一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备及生产方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备及生产方法，该连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，包括纱架、张力展丝装置、螺杆挤出机、超临界二氧化碳发生装置、纤维浸渍结构、冷却压辊装置及牵引装置，螺杆挤出机连通至纤维浸渍结构，超临界二氧化碳发生装置连通至螺杆挤出机的螺杆机筒内，将超临界二氧化碳注入至螺杆机筒内的熔融热塑性树脂中。本发明专利技术的优点是由于设有超临界二氧化碳发生装置，将超临界二氧化碳注入至螺杆机筒内的熔融热塑性树脂中，使熔融热塑性树脂的粘度得到降低，使熔融热塑性树脂能够完全浸润连续纤维束，浸润后，超临界二氧化碳达到正常压力，二氧化碳释放到空气中，不会影响整个产品性能，保证产品质量。

A Production Equipment and Method of Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites

The invention discloses a production equipment and a production method of continuous fiber reinforced thermoplastic composites. The production equipment of the continuous fiber reinforced thermoplastic composites includes a yarn frame, a tension wire developing device, a screw extruder, a supercritical carbon dioxide generating device, a fiber impregnation structure, a cooling roller device and a traction device, and a screw extruder connected to a fiber impregnation structure. The supercritical carbon dioxide generator is connected to the screw barrel of the screw extruder, and supercritical carbon dioxide is injected into the molten thermoplastic resin in the screw barrel. The advantages of the invention are that a supercritical carbon dioxide generating device is provided to inject supercritical carbon dioxide into the molten thermoplastic resin in the screw barrel, so that the viscosity of the molten thermoplastic resin can be reduced, and the molten thermoplastic resin can completely infiltrate the continuous fiber bundle. After infiltration, the supercritical carbon dioxide reaches the normal pressure, and the carbon dioxide is released into the air, and will not. Affect the performance of the whole product to ensure product quality.

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备及生产方法
本专利技术涉及复合材料的生产设备领域，特别是涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备及生产方法。
技术介绍
