[发明专利]长纤维增强塑料生产用纤维丝束熔融浸渍模头及浸渍方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料成型加工技术领域，具体涉一种纤维丝束熔融浸渍 模头及浸渍方法，用于长纤维增强热塑性塑料的制作。

背景技术

受塑化加工影响，传统纤维增强热塑性塑料的纤维长度一般小于0.5mm， 其制品受力破坏主要为纤维从基体拔出，纤维强度基本没得到利用。上世纪末， 国际复合材料市场涌现了长纤维增强热塑性塑料(LFRT)。与传统的纤维增强 塑料相比，LFRT的纤维长度大于纤维从塑料基体抽出的临界长度，更好地发 挥了纤维的增强能力，从而赋予制品更高的刚度、强度和抗冲击、抗蠕变性能 以及更好的外观质量，且可多次回收加工，是复合材料市场中正在突起的一类 新产品。

这类复合材料作为金属材料的替代品，被大量用在汽车工业，以减轻汽车 的重量，提高成本效益，如汽车的前端支架组件、门板模块、仪表盘、蓄电池 槽壳、行李架、车身板、座椅靠背、进气歧管、发动机罩等。除汽车工业以外， 这类新产品也正在迅速地向家电、机械、电器、建筑等领域扩展。

长纤维增强热塑性塑料的主要品种有：

1)纤维毡增强塑料(GMT)及连续纤维热塑性塑料预浸片(CFTP)；

2)长纤维增强塑料(LFRT)粒料和；

3)直接成型增强塑料制品(D-LFRT)。

GMT和CFTP多用于模压形状简单的制品，不宜加工成形状复杂的产品， 且成型周期长，目前发展放慢。长纤维增强塑料(LFRT)粒料可用传统的塑料加 工设备生产和加工，成型周期短，可加工成形状复杂的制品，产品应用面广， 已成为长纤维增强热塑性塑料中的主流品种。D-LFRT需采用特殊的挤出、注 塑设备，一般由大型塑料制件厂联合开发，尚处在起步改进阶段，但发展势头 快。

目前，LFRT粒料的工业生产以熔体浸渍法为主。其工艺过程是将连续纤维 丝束在张力牵引下导入一个具有特殊结构的浸渍模头，在浸渍模头的浸渍流道 内浸饱从挤出机输入的塑料熔体，而后从模头口模拉出，经冷却后，切断成所 需长度的粒料供应市场。因为热塑性塑料的熔体粘度都很高，浸润性差，不易 浸透纤维丝束，包覆每一根单丝。如何促进塑料熔体浸润纤维，与纤维充分接 触，不致纤维在浸渍过程中折损，是熔体浸渍法生产LFRT的首要条件。熔融 浸渍模头、浸渍配料以及浸渍工艺是LFRT粒料生产的关键。

法国阿托化学公司1989在中国专利CN 1021643C公开了一种连续纤维熔 融浸渍模头，其特征为一类似正弦曲线的弯曲浸渍流道。塑化好的塑料熔体从 模头入口注入浸渍流道，纤维丝束在张力牵引下穿过浸渍流道，在弯曲流道的 波峰和波谷，纤维丝束受张力作用向两边扩展，便于熔体对纤维丝束的浸渍。 纤维丝束在波峰和波谷受到的张力峰值沿前进方向递增，在靠近模头出口的波 峰或波谷张力最大。这种结构容易引起纤维单丝的折损。特别是在高的牵引速 度下，过大的张力可能使大量的单丝断裂，造成浸渍操作的不稳定。中国专利 CN 1827671A(2006-2-17)公开了一种改进的弯曲流道浸渍模头，其特征为弯 曲流道从入口到出口波峰的高度递减，使纤维丝束在各波峰和波谷的受力峰值 差异减小并逆转，即张力递减，以求在高浸渍线速度下能达到稳定操作。中国 专利CN 101152767A(2008-4-2)公开了另一类熔融浸渍模头，其特征在于独 立浸渍流道和一组可以自由转动的张力辊。连续纤维束交替绕过张力辊前进， 在包绕张力辊的弧面受张力作用而散开；同时张力辊的自由转动可减少纤维的 摩擦折损。但在高速运行时，纤维的摩擦折损几率大，造成浸渍操作的不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有浸渍模头结构的不足，提供长纤维增强塑料生 产用的纤维丝束熔融浸渍模头及浸渍方法，本发明能提高连续纤维丝束熔融浸 渍的生产效率和操作稳定性，降低长纤维增强热塑性塑料的生产成本。本发明 通过如下技术方案实现：