CN207509539U - 一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置、一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备*** - Google Patents

Abstract

一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，包括槽体、预浸介质、辊轴，若干辊轴转动式安装于槽体内，预浸介质为硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡的一种，辊轴相互平行，辊轴之间的距离小于等于纤维束的直径，呈液态状的预浸介质的液面高于辊轴外圆柱面的最低点。一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，采用纤维浸渍模具的纤维预处理装置，还包括挤出机、连接流道、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机，挤出机经连接流道和纤维浸渍模具相连，纤维束经纤维浸渍模具的纤维预处理装置、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机后成型。本实用新型具有浸渍更均匀、包覆效果更好等优点，属于热塑性复合材料的制造技术领域。

Description

一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置、一种长纤维增强热塑 性复合树脂粒料的制备***

技术领域

本实用新型属于热塑性复合材料的制造技术领域，特别涉及一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置及一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***。

背景技术

高性能的长纤维增强热塑性复合材料LFRT(或称LFT)是近年来取得突破进展的一类先进纤维增强塑料，它具有高强度、高刚度、高尺寸稳定性、低翘曲度、使用寿命长、耐蠕变等显著特点，且可以弥补或取代常用的通用复合材料(FRP)、短纤维增强热塑性塑料、金属、木材等材料的不足。目前，采用长纤维增强技术是实现通用塑料和工程塑料高性能化的重要技术途径之一，己引起国内外热塑性复合材料研究部门与工业界的高度重视，并且对其开发、生产和应用技术进行了广泛深入的研究和工业化。

长玻璃纤维增强热塑性复合材料，是以热塑性树脂为基体，以玻璃纤维(毡) 为增强骨架的板、片、带、束、颗粒结构的纤维增强热塑性复合材料，它通过螺杆挤出机将塑料和纤维在特种模具内充分浸渍，后经冷却定型、牵引、切割、包装完成产品制造过程。

目前，尽管在国内外均已公布了若干长纤维增强热塑性塑料的制备技术和浸渍模具装置，但制备装置、方法大多存在一定的缺点。专利号为 ZL201420011665.8的中国实用新型专利记载了一种连续长纤维增强聚丙烯树脂粒料的制备模具，其在生产长纤维增强热塑性塑料过程中克服了塑料熔体阻力大、连续纤维在包覆的折断问题，但是具有均匀浸渍、分散、包覆效果不佳的问题，生产制造的长纤维增强热塑性塑料性能和制品加工的外观不理想。并且在该专利技术的方案中让纤维束经过一个圆管形加热通道进入纤维浸渍模具装置，由于纤维在进入模具前进行烘烤导致纤维束变形、杂乱，引起其在浸渍模具装置内的断纤，堵塞模具致使生产不得不终止。其次ZL201420011665.8的中国实用新型专利所记载的纤维浸渍模具，制造的产品——长纤维增强聚丙烯 (LFRT-PP)粒子外观可见纤维与树脂的界面粘附差，不够密实、产品性能不高。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种减少纤维束在进入模具前变形或杂乱、浸渍及包覆更均匀的纤维浸渍模具的纤维预处理装置。

本实用新型的另一个目的是提供一种减少纤维束在进入模具前变形或杂乱、浸渍及包覆更均匀的长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***。

一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，包括槽体、预浸介质、辊轴，若干辊轴转动式安装于槽体内，预浸介质为硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡的一种，辊轴相互平行，辊轴之间的距离小于等于纤维束的直径，呈液态状的预浸介质的液面高于辊轴外圆柱面的最低点。采用此结构，在纤维束进入纤维浸渍模具前预先处理纤维，通过对纤维束进行加热处理、预先浸渍等，从而改变纤维束以及单个纤维的表面张力、提高纤维束中各单个纤维的湿润能力和在纤维浸渍模具中接受树脂熔体的吸纳和包融能力，使得产品在进入纤维束浸渍模具后能更好地和树脂熔体的吸纳和包融，浸渍更均匀；与此同时，这一预先处理过程能通过辊轴对纤维束的挤压、压紧等操作，从而减少纤维束在进入模具前变形或杂乱，并驱离存留在纤维束中的空气，最大限度的减少了进入纤维浸渍模具后与树脂熔体浸渍、分散过程的阻隔介质和残留空间(气泡)，使得产品严实度增加。

