連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具的製作方法

2023-05-24 18:11:51 3

專利名稱：連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種連續/長纖維增強熱塑性的浸漬模具，屬於連續/長纖維增強熱塑性複合材料製備裝置領域。
背景技術：
連續/長纖維增強熱塑性複合材料是一種增強纖維單向排列且長度與複合材料粒料相同的複合材料。連續纖維經浸漬切粒後得到長纖維增強熱塑性複合材料(LFT)，具體指長度超過 8mm的增強纖維(如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等)和熱塑性聚合物進行熔融複合形成的塑料粒料或製品。LFT具有高強度、高剛度、尺寸穩定、低翹曲度、抗疲勞、耐蠕變等優點，可大幅度提高材料的力學性能，在通用塑料、工程塑料及特種工程塑料的力學性能改進方面具有廣闊的應用前景。連續/長纖維增強技術是實現通用塑料、工程塑料高性能化的重要工程技術之一，近年來受到國內外科研部門和工業界的普遍重視。LFT的力學性能不但與熱塑性聚合物的性能、增強纖維的性能、含量(通常質量分數為20% 40%，最高可達到 60% )有關，還與增強纖維、熱塑性聚合物之間形成的界面形態密切相關。此外，LFT的力學性能還與增強纖維保留長度有著密切的對應關係。與SFT注塑製品中所保留的最小纖維長度相比，LFT注塑製品中所保留的最小纖維長度大，因此LFT的剛性、強度、抗衝擊性能及能量吸收率都得到很大提高。由於LFT擁有力學性能、加工性能、尺寸穩定性、成本等優勢，而被廣泛應用於汽車、機械、建築、航天航空及高新技術領域，特別是在汽車中的應用日漸增多。目前已廣泛應用於汽車中的製品有前端組件、保險槓、擋泥板、儀錶盤、行李倉底板、車門模塊等。在歐洲和北美，許多汽車零配件生產廠家都用LFT技術代替了原來的玻璃纖維氈增強熱塑性塑料(GMT)技術，已經成為塑料市場中發展最快的技術。LFT與GMT相比具有以下優良的性能(1)製品的力學性能高，特別是衝擊強度提高顯著；(2)製品剛性與質量比高、變形小，特別有利於LFT在汽車中的應用；(3)製品韌性提高；(4)製品抗蠕變性能好，尺寸穩定；(5)材料耐疲勞性能優良；(6)材料加工性能好，可用於成型形狀、結構複雜的製品，GMT只能用於模壓成型， 因而LFT設計自由度比GMT更高。連續/長纖維增強熱塑性複合材料的製備過程中最關鍵的問題就是纖維的浸漬和分散問題。目前已經公布了一些連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬設備及浸漬工藝，但是有些專利依然沒有很好地解決纖維的浸漬和分散問題，在模具設計方面還存在很多缺陷。專利CN 1037679公開了一種連續纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵是利用一類似正弦曲線的彎曲浸漬流道對纖維進行浸漬。塑化好的樹脂熔體從模口注入浸漬流道，纖維在張力牽引下穿過浸漬流道，在彎曲流道的波峰和波谷，纖維受到張力而向兩邊擴展，實現熔體對纖維的浸漬。這種流道雖然能夠浸漬纖維，但纖維在流道中實際上是沿彎曲的帶狀凸起面進行浸漬，並不能很好的使纖維得到分散。專利CN 1827671A公開了一種改進的彎曲流道浸漬模具，其特徵是彎曲流道中的波峰高度從熔體入口到出口遞減，但依然存在的問題是浸漬過程中不能很好的使纖維得到分散。專利CN 101913255A公開了一種連續纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵是在其所述的調整軸上的安裝圓盤展開器，纖維在圓盤展開器的作用下被分散張開，從而實現纖維的浸漬，但浸漬過程中熱塑性樹脂會在圓盤與圓盤之間的空隙中滯留，必須定期清理，影響其連續化生產。