[发明专利]搅拌－喷动流化床及其在制备纤维增强复合材料中的应用

说明书

本发明涉及一种流化床以及通过该流化床制备纤维增强热塑性复合材料的方法。

纤维增强热塑性复合材料(Glass Mat Reinforced Thermoplastic)，简称GMT，是一种以热塑性树脂为基体，以长纤维或连续纤维为增强物的复合材料。用不同类型的纤维和热塑性树脂基体，可以组成多种多样的GMT材料。由于聚丙烯具有很好的性能价格比，因此是一种应用最广泛的热塑性基体。

目前国内外已经开发出多种GMT片材制备方法，且已经工业化，如美国专利(U.S Patent 3 684 645(1969)，Temple，C.S.，Matthews，J.R.)所公开的熔融浸渍法和(U.S Patent 4 481 075(1984)，Dailly，C.，Gomez，D.)所披露的浆态浸渍法，另外还有(U.S Patent 3 742 106(1973).Price，R.V)所揭示的流化床粉术浸渍法等。

熔融浸渍工艺是将二层玻纤毡压合在三层热塑性树脂中，当中是熔融的热塑性树脂，最外层可以是薄膜，也可以是熔融的树脂，将该夹层结构送入双钢带压机，在高于树脂熔融的温度条件下加压然后冷却，最后裁割。一般而言，只有当复合材料基体对增强介质充分浸渍并且基体和增强介质之间形成较好的界面结合以后，才能充分利用玻璃纤维高强度、高模量的物理特性，达到纤维增强的效果。此法的关键参数是熔体对玻璃纤维毡的浸渍速率，由于热塑性树脂熔体的高粘度以及玻璃纤维毡复杂致密的几何结构，完成熔体对玻璃纤维毡的浸渍过程，需要较长的浸渍时间和较高的浸渍压力。即使如此，树脂熔体还很难达到纤维束内浸渍。

浆态浸渍工艺是在造纸机械的基础上开发的，把长度在6～25mm之间的玻璃纤维分散在水中，加入树脂粉末和一种乳液，这些组分悬浮于水中，加入絮凝剂后，使粉末和乳液凝结，在液压成屏筛上分离出来，形成的毡在高于树脂熔融的温度下压紧，制得GMT片材。该方法由于操作中加入大量的化学助剂，很难将其完全除尽，残留在玻璃纤维上的助剂会降低基体与纤维之间的界面结合强度。同时此工艺还存在废水回收和净化的问题。

流化床粉末浸渍法是将玻璃纤维束分散后通过一流化床，树脂粉末由于静电吸附的作用而附着在玻璃纤维表面，然后通过加热或同种聚合物薄膜包覆的方法制成预浸带，最后将这种预浸带编织并送入双钢带压机或平板压机预热压制成片材。该方法设备复杂，不易实现工业化。

因此提供一种新的设备以及新的制备GMT的方法，是人们所十分期望的。

本发明的目的之一在于公开一种具有搅拌-喷动结构的流化床，以克服现有设备工艺复杂，不易实现工业化的缺陷；

本发明的目的之二在于提供一种采用上述流化床生产纤维增强复热塑性复合材料的方法。该方法流程简单、能够使聚合物基体与纤维实现充分的浸渍和界面结合、无污染、易于实现大规模工业化生产。

本发明的技术构思是这样的：

采用一个具有搅拌-喷动结构的流化床，以空气为流化介质，在流化床中通过流化和搅拌实现聚合物基体与纤维的充分混合，并将纤维束分散为吸附了聚合物基体的单丝，既可以解决通常热塑性复合材料制备中在浸渍上的难题，又可避免湿法中经常出现的废水污染环境的缺陷。

实现本发明目的的技术方案：

本发明所说的流化床包括：

一个底部设有锥形气体分布装置、上部设有气体和物料出口的圆柱形筒体；

一个通过固定件与圆柱形筒体内壁相固接的、并与圆柱形筒体同轴的导流管；

一个设置在导流管内与导流管同轴的、并与圆柱形筒体顶部的动力装置相连接的搅拌装置；

一个设置在锥形气体分布装置锥部的流化气和喷动气入口装置。

为了能够更清楚地表达本发明的内容，以下将通过附图进行详细说明。

图1为搅拌-喷动流化床的结构示意图。

图2为图1中的A—A向示意图。

图3为导流管内流化气和喷动气操作范围图。

由图1和图2可见，本发明所说的流化床包括：

一个底部设有锥形气体分布装置、上部设有气体和物料出口10的圆柱形筒体8，所说的锥形气体分布装置由一个锥形的壳体3和一个具有流化气分布孔11的内层4构成，内层4与壳体3之间形成一个锥形环隙12；

一个与锥形壳体3锥部相连接的、由外管13和内管14构成的流化气和喷动气入口装置，外管13与锥形壳体3相连接，内管14与内层4相连接，内管14与外管13之间形成一个与锥形环隙12相连通的直管环隙15，外管13设有流化气入口2，内管14设有喷动气与物料入口1；