作为一种优选，辊轴为两根，辊轴之间的距离为0.5～0.8d，其中d为纤维束的直径。采用此结构，两根辊轴对纤维束的挤压、压紧已经能将纤维束中的空气较好地驱离出去，且节省安装空间和制造成本；将两辊轴之间的间隙设为 0.5～0.8d，能使得通过两辊轴之间的纤维束被较好地压紧和挤压，从而更好地驱离纤维束中的空气、加强纤维束在预处理过程中对聚乙烯蜡等材料的浸渍。

作为一种优选，表面光滑的辊轴为不锈钢材质制成。采用此结构，不锈钢材料制成的辊轴表面较为光滑、光洁度高，在预处理纤维束的同时，也较少地损伤纤维束。

作为一种优选，还包括加热组件，用于将预浸介质加热为液体状态的加热组件安装于槽体的底部。采用此结构，由于预处理过程中需要聚乙烯蜡为液体状态，底部安装的加热组件方便在预处理过程中加热，操作方便、容易控制。

作为一种优选，液态状的预浸介质的液面不低于辊轴在竖直方向的三分之一截面处。采用此结构，能保证经过装置进行预处理的纤维束能充分浸渍于液态状的聚乙烯蜡中，从而预处理过程中融入更多有效成分、浸渍的效果更好。

一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，采用上述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，还包括挤出机、连接流道、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机，挤出机经连接流道和纤维浸渍模具相连，纤维束经纤维浸渍模具的纤维预处理装置、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机后成型。采用此结构，在纤维束进入纤维浸渍模具前预先处理纤维，驱离存留在纤维束中的空气，使得纤维束在预处理中能浸渍有效成分、并充分挤压纤维束中的残留空间，再经纤维浸渍模具处理及水冷、纤维牵引等处理后，从而使得生产的产品外观目测密实、纤维融浸状态良好；在FRT-PP产品性能测试，产品的拉伸强度提高较为明显。

作为一种优选，纤维浸渍模具包括内设有模腔的浸渍模具模体，浸渍模具模体一端设有纤维束入口、另一端设有纤维束出口，模腔内设有用于向模腔输入塑料熔体的熔体输送通道，模腔内设置有一组双齿轮组合熔体泵和张力辊组。采用此结构，模腔内设置有齿轮熔体泵，可在模腔内形成熔体涡流，每个纤维束在齿轮熔体泵的作用下被熔体充分浸渍、包覆，增强浸渍、浸润效果。

作为一种优选，双齿轮组合熔体泵包括一从动齿轮辊和用于驱动从动齿轮辊的驱动齿轮辊，从动齿轮辊与驱动齿轮辊呈上下排列。采用此结构，更有利于纤维束被熔体饱和浸透、吸附。

作为一种优选，驱动齿轮辊包括主辊筒和设置在主辊筒一侧边上的传动齿轮，从动齿轮辊包括从动辊筒和设置在从动辊筒一侧边上的从动齿轮，传动齿轮与从动齿轮互相紧靠，且相啮合。采用此结构，从动齿轮与驱动齿轮的转动，更有利于形成浸渍液涡流促使纤维束均匀浸渍、分散、包覆，并且由于从动齿轮辊筒的滚动可为纤维束在穿过模腔时为熔体浸渍、被纤维束吸收提供动力和瞬间压力，有利于纤维束被熔体饱和浸透、吸附。

本实用新型的优点：

1、本实用新型在纤维束进入纤维浸渍模具前预先处理纤维，通过对纤维束进行加热处理、预先浸渍等，从而改变纤维束以及单个纤维的表面张力、提高纤维束中各单个纤维的湿润能力和在纤维浸渍模具中接受树脂熔体的吸纳和包融能力，使得产品在进入纤维束浸渍模具后能更好地和树脂熔体的吸纳和包融，浸渍更均匀；与此同时，这一预先处理过程能通过辊轴对纤维束的挤压、压紧等操作，从而减少纤维束在进入模具前变形或杂乱，并驱离存留在纤维束中的空气，最大限度的减少了进入纤维浸渍模具后与树脂熔体浸渍、分散过程的阻隔介质和残留空间(气泡)，使得产品严实度增加。