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有的熱塑性樹脂浸漬連續/長纖維技術存在的不足，提供一種簡單、高效、纖維分散均勻、浸漬效果好的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具。本實用新型的目的通過以下技術方案實現本實用新型連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，包括機體，其技術要點在於機體內設置有纖維浸漬流道，纖維浸漬流道的上部連接導絲塊，導絲塊上設置有分絲孔，分絲孔與纖維浸漬流道相連通，機體側部設有浸漬熔體進料口，浸漬熔體進料口與纖維浸漬流道相通。所述的導絲塊外部連接芯套，芯套外部套有套管，芯套和套管之間形成環形狹縫， 浸漬熔體進料口通過環形狹縫與纖維浸漬流道相通。所述的套管下方有一個與機體進料口尺寸一樣的孔，孔兩側的下端部分沿斜面切去，保留孔正下方的部分和孔對面的部分，芯套和套管切去的部位之間形成的狹縫與纖維浸漬流道相通。所述的纖維浸漬流道由浸漬芯軸與浸漬芯套形成，浸漬芯軸為縱向波浪迴轉體芯軸，浸漬芯套與浸漬芯軸相配合，使纖維浸漬流道呈波浪狀流道，浸漬芯軸的縱向波浪形凸面數量為1 30個，波浪狀流道可以保證流道面的光滑度。所述的纖維浸漬流道下部外固定有口模，口模出料口與纖維浸漬流道出口相通。 口模放置在鎖母上的口模槽上，鎖母與機體下部固定連接。所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具的使用方法，包括以下步驟將塑化好的熱塑性樹脂熔體從機體的浸漬熔體進料口進入纖維浸漬流道，同時， 纖維由導絲塊的分絲孔進入到纖維浸漬流道，樹脂熔體和纖維在纖維浸漬流道的入口處相遇後一同沿纖維浸漬流道前進，進行浸漬。在纖維浸漬流道下部外固定有口模，口模出料口與纖維浸漬流道出口相通，纖維經浸漬後由口模成型，經牽出、冷卻後，切成所需長度的纖維增強熱塑性複合材料粒料或浸漬帶。模具製作按裝過程及工作原理如下在套管上設置一個與機體的浸漬熔體進料口尺寸相同的孔，孔兩側的下端部分沿斜面切去，保留孔正下方的部分和孔對面的部分。與芯套套在一起後，套管和芯套之間的環形狹縫就是熱塑性樹脂熔體的入口流道。導絲塊上均勻分布著分絲孔，生產時，纖維由這些分絲孔進入到浸漬模具中。導絲塊下部和浸漬芯軸螺紋連接，導絲塊外部與芯套螺紋連接，將芯套套在套管裡，再將浸漬芯套套在浸漬芯軸上，浸漬芯套和浸漬芯軸之間構成的環形、波紋狀狹縫為熱塑性樹脂熔體浸漬纖維的纖維浸漬流道，各部件組裝好後一併放入到機體內腔中，並用螺栓固定在機體上；鎖母中設置有口模槽，口模放入口模槽後，與浸漬芯套下部對緊，將鎖母與機體螺紋連接固定，連接處各自的內外徑尺寸一致，口模內表面光滑。熱塑性樹脂浸漬的連續纖維由口模成型，口模的內表面光滑可以使製品表面避免因摩擦而產生的玻璃纖維毛刺，從而保證製品的表面質量。纖維在浸漬過程中，經環形凸起部分，承受除與上述彎曲的帶狀凸起面軸向(Fz)、 徑向作用力外(Fx)，還有縱向波浪迴轉體凸起部分特有的周向力(Fy)的作用，這是其浸漬效果好的主要原因。所述的口模可以根據實際生產需要進行選擇，可以選用漏鬥形、扁平型等不同形狀和多種型號的口模。本實用新型的有益效果如下與現有技術相比，在浸漬過程中，纖維因為與浸漬芯軸和浸漬芯套的圓弧形凸面接觸，受到軸向、徑向和周向三種張力作用，很好的實現了纖維沿圓弧面的均勻分散展開， 同時熱塑性樹脂也不會在浸漬模具內滯留，既保證了纖維浸漬分散的效果，又保證了產品浸漬的質量。

