一种制备短切纤维连续取向毡的方法及装置制造方法及图纸

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。本发明专利技术方法包括以下工序：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。本发明专利技术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；本发明专利技术节能环保、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。

Method and apparatus for preparing chopped fiber continuous oriented felt

The invention relates to a method and a device for preparing chopped fiber continuous oriented felt, belonging to the fiber fabric field. The method comprises the following steps: dispersing process: process: the orientation of short fiber suspension into the storage device in the well dispersed tapered nozzle orientation, the tapered nozzle orientation after the tile in the running for the transmission network; the separation process by negative pressure suction box is located below the separation in the transmission network transmission the mesh belt of short fiber suspension in water and dispersant, after washing to obtain short cut fiber wet continuous orientation after drying the rolling mat. Device of the invention has high degree of automation, short cut fiber prepared by continuous orientation mat thickness, width and length of fiber content and high controllability, short fiber and short fiber orientation in continuous felt a high degree of orientation and orientation of uniform structure; the invention of energy-saving and environmental protection, high efficiency, solves the low preparation efficiency no, continuous and large-scale production problems, and provide technical support for the industrial application of short fiber orientation mat.

【技术实现步骤摘要】
一种制备短切纤维连续取向毡的方法及装置
：本专利技术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。
技术介绍
：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(JournalofAppliedPhysics，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.Patent5846356)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(PolymerEngineering&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:SAEAeroTechCongressandExhibition.SAEInternational,Seattle,Washington,US,Nov10-12,2009)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。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种短切纤维连续取向毡的制备方法及生产装置解决现有技术中无法连续、高效、规模化制备短切纤维取向毡的技术问题。本专利技术的具体
技术实现思路
如下：本专利技术一种制备短切纤维连续取向毡的方法，其特征在于包括以下工序：分散工序：分散工序中包括分散装置及储料装置，首先将分散剂加入水中于分散装置中搅拌分散至粘度为0.5-20Pa.s，粘度测试方法为用美国博勒飞DV-旋转粘度仪，21号转子，扭矩75-80％，测试温度30℃；分散时间为10-30min，然后加入短切纤维继续搅拌分散5-20min形成短切纤维单丝状悬浮液，短切纤维长度为1-15mm，并将分散装置中分散好的短切纤维悬浮液导入储料装置中，分散工作在制备短切纤维连续取向毡的过程中持续进行，以补充储料装置中纤维悬浮液的消耗；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，其中在传送网带运行方向上根据所制备短切纤维连续取向毡厚度需求依次排列设置2-8组渐缩取向喷头进行堆叠平铺喷涂，单层短切纤维毡的厚度在0.05-0.10mm，根据所制备短切纤维取向毡宽度需求在30-2000mm范围内选择相等宽度的减缩取向喷头进行喷涂，渐缩取向喷头的渐缩角度为10-30°，渐缩取向喷头的狭缝宽度为1-2mm，渐缩取向喷头的液位高度为30-100cm；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，同时通过位于传送网带上方的喷淋装置喷洒水雾进一步洗涤短切纤维悬浮液中的分散剂，从而获得湿态的短切纤维连续取向毡；最终分离出来的水分及分散剂经回收后再次用于短切纤维的分散；干燥工序：不断运行的传送网带将湿态的短切纤维连续取向毡运送至热鼓风干燥隧道中，获得干态的短切纤维连续取向毡，热鼓风干燥隧道中热风温度为100-200℃；收卷工序：将干态的短切纤维连续取向毡进行裁边处，理通过收卷装置收卷，最终获得短切纤维连续取向毡；上述制备过程是连续运行的。本专利技术一种制备短切纤维连续取向毡的方法，其特征在于所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺纤维、天然纤维以及各种化学纤维中的一种或多种，纤维在分散过程中的添加量为0.5-10g/L分散液体积；分散液中分散剂为增稠类分散剂，包括羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、明胶、聚氧化乙烯(PEO)、甘油、聚丙烯酰胺中的一种或多种，其添加量以使溶液粘度达到0.5-20Pa.s为准。本专利技术一种制备短切纤维连续取向毡的装置，包括搅拌分散装置(13)、搅拌储料装置(14)，其特征在于：还依次包括网状传送带(2)、热鼓风隧道干燥装置(7)、收卷装置(4)；网状传送带(2)部分位置的上方依次设置渐缩取向喷头(10)和水雾喷洗装置(6)、网状传送带(2)部分位置的下方设置负压抽吸箱(11)；热鼓风隧道干燥装置(7)，同时还包括传送网带自动张紧装置(12)、驱动装置、回收储料罐(15)以及总控制器(16)。进一步，搅拌分散装置采用螺旋式搅拌器，转速可设定为200-1000r/min，容积为100-500L；搅拌储料装置采用框式搅拌器，转速可设定为50-500r/min，容积为200-1000L；网状传送带为连续运行的不锈钢带，传送网带上设置自动调偏装置，网带运行速度为5-80m/min，网孔大小为50-200目。进一步，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备短切纤维连续取向毡的方法，其特征在于包括以下工序：分散工序：首先将分散剂加入水中于分散装置中搅拌分散至粘度为0.5‑20Pa.s，粘度测试方法为用美国博勒飞DV‑旋转粘度仪，21号转子，扭矩75‑80％，测试温度30℃；分散时间为10‑30min，然后加入短切纤维继续搅拌分散5‑20min形成短切纤维单丝状悬浮液，短切纤维长度为1‑15mm，并将分散装置中分散好的短切纤维悬浮液导入储料装置中，分散工作在制备短切纤维连续取向毡的过程中持续进行，以补充储料装置中纤维悬浮液的消耗；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，其中在传送网带运行方向上排列设置2‑8组渐缩取向喷头进行堆叠平铺喷涂，单层短切纤维毡的厚度在0.05‑0.10mm，根据所制备短切纤维取向毡宽度需求在30‑2000mm范围内选择相等宽度的减缩取向喷头进行喷涂，渐缩取向喷头的渐缩角度为10‑30°，渐缩取向喷头的狭缝宽度为1‑2mm，渐缩取向喷头的液位高度为30‑100cm；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，同时通过位于传送网带上方的喷淋装置喷洒水雾进一步洗涤短切纤维悬浮液中的分散剂，从而获得湿态的短切纤维连续取向毡；最终分离出来的水分及分散剂经回收后再次用于短切纤维的分散；干燥工序：不断运行的传送网带将湿态的短切纤维连续取向毡运送至热鼓风干燥隧道中，获得干态的短切纤维连续取向毡，热鼓风干燥隧道中热风温度为100‑200℃；收卷工序：将干态的短切纤维连续取向毡进行裁边处理，通过收卷装置收卷，最终获得短切纤维连续取向毡；上述制备过程是连续运行的。...