2、本实用新型采用两根辊轴对纤维束的挤压、压紧，两根辊轴已经能将纤维束中的空气较好地驱离出去，且节省安装空间和制造成本；将两辊轴之间的间隙设为0.5～0.8d，能使得通过两辊轴之间的纤维束被较好地压紧和挤压，从而更好地驱离纤维束中的空气、加强纤维束在预处理过程中对聚乙烯蜡等材料的浸渍。

3、本实用新型在预处理过程中加入更多预浸介质，如硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡等，从而使得在预处理过程中浸渍入更多有效成分进入纤维束中，使得经预处理和纤维浸渍模具后的纤维束强度和张力更好，浸渍更均匀，包覆效果更好；同时在槽体内安装有加热组件，方便在处理过程将聚乙烯蜡及预浸介质加热为液体状态，同时方便在生产过程中控制温度，操作方便。

4、在本实用新型中，通过在纤维束进入纤维浸渍模具前预先处理纤维束，驱离存留在纤维束中的空气，使得纤维束在预处理中能浸渍有效成分、并充分挤压纤维束中的残留空间，再经纤维浸渍模具处理及水冷、纤维牵引等处理后，从而使得生产的产品外观目测密实、纤维融浸状态良好；在FRT-PP产品性能测试，产品的拉伸强度提高较为明显。

附图说明

图1为一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***的结构示意图。

图2为一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置的结构示意图。

其中，1为纤维浸渍模具的纤维预处理装置，2为挤出机，3为连接流道，4 为纤维浸渍模具，5为水冷装置，6为纤维牵引切粒机，7为辊轴，8为槽体，9 为纤维束。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的具体说明。

一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，包括槽体、预浸介质、辊轴，预浸介质为硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡的一种。两根辊轴转动式安装于槽体内，辊轴相互平行，辊轴之间的距离小于等于纤维束的直径，呈液态状的预浸介质的液面高于辊轴外圆柱面的最低点。槽体的上端开口，辊轴均安装于槽体的上端。槽体为一个不锈钢槽，不锈钢槽的长、宽、高为 300*120*80，辊轴的两端分别安装于槽体的两端，辊轴的长度和槽体的长度相适应。辊轴安装后可转动。

在本实施例中，辊轴之间的距离为0.5～0.8d，其中d为纤维束的直径。辊轴为不锈钢材质制成，且辊轴表面较为光滑，辊轴表面的光洁程度较高。

预浸介质可以为硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡中的一种。本实施例中，将以上列举的预浸介质全部加入槽体内，混合后再加热；加热达到40-120摄氏度，使得装置内的预浸介质成为液体状。

本实施例中，还包括加热组件，用于将预浸介质加热为液体状态的加热组件安装于槽体的底部。

呈液态状的预浸介质的液面不低于辊轴在竖直方向的三分之一截面处。即在本实施例中，在辊轴安装于槽体后，使得预浸介质的液面约为辊轴在竖直方向的三分之一截面处，这样可以保证纤维束在预处理过程能在槽体的液体内充分浸渍。

使用纤维浸渍模具的纤维预处理装置进行纤维束预处理的工作过程：纤维束从一根辊轴的一侧进入，绕过辊轴的下方，再从两辊轴之间的间隙穿过，之后从另一根辊轴的上方绕过，完成纤维束的预处理过程；并且在纤维束的牵引下，两辊轴向纤维浸渍模具的方向同步转动。在此预处理过程中，纤维束先进入槽体内被该槽体内的液体充分浸渍，从两辊轴之间的间隙穿过时被双辊轴渗透、湿润、挤压，挤压后的纤维束密实无气泡且携带着少量预浸物质，经后置的辊轴被牵引入纤维浸渍模具。完成预处理过程的纤维束再进入下一个处理部件，即进入纤维浸渍模具中进行浸渍处理。