连续纤维增强热塑性复合材料预浸带由于具有优异的机械性能例如高的拉伸强度、弯曲强度和模量、出色的高低温冲击性能、低的密度和可回收利用等特性，近年来得到了巨大的发展，相应制造技术也得到了重大的突破。对于该材料的制造来说，纤维的分散与浸润，纤维与树脂间的界面的粘接最为关键。因此，所有的制造技术主要解决纤维的分散和树脂对纤维的浸润。但目前通过熔融树脂浸渍连续纤维制造预浸带都采用设计复杂的熔融浸渍的模头，例如美国专利US5158806、US4588538、US5037284、US5529652。这些方法一方面模头的设计较复杂，设计、制造成本高，由于在这些方法中都需要把熔融的高温树脂通过螺杆挤出机挤到浸渍模头中，然后利用各自设计的浸渍单元实现纤维的完全浸润，同时浸渍后的连续纤维要通过控制树脂含量的出口，因此树脂的含量较难控制；另一方面，由于纤维的浸润发生在浸渍模头的内部，对纤维的浸渍情况难以控制，且对模头的清理和纤维的排布和穿纱困难；熔融树脂的粘度一般较高，通过挤出模头将熔融树脂浸润连续纤维，使连续纤维不易完全浸润，造成产品的合格率较低。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的之一是提供一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，以解决连续纤维不易完全浸润的技术问题。本专利技术的目的之二在于提供一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产方法。技术方案：一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，包括纱架、张力展丝装置、螺杆挤出机、超临界二氧化碳发生装置、纤维浸渍结构、冷却压辊装置及牵引装置，连续纤维束从所述纱架经所述张力展丝装置、所述纤维浸渍结构、所述冷却压辊装置后，传输至所述牵引装置，所述螺杆挤出机连通至所述纤维浸渍结构，所述超临界二氧化碳发生装置连通至所述螺杆挤出机的螺杆机筒内，将超临界二氧化碳注入至所述螺杆机筒内的熔融热塑性树脂中。由于设有超临界二氧化碳发生装置，可以将超临界二氧化碳注入至螺杆机筒内的熔融热塑性树脂中，使熔融热塑性树脂的粘度得到降低，从而在纤维浸渍结构中，使熔融热塑性树脂能够完全浸润连续纤维束，浸润后，超临界二氧化碳达到正常压力，二氧化碳释放到空气中，不会影响整个产品的性能，并能增强产品强度，保证了产品质量。在其中一个实施例中，所述超临界二氧化碳发生装置包括储料罐、压力控制阀一、正向计量泵及传输管路，所述储料罐内储存有液态二氧化碳，所述传输管路一端连通所述储料罐，另一端连通至所述螺杆机筒内，所述传输管路上设有所述压力控制阀一及所述正向计量泵，所述压力控制阀一位于靠近所述储料罐的位置。由于设有压力控制阀一，可以通过调节压力将二氧化碳调整至超临界态，正向计量泵可以控制加入到螺杆机筒内超临界二氧化碳的加入量，达到精准控制。在其中一个实施例中，所述压力控制阀一控制超临界二氧化碳的输送压力为8～12MPa。在其中一个实施例中，所述超临界二氧化碳发生装置还包括压力控制阀二，所述压力控制阀二位于所述传输管路靠近所述螺杆机筒的一端，所述压力控制阀二控制输送至所述螺杆机筒内的超临界二氧化碳的输送压力为8.5～15MPa。由于设有压力控制阀二，可以进一步提高超临界二氧化碳的压力，有利于超临界二氧化碳更容易注入至熔融热塑性树脂中。在其中一个实施例中，所述纤维浸渍结构包括至少一个浸渍头，所述浸渍头与所述连续纤维束接触，所述浸渍头上设有向所述连续纤维束方向设置的涂覆缝隙。一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产方法，包括以下步骤：1)将连续纤维束从纱架上引出后经张力展丝装置传输后引入纤维浸渍结构；2)打开超临界二氧化碳发生装置，将超临界二氧化碳注入至熔融热塑性树脂中，得到含二氧化碳的熔融热塑性树脂，其中，熔融热塑性树脂位于螺杆挤出机的螺杆机筒内；3)将步骤2)得到的含二氧化碳的熔融热塑性树脂涂覆在纤维浸渍结构内的连续纤维束上，得到完全浸渍的连续纤维带；4)将完全浸渍的连续纤维带通过冷却压辊装置辊压冷却、经牵引装置牵引后得到连续纤维增强热塑性复合材料。由于通过超临界二氧化碳发生装置将超临界二氧化碳注入至熔融热塑性树脂中，从而降低热塑性树脂的粘度，后将低粘度的热塑性树脂浸润连续纤维束，从而达到完全浸润的效果，后超临界二氧化碳达到正常压力，二氧化碳释放到空气中，不影响后续生产工艺的正常进行。在其中一个实施例中，热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙9T中的至少一种。在其中一个实施例中，螺杆挤出机与纤维浸渍结构通过连接器连接，将含二氧化碳的熔融热塑性树脂通过连接器传输至纤维浸渍结构的浸渍头中。在其中一个实施例中，螺杆机筒内超临界二氧化碳的通入量为熔融热塑性树脂体积的5～30％。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：1)上述连续纤维增强热塑性复合材料，由于设有超临界二氧化碳发生装置，可以将超临界二氧化碳注入至螺杆机筒内的熔融热塑性树脂中，使熔融热塑性树脂的粘度得到降低，从而在纤维浸渍结构中，使熔融热塑性树脂能够完全浸润连续纤维束，浸润后，超临界二氧化碳达到正常压力，二氧化碳释放到空气中，不会影响整个产品的性能，并能增强产品强度，保证了产品质量。