【技术特征摘要】
1.一种制备短切纤维连续取向毡的方法，其特征在于包括以下工序：分散工序：首先将分散剂加入水中于分散装置中搅拌分散至粘度为0.5-20Pa.s，粘度测试方法为用美国博勒飞DV-旋转粘度仪，21号转子，扭矩75-80％，测试温度30℃；分散时间为10-30min，然后加入短切纤维继续搅拌分散5-20min形成短切纤维单丝状悬浮液，短切纤维长度为1-15mm，并将分散装置中分散好的短切纤维悬浮液导入储料装置中，分散工作在制备短切纤维连续取向毡的过程中持续进行，以补充储料装置中纤维悬浮液的消耗；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，其中在传送网带运行方向上排列设置2-8组渐缩取向喷头进行堆叠平铺喷涂，单层短切纤维毡的厚度在0.05-0.10mm，根据所制备短切纤维取向毡宽度需求在30-2000mm范围内选择相等宽度的减缩取向喷头进行喷涂，渐缩取向喷头的渐缩角度为10-30°，渐缩取向喷头的狭缝宽度为1-2mm，渐缩取向喷头的液位高度为30-100cm；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，同时通过位于传送网带上方的喷淋装置喷洒水雾进一步洗涤短切纤维悬浮液中的分散剂，从而获得湿态的短切纤维连续取向毡；最终分离出来的水分及分散剂经回收后再次用于短切纤维的分散；干燥工序：不断运行的传送网带将湿态的短切纤维连续取向毡运送至热鼓风干燥隧道中，获得干态的短切纤维连续取向毡，热鼓风干燥隧道中热风温度为100-200℃；收卷工序：将干态的短切纤维连续取向毡进行裁边处理，通过收卷装置收卷，最终获得短切纤维连续取向毡；上述制备过程是连续运行的。2.根据权利要求1中所述的一种制备短切纤维连续取向毡的方法，其特征在于所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、聚酰亚胺纤维、天然...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晓龙，罗国昕，李燕杰，荣亚鹏，杨小平，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11