[发明专利]一种制备短切纤维连续取向毡的方法及装置

说明书

一种制备短切纤维连续取向毡的方法及装置属于纤维织物领域。本发明方法包括以下工序：分散工序：取向工序：将储料装置中分散好的短切纤维悬浮液导入渐缩取向喷头，经渐缩取向喷头后平铺在不断运行的传送网带上；分离工序：通过位于传送网带下方的负压抽吸箱分离在传送网带上的短切纤维悬浮液中的水分及分散剂，后洗涤获得湿态的短切纤维连续取向毡；干燥后收卷。本发明的装置自动化程度高，制备的短切纤维连续取向毡的厚度、宽度和长度及纤维含量可控性高，短切纤维连续取向毡中短切纤维的取向度高且取向结构均匀；本发明节能环保、优质高效，解决了制备效率低、无法连续和规模化生产的问题，为短切纤维取向毡的工业化应用提供了技术保障。

技术领域：

本发明属于纤维织物材料领域，特别涉及一种规模化制备短切纤维连续取向毡的方法及装置。

背景技术：

短切纤维增强复合材料不仅具有一般纤维增强复合材料的优点，如抗腐蚀、耐疲劳、高比强度和比模量、较好的热稳定性以及可设计性等特点，同时具有加工工艺简单，生产成本较低等优点，已经越来越受到工业界及学术界的广泛关注。

短切纤维长度一般在3-15cm,具有高度各项异性，其增强复合材料的性能与纤维种类、纤维与基体之间的界面结合状态、纤维长度、纤维含量、纤维取向状态有关。对于某一特定短纤维增强复合材料，其力学性能主要取决于纤维的取向状态及纤维含量：沿着纤维取向方向，短切纤维复合材料具有较高的强度及模量；纤维含量越高，其复合材料力学性能越好。

制备短纤维取向增强复合材料传统方法主要采用将短纤维直接加入树脂等基体材料当中，利用挤出等工艺手段产生流体流动获得短纤维取向增强复合材料。但这些方法获得的复合材料其纤维含量相对较低，纤维分散及取向均匀性相对较差，一定程度上限制了其力学性能的增加。为了弥补传统方法的不足，通过单独使短切纤维取向制备短切纤维取向毡，再与树脂等基体复合获得短切纤维取向增强复合材料越来越受到人们的广泛关注。

近年来，国内外研究人员对短纤维取向毡制备技术进行了大量研究。Timbrell等(Journal of Applied Physics，1972，43(11)：4839-4840)利用磁场方法，将纤维置于强磁场中，利用磁矩力的作用驱动短纤维沿磁场力的方向进行一定的取向排列，获得一定取向度的短切纤维取向毡，但这种方法其取向装置相对比较复杂，且要求纤维具有导磁性，限制了可取向纤维的种类，此外，利用磁场法获得的短切纤维取向毡取向程度较低，通常沿纤维方向在±20°范围内只有70％的取向程度，无法获得高取向短切纤维取向产品。Vyakarnam等(U.S.Patent 5 846 356)利用电场法制备短纤维取向毡，其取向原理与磁场法类似，要求纤维具有一定的导电性能，限制了取向纤维的种类，同时，电场法获得的取向程度与磁场法类似，取向程度相对较低，通常沿纤维取向方向在±30°范围内只有80％的纤维实现取向。另外，Bagg等人(Composites,1969，1(2)：97-100)开发了一种湿法短切纤维取向技术：短切纤维在分散介质中的分散、短切纤维取向、取向介质分离，从而实现短切纤维取向毡的制备；KACIR等人(Polymer Engineering&Science，1975,15(7)：525-537)在此湿法纤维取向技术的基础上制备短切玻璃纤维取向毡，所制得的短切玻璃纤维取向毡沿纤维取向方向在±15°范围内的取向程度为90％，纤维取向程度相对较高，但其制备的取向毡是大小为254mm*152mm的块状纤维取向毡，无法实现规模化生产短切纤维连续取向毡。Wong等人(In:SAE AeroTech Congress and Exhibition.SAE International,Seattle,Washington,US,Nov 10-12,2009)进一步对此湿法取向技术进行改进，采用甘油作为分散介质，圆柱形旋转体内部进行取向，并通过离心分离技术使悬浮液与纤维的分离，提高了分散介质的分离效率，从而制备了12cm*150cm高取向短切纤维取向毡，但其采用甘油作为短切纤维分散介质，在分离过程中需要完全除去纤维表面甘油，同时在除去甘油之后还需要添加一定的粘胶剂用于纤维取向毡的固定，增加了工艺难度，生产效率较低，不利于工业化应用，另外，此方法制备的短切纤维取向毡的大小受其旋转离心分离装置大小的限制，无法连续化生产制备短切纤维连续取向毡。因此，急需开发一种连续、高效、规模化制备短切纤维连续取向毡的方法及其装置。