圖1是本實用新型連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具的結構示意圖。圖2是2mm漏鬥形口模的結構示意圖。圖3是3mm漏鬥形口模的結構示意圖。圖4是4mm漏鬥形口模的結構示意圖。圖5是9mmXl. 5mm扁平形口模的結構示意圖。圖6是圖5的A向結構示意圖。圖7是纖維浸漬時受力情況示意圖。圖中1、浸漬熔體進料口 ；2、分絲孔；3、環形狹縫；4、機體；5、纖維；6、芯套；7、套管；8、導絲塊；9、浸漬芯軸；10、浸漬芯套；11、纖維浸漬流道；12、鎖母；13、口模。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，本實用新型連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，包括機體 4，其技術要點在於機體4內設置有纖維浸漬流道11，纖維浸漬流道11的上部連接導絲塊 8，導絲塊8上設置有分絲孔2，分絲孔2與纖維浸漬流道11相連通，機體4側部設有浸漬熔體進料口 1，浸漬熔體進料口 1與纖維浸漬流道11相通。所述的導絲塊8外部連接芯套6，芯套6外部套有套管7，芯套6和套管7之間形成環形狹縫3，浸漬熔體進料口 1通過環形狹縫3與纖維浸漬流道11相通。所述的套管7下方有一個與機體4的浸漬熔體進料口 1尺寸一樣的孔，孔兩側的下端部分沿斜面切去，保留孔正下方的部分和孔對面的部分。所述的纖維浸漬流道11由浸漬芯軸9與浸漬芯套10形成。所述的浸漬芯軸9為縱向波浪迴轉體芯軸，浸漬芯套10與浸漬芯軸9相配合，使纖維浸漬流道11呈波浪狀流道，浸漬芯軸9的凸面與浸漬芯套10的凹面相切。所述的浸漬芯軸9的縱向波浪形凸面數量為3個，波浪狀流道可以保證流道面的光滑度。所述的纖維浸漬流道11下部外固定有口模13，口模13出料口與纖維浸漬流道11 出口相通，口模13放置在鎖母12上的口模槽中，鎖母12與機體4下部用螺紋固定連接。所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具的使用方法，包括以下步驟將塑化好的熱塑性樹脂熔體從機體4的浸漬熔體進料口 1進入纖維浸漬流道11， 同時，纖維5由導絲塊8的分絲孔2進入到纖維浸漬流道11，樹脂熔體和纖維5在纖維浸漬流道11的入口處相遇後一同沿纖維浸漬流道11前進，進行浸漬。在纖維浸漬流道11下部外固定有口模13，口模13出料口與纖維浸漬流道11出口相通，纖維5經浸漬後由口模13 成型，經牽出、冷卻後，切成所需長度的纖維增強熱塑性複合材料粒料或浸漬帶。模具製作按裝過程及工作原理如下在套管7上設置一個與機體4的浸漬熔體進料口 1尺寸相同的孔，孔兩側的下端部分沿斜面切去，保留孔正下方的部分和孔對面的部分。與芯套6套在一起後，套管和芯套之間的環形狹縫3就是熱塑性樹脂熔體的入口流道。導絲塊8上均勻分布著分絲孔2，生產時，纖維5由這些分絲孔2進入到浸漬模具中。導絲塊8下部和浸漬芯軸9螺紋連接，導絲塊8外部與芯套6螺紋連接，將芯套6套在套管7裡，再將浸漬芯套10套在浸漬芯軸9上，浸漬芯套10和浸漬芯軸9之間構成的環形、 波紋狀狹縫為熱塑性樹脂熔體浸漬纖維的纖維浸漬流道11，各部件組裝好後一併放入到機體4內腔中，並用螺栓固定在機體4上；鎖母12中設置有口模槽，口模13放入口模槽後，與浸漬芯套10下部對緊，將鎖母12與機體4螺紋連接固定，連接處各自的內外徑尺寸一致， 口模13內表面光滑。熱塑性樹脂浸漬的連續纖維由口模13成型，口模13的內表面光滑可以使製品表面避免因摩擦而產生的玻璃纖維毛刺，從而保證製品的表面質量。纖維在浸漬過程中，經環形凸起部分，承受除與上述彎曲的帶狀凸起面軸向(Fz)、 徑向作用力外(Fx)，還有縱向波浪迴轉體凸起部分特有的周向力(Fy)的作用，這是其浸漬效果好的主要原因，如圖6所示。所述的口模可以根據實際生產需要選用不同形狀和多種型號，例如漏鬥形(如圖 2、圖3、圖4)、扁平型(如圖5)等。將口徑為2毫米的口模(如圖2)安裝於浸漬模具上，浸漬模具的熱塑性樹脂由擠出機加熱塑化後注入到浸漬模具中，連續纖維在浸漬模具中被樹脂熔體浸漬後由口模成型。經牽引機的牽出後，對其進行冷卻、切割，得到直徑為2mm，長度範圍為8 20mm的長纖維增強的熱塑性複合材料粒料。將口徑為3毫米的口模(如圖3)安裝於浸漬模具上，熱塑性樹脂由擠出機加熱塑化後注入到浸漬模具中，連續纖維在浸漬模具中被樹脂熔體浸漬後由口模成型。