2)上述连续纤维增强热塑性复合材料的生产方法，由于通过超临界二氧化碳发生装置将超临界二氧化碳注入至熔融热塑性树脂中，从而降低热塑性树脂的粘度，后将低粘度的热塑性树脂浸润连续纤维束，从而达到完全浸润的效果，后超临界二氧化碳达到正常压力，二氧化碳释放到空气中，不影响后续生产工艺的正常进行。附图说明图1为本专利技术的连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备结构示意图；图2为本专利技术的连续纤维增强热塑性复合材料的超临界二氧化碳发生装置与螺杆挤出机的安装结构示意图；图3为本专利技术的纤维浸渍结构的结构示意图。具体实施方式请参阅图1及图2，一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，包括纱架1、张力展丝装置2、螺杆挤出机3、超临界二氧化碳发生装置4、纤维浸渍结构5、冷却压辊装置6、牵引装置7及收卷装置9，连续纤维束100从纱架1经张力展丝装置2、纤维浸渍结构5、冷却压辊装置6、牵引装置7后，传输至收卷装置9，螺杆挤出机3连通至纤维浸渍结构5，超临界二氧化碳发生装置4连通至螺杆挤出机3的螺杆机筒31内，将超临界二氧化碳注入至螺杆机筒31内的熔融热塑性树脂中。请参阅图2，超临界二氧化碳发生装置4包括储料罐41、压力控制阀一42、正向计量泵43、压力控制阀二45及传输管路44，储料罐41内储存有液态二氧化碳，传输管路44一端连通储料罐41，另一端连通至所述螺杆机筒31内，传输管路44上设有压力控制阀一42、正向计量泵43及压力控制阀二45，压力控制阀一42位于靠近储料罐41的位置。压力控制阀一42控制超临界二氧化碳的输送压力为8～12MPa。压力控制阀二45位于传输管路44靠近螺杆机筒31的一端，压力控制阀二45控制输送至螺杆机筒31内的超临界二氧化碳的输送压力为8.5～15MPa。请参阅图3，纤维浸渍结构5包括至少一个浸渍头51，浸渍头51与连续纤维束100接触，浸渍头51上设有向靠近连续纤维束100方向设置的涂覆缝隙511。本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，其特征在于，包括纱架(1)、张力展丝装置(2)、螺杆挤出机(3)、超临界二氧化碳发生装置(4)、纤维浸渍结构(5)、冷却压辊装置(6)及牵引装置(7)，连续纤维束从所述纱架(1)经所述张力展丝装置(2)、所述纤维浸渍结构(5)、所述冷却压辊装置(6)后，传输至所述牵引装置(7)，所述螺杆挤出机(3)连通至所述纤维浸渍结构(5)，所述超临界二氧化碳发生装置(4)连通至所述螺杆挤出机(3)的螺杆机筒(31)内，将超临界二氧化碳注入至所述螺杆机筒(31)内的熔融热塑性树脂中。

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，其特征在于，包括纱架(1)、张力展丝装置(2)、螺杆挤出机(3)、超临界二氧化碳发生装置(4)、纤维浸渍结构(5)、冷却压辊装置(6)及牵引装置(7)，连续纤维束从所述纱架(1)经所述张力展丝装置(2)、所述纤维浸渍结构(5)、所述冷却压辊装置(6)后，传输至所述牵引装置(7)，所述螺杆挤出机(3)连通至所述纤维浸渍结构(5)，所述超临界二氧化碳发生装置(4)连通至所述螺杆挤出机(3)的螺杆机筒(31)内，将超临界二氧化碳注入至所述螺杆机筒(31)内的熔融热塑性树脂中。2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，其特征在于，所述超临界二氧化碳发生装置(4)包括储料罐(41)、压力控制阀一(42)、正向计量泵(43)及传输管路(44)，所述储料罐(41)内储存有液态二氧化碳，所述传输管路(44)一端连通所述储料罐(41)，另一端连通至所述螺杆机筒(31)内，所述传输管路(44)上设有所述压力控制阀一(42)及所述正向计量泵(43)，所述压力控制阀一(42)位于靠近所述储料罐(41)的位置。3.根据权利要求2所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，其特征在于，所述压力控制阀一(42)控制超临界二氧化碳的输送压力为8～12MPa。4.根据权利要求2所述的一种连续纤维增强热塑性复合材料的生产设备，其特征在于，所述超临界二氧化碳发生装置(4)还包括压力控制阀二(45)，所述压力控制阀二(45)位于所述传输管路(44)靠近所述螺杆机筒(31)的一端，所述压力控制阀二(45)控制输送至所述螺杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：解廷秀，张大松，毛建群，
申请(专利权)人：江苏苏能新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32