本实用新型的原理：预处理装置中含预浸介质，预浸介质包括硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡，被预浸介质浸渍的纤维束与树脂熔体的热态相容性高于玻璃纤维束与树脂熔体的热态相容性，切断空气阻隔、气泡残留少；大大提高了后续处理过程对纤维的浸渍效果，从而使得产品外观目测更密实、纤维融浸状态良好；FRT-PP产品性能测试，产品的拉伸强度提高10-20％。

一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，采用上述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，还包括挤出机、连接流道、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机，挤出机经连接流道和纤维浸渍模具相连，纤维束经纤维浸渍模具的纤维预处理装置、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机后成型。

纤维浸渍模具包括内设有模腔的浸渍模具模体，浸渍模具模体一端设有纤维束入口、另一端设有纤维束出口，模腔内设有用于向模腔输入塑料熔体的熔体输送通道，模腔内设置有一组双齿轮组合熔体泵和张力辊组。

双齿轮组合熔体泵包括一从动齿轮辊和用于驱动从动齿轮辊的驱动齿轮辊，从动齿轮辊与驱动齿轮辊呈上下排列。

驱动齿轮辊包括主辊筒和设置在主辊筒一侧边上的传动齿轮，从动齿轮辊包括从动辊筒和设置在从动辊筒一侧边上的从动齿轮，传动齿轮与从动齿轮互相紧靠，且相啮合。

使用一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***的工作过程：将纤维束引入纤维浸渍模具的纤维预处理装置中进行预处理；经过预处理后的纤维束再经纤维束入口进入模腔中，经齿轮熔体泵和张力辊从模腔的纤维束出口导出；挤出机中的熔体经连接流道进入纤维浸渍模具中，熔体和纤维束在模腔内互溶、浸渍并被包覆；从纤维浸渍模具中引出的被熔体复合包覆的纤维束再经水冷装置和纤维牵引切粒机切粒后，干燥包装。

上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，其特征在于：包括槽体、预浸介质、辊轴，预浸介质为硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯、石蜡、聚乙烯蜡的一种，若干辊轴转动式安装于槽体内，辊轴相互平行，辊轴之间的距离小于等于纤维束的直径，呈液态状的预浸介质的液面高于辊轴外圆柱面的最低点。

2.根据权利要求1所述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，其特征在于：辊轴为两根，辊轴之间的距离为0.5～0.8d，其中d为纤维束的直径。

3.根据权利要求1或2所述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，其特征在于：表面光滑的辊轴为不锈钢材质制成。

4.根据权利要求1所述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，其特征在于：还包括加热组件，用于将预浸介质加热为液体状态的加热组件安装于槽体的底部。

5.根据权利要求1所述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，其特征在于：呈液态状的预浸介质的液面不低于辊轴在竖直方向的三分之一截面处。

6.一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，采用权利要求1-5任一项所述一种纤维浸渍模具的纤维预处理装置，其特征在于：还包括挤出机、连接流道、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机，挤出机经连接流道和纤维浸渍模具相连，纤维束经纤维浸渍模具的纤维预处理装置、纤维浸渍模具、水冷装置、纤维牵引切粒机后成型。

7.根据权利要求6所述一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，其特征在于：纤维浸渍模具包括内设有模腔的浸渍模具模体，浸渍模具模体一端设有纤维束入口、另一端设有纤维束出口，模腔内设有用于向模腔输入塑料熔体的熔体输送通道，模腔内设置有一组双齿轮组合熔体泵和张力辊组。

8.根据权利要求7所述一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，其特征在于：双齿轮组合熔体泵包括一从动齿轮辊和用于驱动从动齿轮辊的驱动齿轮辊，从动齿轮辊与驱动齿轮辊呈上下排列。

9.根据权利要求8所述一种长纤维增强热塑性复合树脂粒料的制备***，其特征在于：驱动齿轮辊包括主辊筒和设置在主辊筒一侧边上的传动齿轮，从动齿轮辊包括从动辊筒和设置在从动辊筒一侧边上的从动齿轮，传动齿轮与从动齿轮互相紧靠，且相啮合。