用于生产单向纤维增强塑料材料的方法和用于进行所述方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于连续生产纤维含量在10到70体积％范围内的单向纤维增强塑料材料的方法，其中至少一个纤维股(6)被引导经过具有在0.1到5.0mm范围内的敞开式通道高度的流道(10)，并且通过扩散元件(9.1、9.2、9.3)扩散，并且利用粘度范围介于10

Method for producing unidirectional fiber reinforced plastic material and device for carrying out said method

The invention relates to a method for the continuous production of unidirectional fiber fiber content in the 10 to 70 volume% range enhancement method of plastic material, wherein at least one strand (6) is guided through the is in the range of 0.1 to 5.0mm of the open type flow passage height (10), and through the diffusion of elements (9.1 9.2, 9.3), diffusion, and the use of viscosity in the range between 10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产单向纤维增强塑料材料的方法和用于进行所述方法的装置
本专利技术涉及一种用于连续生产纤维含量在10到70体积％范围内的单向纤维增强塑料材料的方法，其中至少一个纤维股被引导经过具有在0.1到5.0mm范围内的敞开式通道高度的流道，并且通过扩散元件扩散，并且利用粘度范围介于103mPas和108mPas之间的熔融热塑性塑料浸渍。此外，本专利技术涉及一种用于连续浸渍纤维材料的装置，所述装置包含具有加热元件的外壳、用于进料熔融物的挤压机连接件和用于将至少一个纤维股递送到流道中的至少一个开口，所述流道具有至少一个用于纤维股的扩散元件并且具有在其中进行所述纤维股浸渍的在0.1到5.0mm范围内的敞开式通道高度，并且包含用于排放所述至少一个经浸渍纤维股的出口喷嘴。
技术介绍
US4,439,387和US5,277,566公开用于将纤维股浸渍塑料的通用方法和装置，其中以不同方式重新定向所述纤维股，在所述纤维上产生张力，并且使所述纤维股扩散开以使聚合物接近所述纤维之间的中间空间。装置具有可分离的浸渍插入件，所述可分离的浸渍插入件具有相反扩散元件，其处于闭合状态时形成具有低通道高度和间隙宽度的聚合物流道并且其中所递送的纤维股被扩散并且被所注射的聚合物渗透。然而，所述方法的缺点是敏感性纤维暴露于大量机械和热应力。在纤维上聚合材料的均一分布仅有可能与极高应力相关而极其大量扩散，由此对纤维造成损坏或最不利的情况由于纤维撕裂而造成生产中断。此外，塑料熔融物的粘度应尽可能保持较低，但塑料需要在高温下工作。结果，然而塑料有时受到损坏或由于塑料所暴露的温度/时间经历增加而至少其特性改变。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是研发一种方法，所述方法使得纤维股，甚至相对较厚的纤维股能够在较低机械和热负荷下利用热塑性塑料浸渍，并且所述方法仍然可以经济地并且以较高的生产速度在连续操作下进行。此外，本专利技术的目标是提供一种用于进行所述方法的相应装置。具体实施方式关于所述方法，上文提及的目标根据本专利技术通过上文所提及类型的方法获得，其中在浸渍期间，将振动施加到至少一个纤维股并且施加到流道中的塑料熔融物。在根据本专利技术的方法中，一个或多个纤维股经过具有低通道高度的窄流道，其中浸渍利用热塑性塑料熔融物进行。扩散纤维股并且利用熔融热塑性塑料包围纤维股的扩散元件位于流道中。根据本专利技术，在浸渍期间，使纤维股和塑料熔融物振动。由于通过振动引起的定向激发，熔融塑料流过扩散的纤维股被简化，并且塑料黏附到每一个别纤维的表面大体上经加速。这还要求较高纤维内含物和较大纱线厚度，因为由于振动，聚合物熔融物有可能不仅从上方和下方而且从侧面渗透到纤维股中。可以通过根据本专利技术的方法显著降低根据用于扩散纤维股和获得均一浸渍的常规方法(无振动)所必需的高压。同时，在较低温度下纤维股被熔融塑料渗透是有可能的，因为注射到流道中的塑料熔融物的剪应力通过振动增强。因此，可以没问题地使用甚至相对较高粘性熔融物，确保根据本专利技术的方法可以宽范围地选择热塑性塑料。在根据本专利技术的方法中没问题地使用的熔融热塑性塑料的粘度范围介于103mPas和108mPas之间。此外，在浸渍期间，通过因振动引起的额外能量输入，在流道中的滞留时间减少。这种优势是仅使热塑性塑料熔融物相对简单地达到升高的温度，并且因此不存在因破裂工艺导致熔融物中温度相关改变的风险。通过实际上流道仅具有在0.1mm到5.0mm范围内的较低的大体上恒定的通道高度，使得浸渍仅需要小体积的塑料熔融物，并且由于狭窄的流道，对于塑料熔融物几乎没有死体积(deadvolume)，从而进一步对根据本专利技术的方法的经济功效作出贡献。通道高度仅理解为流道的净高。用于递送纤维股的开口和用于将塑料熔融物注射到流道中的开口(还称为闸门)以及用于经浸渍纤维股的出口开口可具有与这不同的通道宽度和高度。流道的取向通常是水平的，但流道还可能垂直或倾斜取向，其中流向(纤维股和塑料熔融物的通道)可以朝上或朝下进行。通过根据本专利技术的方法使用振动实现以较高的生产速度利用塑料浸渍纤维上的很大改良，另外使得尤其仔细地操作纤维股，由此生产可靠性增加并且由因撕裂引起的生产中断减少到零。纤维股宜在具有沿流向的波状结构的流道中引导，其中波状结构的波状起伏充当用于纤维股的扩散元件。波状结构应理解为波状的横截面轮廓，其具有两个平行、大体上正弦轮廓，其中一个轮廓形成流道的基底，并且另一轮廓与基底以形成通道高度的间距平行布置。