經牽引機的牽出後，對其進行冷卻、切割，得到直徑為3mm，長度範圍為8 20mm的長纖維增強的熱塑性複合材料粒料。將口徑為4毫米的口模(如圖4)安裝於浸漬模具上，熱塑性樹脂由擠出機加熱塑化後注入到浸漬模具中，連續纖維在浸漬模具中被樹脂熔體浸漬後由口模成型。經牽引機的牽出後，對其進行冷卻、切割，得到直徑為4mm，長度範圍為8 20mm的長纖維增強的熱塑性複合材料粒料。將出料口為長9mm，寬1. 5mm的扁平型的口模(如圖5)安裝於浸漬模具上，熱塑性樹脂由擠出機加熱塑化後注入到浸漬模具中，連續纖維在浸漬模具中被樹脂熔體浸漬後由口模成型。經牽引機的牽出後，冷卻，得到寬9mm，厚1. 5mm的長纖維增強的熱塑性複合材料
浸漬帶。纖維5在浸漬過程中因為與浸漬芯軸9和浸漬芯套10的圓弧形凸面接觸，從而因張力作用很好地實現了纖維5沿圓弧面的均勻分散展開。同時，因為纖維浸漬流道11表面光滑，熱塑性樹脂也不會在浸漬模具內滯留，不會因為模具內滯留樹脂的老化分解而影響製品的質量和整個加工過程的連續性，既保證了纖維浸漬分散的效果，又保證了纖維浸漬的質量。
權利要求1.一種連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，包括機體G)，其特徵在於機體 (4)內設置有纖維浸漬流道(11)，纖維浸漬流道(11)的上部連接導絲塊(8)，導絲塊(8)上設置有分絲孔O)，分絲孔⑵與纖維浸漬流道(11)相連通，機體⑷側部設有浸漬熔體進料口(1)，浸漬熔體進料口(1)與纖維浸漬流道(11)相通。
2.根據權利要求1所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵在於所述的導絲塊(8)外部連接芯套(6)，芯套(6)外部套有套管(7)，芯套(6)和套管(7)之間形成環形狹縫(3)，浸漬熔體進料口(1)通過環形狹縫C3)與纖維浸漬流道(11)相通。
3.根據權利要求1所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵在於所述的纖維浸漬流道(11)由浸漬芯軸(9)與浸漬芯套(10)形成。
4.根據權利要求3所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵在於所述的浸漬芯軸(9)為縱向波浪迴轉體芯軸，浸漬芯套(10)與浸漬芯軸(9)相配合，使纖維浸漬流道(11)呈波浪狀流道。
5.根據權利要求4所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵在於所述的浸漬芯軸(9)的縱向波浪形凸面數量為1 30個。
6.根據權利要求1所述的連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，其特徵在於所述的纖維浸漬流道(11)下部外固定有口模(Π)，口模(1 出料口與纖維浸漬流道(11) 出口相通。
專利摘要本實用新型涉及一種連續/長纖維增強熱塑性複合材料的浸漬模具，屬於連續/長纖維增強熱塑性複合材料製備裝置領域，包括機體，其技術要點在於機體內設置有纖維浸漬流道，纖維浸漬流道的上部連接導絲塊，導絲塊上設置有分絲孔，分絲孔與纖維浸漬流道相連通，機體側部設有浸漬熔體進料口，浸漬熔體進料口與纖維浸漬流道相通。連續纖維經導絲塊上的分絲孔進入到浸漬模具與熔融的熱塑性樹脂接觸，經環狀波紋迴轉體芯軸及與之外表面形狀相同的機體腔體內壁之間的環形、波紋狀浸漬流道，纖維束被強制展開、分散，實現樹脂對纖維的浸漬。本實用新型浸漬效率高，浸漬過程中較好地實現了纖維的分散。
文檔編號B29C70/54GK202037882SQ20112014400
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者孫海青, 李麗平, 譚洪生 申請人:山東理工大學