一種連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材的成型設備與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及連續纖維增強熱塑性樹脂復合材料，具體地說，是一種連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材的成型設備與方法。
【背景技術】
[0002]連續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制品等長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，并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，因而可制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。
[0003]已經有一些公開的制備連續纖維增強熱塑性樹脂的浸漬設備與浸漬方法，這些成型方法的共同特點是浸漬設備比較單一，一般只有一個浸漬單元組成，浸漬設備的結構主要為張力輥，纖維通過交替繞過張力輥，形成一定的包角，實現纖維的浸漬。但這些設備的缺點是:(1)纖維交替高低繞過張力輥形成的包覆角太小，由于纖維浸漬主要靠包覆張力輥形成壓力實現浸漬的，包覆角越小，纖維浸漬效果越差；(2)為增大包覆角，必然要增加張力輥數目，張力輥數目增加導致浸漬模具過長，模具越長，集料越多，熔體阻力越大，影響拉擠的穩定性；(3)浸漬模具內的張力輥是靜止的，纖維被動繞過張力輥，導致阻力大，影響纖維的浸漬效果和擠出的穩定性，尤其難以實現纖維束橫向方向的浸漬。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有連續纖維增強熱塑性樹脂制備方法中存在的技術缺陷，提供一種纖維分散浸漬質量好、生產穩定性高的連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材的成型設備與方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案:
一種連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材的成型設備與方法，該成型設備沿擠拉方向依次包括:紗架1，纖維預分散裝置2，單螺桿擠出機3，螺旋式熔融浸漬模具4，二次輥壓裝置5，冷卻牽引機6和收卷機7 ;螺旋式熔融浸漬模具4與單螺桿擠出機3呈直角式連接，纖維預分散裝置2布置在紗架和螺旋式熔融浸漬模具4之間，后面依次為冷卻牽引機6和收卷機7 ;螺旋式熔融浸漬模具4內布置有1-3根螺旋浸漬輥8，螺旋浸漬輥8的外表面開始有螺旋溝槽，并通過電機驅動在螺旋式熔融浸漬模具4內旋轉。
[0006]其中，螺旋浸漬輥8直徑為60-100mm，間距為120_200mm，螺旋溝槽的槽深為3mm，槽寬為8mm，螺距為60-90mm，螺旋溝槽的頭數為1_10。
[0007]其中，二次輥壓裝置5由四根壓輥組成，壓輥直徑為400mm，四根壓輥呈L型排布。
[0008]其中，所用的熱塑性樹脂為聚丙烯，尼龍，聚氨酯中的一種或幾種，連續纖維為玻璃纖維或碳纖維。
[0009]本發明還提供了上述連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材的制備方法，包括以下步驟:
(1)首先，連續纖維束9從紗架I引出后交替繞過纖維預分散裝置2的分散輥，在分散輥的張力作用下得到初步分散；
(2)連續纖維束9經預分散后進入螺旋式熔融浸漬模具4，并沿螺旋式熔融浸漬模具4內螺旋浸漬輥8表面的螺旋溝槽排布，同時，熱塑性樹脂經單螺桿擠出機3熔融后進入螺旋式熔融浸漬模具4，連續纖維束9在冷卻牽引機6的牽引下，沿螺旋浸漬輥8表面的螺旋溝槽拉擠；當螺旋浸漬輥8轉動時，樹脂熔體沿螺旋溝槽流動，實現纖維縱向方向浸漬，同時由于擠壓作用，樹脂熔體沿垂直纖維的方向流動，實現纖維橫向浸漬；
(3)連續纖維從螺旋式熔融浸漬模具4拉出后進入二次輥壓裝置5，并交替繞過二次輥壓裝置5的壓輥，在壓力作用下，將熱塑性樹脂積壓在纖維束內部，使纖維和熱塑性樹脂達到致密結合，提高纖維的浸漬效果；
(4)經二次輥壓裝置4輥壓后的連續纖增強熱塑性樹脂經冷卻牽引機6充分冷卻，然后通過收卷機7收卷，即可制備連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材。
[0010]與現有技術相比較，本發明具有以下優點:
(1)螺旋式熔融浸漬模具是通過螺旋浸漬輥實行纖維分散和浸漬的，螺旋浸漬輥表面開設有多頭螺旋溝槽，纖維繞螺旋溝槽排布和走向，包覆角通過螺旋溝槽的螺旋角和螺距控制，一根螺旋浸漬輥可實現較大包覆角，從而在較短距離內即可實現纖維的充分浸漬，大大縮短模具長度；
(2)由于螺旋式熔融浸漬模具較短，模具內聚集的熔體較少，熔體阻力小，纖維不容易斷絲，可大幅提尚拉擠的穩定性；
(3)螺旋浸漬輥通過電機驅動可在螺旋式熔融浸漬模具內旋轉，當螺旋浸漬輥轉動時，樹脂沿螺旋溝槽流動，實現纖維縱向方向浸漬，同時由于擠壓作用，熔體沿垂直纖維方向流動，實現橫向浸漬，通過縱向和橫向浸漬，可大幅提高纖維的浸漬效果。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材成型設備的俯視圖；
圖2是本發明螺旋浸漬輥的結構示意圖；
圖3是本發明二次輥壓裝置壓輥布局示意圖。
[0012]其中:1-紗架；2_纖維預分散裝置；3_單螺桿擠出機；4_螺旋式熔融浸漬模具；
5-二次輥壓裝置；6_冷卻牽引機；7_收卷機；8_螺旋浸漬輥；9_連續纖維束。
【具體實施方式】
[0013]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0014]實施例1
根據本發明的連續纖維增強熱塑性樹脂預浸片材的成型設備，沿擠拉方向依次包括:紗架I，纖維預分散裝置2，單螺桿擠出機3，螺旋式熔融浸漬模具4，二次輥壓裝置5，冷卻牽引機6和收卷機7 ;螺旋式熔融浸漬模具4與單螺桿擠出機3呈直角式連接，纖維預分散裝置2布置在紗架和螺旋式熔融浸漬模具4之間，后面依次為冷卻牽引機6和收卷機7 ;螺旋式熔融浸漬模具4內布置有I根螺旋浸漬輥8，螺旋浸漬輥8的外表面開始有螺旋溝槽，并通過電機驅動在螺旋式熔融浸漬模具4內旋轉。
[0015]螺旋浸漬棍8直徑為60mm，間距為120mm，螺旋溝槽槽深為3mm，槽寬為8mm，螺距為60_，螺旋溝槽的頭數為3 ;二次輥壓裝置5由四根壓輥組成，壓輥直徑為400_，四根壓輥呈L型排布。
[0016]所用的熱塑性樹脂為尼龍，連續纖維為碳纖維。
[0017]制備方法如下:
(1)首先，連續纖維束9從紗架I引出后交替繞過纖維預分散裝置2的分散輥，在分散輥的張力作用下得到初步分散；
(2)連續纖維束9經預分散后進入螺旋式熔融浸漬模具4，并沿螺旋式熔融浸漬模具4內螺旋浸漬輥8表面的螺旋溝槽排布，同時，熱塑性樹脂經單螺桿擠出機3熔融后進入螺旋式熔融浸漬模具4，連續纖維束9在冷卻牽引機6的牽引下，沿螺旋浸漬輥8表面的螺旋溝槽拉擠；當螺旋浸漬輥8轉動時，樹脂