[发明专利]生产短切粗纱热塑性复合片材的系统

说明书

本发明涉及生产短切粗纱热塑性复合片材的系统。所述系统包括：双带机构、纤维施加器、树脂施加器和烘炉，其中所述系统不包括缠结所述短切粗纱料片或网的短切粗纱的缠结装置，并且不包括将粘合剂施加至所述短切粗纱的粘合剂施加装置，使得所述短切粗纱料片或网不是机械结合的并且不包括除所述热塑性树脂以外的粘合剂；并且所述短切粗纱热塑性复合片材基本上不含未聚合的树脂材料。

技术领域

本发明涉及轻质热塑性复合片材的领域。

背景技术

与热固性片材相比，热塑性复合片材由于其优异的性能如抗冲击性、热成型性和可回收性而在复合材料行业中引起关注。一类常规的热塑性复合片材是基于织物的有机片材，其通过将纤维束或粗纱编织在一起而形成。由于织物中纤维取向的方向性，常规的热塑性有机片材表现出与方向有关的各向异性机械性能，这在设计复合部件以替代现有的各向同性材料如钢和铝时提出了重大挑战。另外，基于织物的热塑性复合片材具有有限的适形性，这极大地增加了形成具有深拉和复杂几何形状的复合部件的难度。

另一类热塑性复合片材被称为玻璃毡热塑性塑料(GMT)。GMT是基于具有无规取向纤维的玻璃毡。为了生产GMT，首先形成玻璃毡如针刺毡，接着将热塑性树脂施加到玻璃毡的一个或多个表面上。由于熔融的热塑性树脂从玻璃毡的表面到内部行进的流动长度长，因此需要高压和长的浸渍时间来使熔融的热塑性树脂浸渍玻璃毡。

常规的热塑性复合片材以两步法工艺生产。在第一步骤中，生产纤维基材，如织物或毡。织物或毡中的纤维是以机械方式或化学方式结合的。在第二步骤中，将热塑性树脂施加到纤维基材上，接着进行树脂浸渍。所述两步法工艺增加了常规热塑性复合片材的生产成本和加工时间。

发明内容

本文所述的实施方案提供了短切粗纱热塑性复合片材，并且具体地提供了制造所述短切粗纱热塑性复合片材的系统和方法。根据一个方面，本文描述了一种制造短切粗纱热塑性复合片材的系统。所述系统包括双带机构，该双带机构包括上带和下带。所述上带位于所述下带的顶上以按压通过所述双带机构的短切粗纱料片(web)或网(mesh)，并且所述下带的纵向长度显著长于所述上带的纵向长度。纤维施加器位于下带上方。所述纤维施加器被配置为当下带在纤维施加器下方移动并通过纤维施加器时，在下带的顶上分散短切粗纱。在下带的顶上分散短切粗纱，以形成短切粗纱料片或网。树脂施加器也位于下带的顶上。所述树脂施加器被配置为将热塑性树脂施加至所述短切粗纱料片或网。

所述系统还包括烘炉，该烘炉被配置为当短切粗纱料片或网和热塑性树脂移动通过烘炉时将热塑性树脂熔融。所述系统被设计成使得当短切粗纱料片或网通过烘炉时，双带机构按压短切粗纱料片或网和熔融的热塑性树脂。这有助于将熔融的热塑性树脂分散在短切粗纱料片或网内，以及有助于用热塑性树脂使短切粗纱料片或网饱和。所述系统不包括缠结短切粗纱料片或网的短切粗纱的缠结装置，所述系统也不包括将粘合剂施加至短切粗纱的粘合剂施加装置。因而，短切粗纱料片或网不是以机械方式结合的，并且不包括除热塑性树脂以外的粘合剂。短切粗纱热塑性复合片材也基本上不含未聚合的树脂材料。

根据另一方面，本文描述了一种形成短切粗纱热塑性复合片材的方法。所述方法包括在双带压制机构的下带的顶上经由纤维施加器分散短切粗纱，以在所述下带的顶上形成短切粗纱料片或网。所述方法还包括将热塑性树脂施加至短切粗纱料片或网，并使短切粗纱料片或网通过烘炉，该烘炉被配置为当短切粗纱料片或网移动通过烘炉时使热塑性树脂熔融。还使短切粗纱料片或网和熔融的热塑性树脂在双带压制机构的下带与上带之间通过，以按压熔融的热塑性树脂和短切粗纱，从而使熔融的热塑性树脂分散于短切粗纱料片或网中并用熔融的热塑性树脂使短切粗纱料片或网完全饱和。

所述方法不包括经由纤维缠结装置缠结短切粗纱，所述方法也不包括将粘合剂施加至短切粗纱。因而，短切粗纱料片或网不是以机械方式结合的，并且不包括除热塑性树脂以外的粘合剂。短切粗纱热塑性复合材料也基本上不含未聚合的树脂材料。