当纤维股穿过流道时，纤维股与波状起伏接触，使得波状起伏扩散纤维股。因此，流道的波状结构的波状起伏充当扩散元件。如果纤维股在具有销插入件和/或圆杆作为扩散元件的流道中引导，那么提供本专利技术的另一特征。所述销插入件或圆杆还在流道中扩散纤维股。此外，它们可以嵌入流道的波状结构中，而且还可以在无波状结构的流道中或在无波状结构的流道部分中作为单一扩散元件提供。为了纤维增强塑料材料还能利用不同的几何结构从具有低纱线厚度的纤维股或呈轮廓形式的纤维增强塑料材料经济地生产，已证实值得将多个经浸渍纤维股合并到经浸渍纤维束中。纤维束还可以提供为纤维条带。对于所述要求，就根据本专利技术得装置而言，在流道末端，出口喷嘴具有出口开口，其中多个经浸渍纤维股合并到经浸渍纤维束中。根据本专利技术，所用的纤维是由玻璃、碳、钢铁或塑料或矿物或纤维素制成的连续纤维，所述连续纤维的直径在5到50μm范围内，合并到纱线厚度是200到9600特克斯(tex)的纤维股中并且宜卷绕、不缠绕在卷盘上。多个纤维股还可以不缠绕地卷绕在一起，也就是说这些纱存在于堆叠卷盘上。塑料可以包含抗高温塑料，如聚酰胺、聚酯或芳族聚酰胺。应理解包括矿物纤维(如玄武岩和纤维素纤维)，应理解包括亚麻纤维、大麻纤维或剑麻纤维的天然纤维也适用于根据本专利技术的方法。所有常规热塑性塑料，如聚乙烯、聚丙烯或所有乙烯-丙烯共聚物都适用作热塑性塑料来浸渍纤维股。此外，根据本专利技术，可以宜使用聚酯和聚合物的变体，而且可以根据本专利技术使用高性能塑料，如聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物、聚醚酮或此外可生物降解塑料，如聚乳酸或聚羟基烷酸酯。根据本专利技术施加到纤维股进行扩散的电压在20到1000N，优选20到500N范围内。浸渍工艺所需的电压根据塑料熔融物的粘度和适当地针对材料和纤维股的特性设定。在根据本专利技术的方法中在浸渍工艺期间膨胀纤维股和熔融塑料所暴露的振动在50Hz到100kHz，优选50到2000Hz的较宽频率范围内。在这种情况下，优选地将幅度，亦即弹簧挠度设定在0.1到5mm范围内。在根据本专利技术的方法中，生产速度在5到100m/min范围内。这些速度使得能够低成本生产纤维增强塑料材料。此外，视扩散元件的位置和作用于流道的振动的强度而定，有可能将浸渍方法划分为预浸渍阶段和后浸渍阶段。举例而言，预浸渍纤维股可以藉助于连续扩散元件被后浸渍，其中其它熔融塑料可以从一个或多个流道中被吸收。由于振动作用，浸渍品质得到另一改良。除了生产方法以外，本专利技术还关于一种用于利用挤压热塑性塑料连续浸渍纤维股的装置。对于装置，根据本专利技术获得从上文陈述的目标介绍中提及的所属类型的浸渍装置开始，在所述浸渍装置中用于产生作用于流道的振动的单元安装于外壳上。本专利技术的目标是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连续生产纤维含量在10到70体积%范围内的单向纤维增强塑料材料的方法，其中至少一个纤维股（6）被引导经过具有在0.1到5.0mm范围内的敞开式通道高度的流道（10），并且通过扩散元件（9.1、9.2、9.3）扩散，并且利用粘度范围介于10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.04 DE 102014016289.31.一种用于连续生产纤维含量在10到70体积%范围内的单向纤维增强塑料材料的方法，其中至少一个纤维股（6）被引导经过具有在0.1到5.0mm范围内的敞开式通道高度的流道（10），并且通过扩散元件（9.1、9.2、9.3）扩散，并且利用粘度范围介于103mPas和108mPas之间的熔融热塑性塑料浸渍，所述方法的特征在于在所述浸渍期间，将振动施加到所述至少一个纤维股（6）并且施加到所述流道（10）中的所述塑料熔融物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述纤维股（6）在具有沿所述流向的波状结构（9）的流道（10）中引导，其中所述波状结构（9）的波状起伏充当扩散元件（9.1）用于所述纤维股（6）。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述纤维股（6）在具有销插入件（9.2）和/或圆杆（9.3）作为扩散元件的流道（10）中引导。4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其特征在于多个经浸渍纤维股（7）合并到经浸渍纤维束中。5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其特征在于连续纤维是由玻璃或钢铁或碳或塑料或矿物或纤维素制成，所述连续纤维的直径在5到50μm范围内，并且合并到纱线厚度是200到9600特克斯的纤维股（6）中。6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的方法，其特征在于聚乙烯或聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物；或聚酰胺或聚酯的变体；或其它高性能塑料，如聚甲醛或聚苯醚或聚苯硫醚或聚氨基甲酸酯或聚碳酸酯或丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物或聚醚酮；或可生物降解塑料，如聚乳酸或聚羟基烷酸酯用作热塑性塑料以用于浸渍所述纤维股（6）。7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其特征在于当所述纤维股（6）在所述浸渍期间扩散时，设定在20到1000N，优选地200到500N范围内的机械张力。8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的方法，其特征在于在所述浸渍期间所述扩散纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·利特威茨，U·布里斯，
申请(专利权)人：布鲁泰克高分子加工公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE