(3)中，輥輪(11)的直徑為40-100_，相鄰兩個輥輪(11)水平方向之間的距離為40-100mm。
4.一種利用權利要求1-3任一所述連續長纖維增強熱塑性樹脂的成型設備製備連續長纖維增強熱塑性樹脂的方法，包括如下步驟 1)將連續長纖維束交替繞過所述纖維預熱裝置(I)的分散輥(4)，同時加熱所述分散輥電加熱棒(5)，使所述連續長纖維束得到初步分散； 2)將步驟I)處理完畢的連續長纖維束交替繞過所述熔融浸潰模具(2)中的張力輥(7)，同時，將熱塑性樹脂熔體由擠出機連接裝置(13)進入所述熔融浸潰模具(2)，在張力輥的作用下，使得所述步驟I)處理完畢的連續長纖維束和所述熱塑性樹脂熔體進行熔融浸潰; 3)將所述步驟2)處理完畢的連續長纖維和熱塑性樹脂熔體交替繞過所述二次輥壓裝置(3)的輥輪(11)並進行輥壓，得到所述連續長纖維增強熱塑性樹脂。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述步驟I)中，所述連續長纖維束選自玻璃纖維和碳纖維中的至少一種； 所述步驟2)中，所述熱塑性樹脂選自聚丙烯、尼龍、聚甲醛、聚酯和聚氨酯中的至少一種。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特徵在於所述步驟I)中，所述分散輥電加熱棒(5)加熱後的溫度為160-200°C，優選180°C。
7.根據權利要求4-6任一所述的方法，其特徵在於所述步驟3)輥壓步驟中，溫度為160-190°C，優選 175。。。
8.權利要求4-7任一所述方法製備所得連續長纖維增強熱塑性樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種連續長纖維增強熱塑性樹脂及其製備方法與成型設備。該成型設備，包括纖維預熱裝置1、熔融浸漬模具2和二次輥壓裝置3。該方法包括1)將連續長纖維束交替繞過分散輥(4)，同時加熱分散輥電加熱棒(5)，使連續長纖維束得到初步分散；2)將步驟1)處理完畢的連續長纖維束交替繞過張力輥(7)，同時，將熱塑性樹脂熔體由擠出機連接裝置(13)進入所述熔融浸漬模具(2)，使得連續長纖維束和熱塑性樹脂熔體進行熔融浸漬；3)將連續長纖維和熱塑性樹脂熔體交替繞過輥輪(11)並進行輥壓，得到所述連續長纖維增強熱塑性樹脂。使用本發明的成型設備製備的長纖維增強熱塑性樹脂，浸漬效果好，浸漬效率高，性能優異。
文檔編號B29C70/50GK102729483SQ201110095118
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者於建, 傅送保, 劉慧宏, 徐建波, 王亮亮, 王洪波, 賈明印, 陳步寧, 陳科宇 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油化學股份有限公司, 清華大學