專利名稱：含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基體的復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、電絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn)， 目前在汽車、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基體復(fù) 合材料，因其優(yōu)異的沖擊韌性、易修復(fù)、可二次成型、可回收等優(yōu)良性能，近年來發(fā)展迅速， 逐漸取代了傳統(tǒng)的熱固性樹脂基體復(fù)合材料的部分應(yīng)用領(lǐng)域。玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基 體復(fù)合材料的發(fā)展將為傳統(tǒng)金屬材料提供輕質(zhì)、高強(qiáng)的絕佳替代材料。初期的玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂組合物是使用玻璃纖維短切原絲和熱塑性樹脂 顆?；旌蠑D出，然后經(jīng)注塑成型，該方法也稱為SFT工藝，其主要缺點(diǎn)是玻璃纖維含量相 對(duì)較低，同時(shí)由于纖維在擠出和注塑的過程中纖維有效殘留長(zhǎng)度低，因而最終的制品機(jī)械 性能不高。針對(duì)此問題，20世紀(jì)90年代起，一種新的LFT工藝逐步得到發(fā)展和推廣，該工藝 中連續(xù)玻璃纖維經(jīng)過充滿熱塑性樹脂組合物的模具時(shí)迅速完成浸漬，再經(jīng)冷卻、切粒成長(zhǎng) 度在12mm左右的粒料，該粒料可用來注塑或模壓成型復(fù)合材料制品，由于玻璃纖維的最終 保留長(zhǎng)度要大于SFT工藝，LFT工藝制得復(fù)合材料產(chǎn)品的機(jī)械性能相對(duì)要高，但是由于LFT 浸漬工藝的特殊性，要想同時(shí)獲得良好的浸漬效果和高的生產(chǎn)效率是相當(dāng)有難度的。為了在保證一定生產(chǎn)效率的前提下，改善熱塑性樹脂對(duì)玻璃纖維的浸漬效果，近 年來發(fā)展的化纖和玻璃纖維同時(shí)在線拉絲并在線復(fù)合而成的復(fù)合纖維(又稱復(fù)合紗)解決 了這一難題，將玻璃纖維和化纖在拉絲階段完成混合后形成絲束，可提供給客戶直接用于 LFT粒料工藝以及拉擠、纏繞等各種工藝中，經(jīng)過編織后也可適用于模壓、真空袋壓成型等 工藝。相對(duì)于在玻璃纖維與化纖分別拉制成型后再以絲束形式進(jìn)行混和編織的混紡紗來 說，復(fù)合纖維是在玻璃纖維與化纖拉制過程中以單絲的形式在線混合，因而提供了更好的 玻璃纖維和化纖的混合均勻性，從而保證了復(fù)合材料成型過程中熱塑性樹脂對(duì)玻璃纖維的 良好浸潤(rùn)。專利CN101421197A和CN1412366A中介紹了復(fù)合纖維的成型方法玻璃纖維和 化纖分別從一多孔板流出，在集束前混合在一起，然后卷繞成紗團(tuán)。在上述成型方法中，玻 璃纖維和化纖均是在線拉制，任何一種纖維拉制過程中出現(xiàn)的工藝問題將會(huì)影響復(fù)合纖維 的最終成型穩(wěn)定性，因而復(fù)合纖維的成型會(huì)復(fù)雜化；而且玻璃纖維與化纖的拉制生產(chǎn)線存 在較大的結(jié)構(gòu)差異，二者的聯(lián)合使用也將增加復(fù)合纖維生產(chǎn)線的裝配難度。此外，由于玻璃 纖維與化纖熱收縮性能的巨大差別，干燥后的復(fù)合纖維紗團(tuán)會(huì)因化纖的較大收縮而變得蓬 松，造成紗團(tuán)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、紗線退解困難。為解決該問題，上述專利分別采用了化纖超喂而 形成卷曲和高溫?zé)岫ㄐ徒档突w收縮率的方法來降低化纖收縮對(duì)紗團(tuán)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的影響，但 是其操控性不佳，質(zhì)量波動(dòng)大，而且裝備復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決復(fù)合纖維生產(chǎn)過程的順暢性問題及質(zhì)量控制穩(wěn)定上存在
3的難點(diǎn)，提供了一種簡(jiǎn)化了工藝設(shè)備、提高生產(chǎn)順暢性的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制 造方法及其設(shè)備。本發(fā)明的技術(shù)方案
含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，其特征在于所述復(fù)合纖維由離線滌綸與在 線連續(xù)玻璃纖維相互混合形成，所述玻璃纖維是在線拉制，所述滌綸是成品絲，多束不同進(jìn) 紗角度的所述滌綸被牽引經(jīng)張力調(diào)節(jié)后匯聚成片狀，匯聚后的滌綸絲束經(jīng)分離后與受浸潤(rùn) 劑處理過的玻璃纖維進(jìn)行復(fù)合。進(jìn)一步，所述滌綸與玻璃纖維的牽引速度相同。進(jìn)一步，所述玻璃纖維與一種或多種滌綸復(fù)合，所述玻璃纖維與滌綸的質(zhì)量比是 85 15"10 :90。進(jìn)一步，所述滌綸的沸水收縮率在3%以內(nèi)，其進(jìn)紗角度在(Γ60°之間，調(diào)節(jié)后的 張力在15 300CN之間。含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法的專用設(shè)備，包括將玻璃液牽拉成玻璃纖 維的玻璃纖維拉絲裝置，所述玻璃纖維拉絲裝置下方依次設(shè)有涂覆浸潤(rùn)劑的涂油輥、復(fù)合 器、集束輪、拉絲機(jī)，其特征在于還包括放置滌綸的多層紗架，所述紗架后依次設(shè)有調(diào)整滌 綸紗線張力的張力器、匯聚滌綸紗線的整流器、分散滌綸紗線束的分離器，所述分離器位于 復(fù)合器之上。進(jìn)一步，所述張力器是液態(tài)阻尼補(bǔ)償張力器，包括基座、進(jìn)線盤、補(bǔ)償部件、調(diào)整桿 以及刻度盤。進(jìn)一步，所述分離器是一均勻分布有多個(gè)瓷眼的多孔板。進(jìn)一步，所述復(fù)合器是具有一凹口的酚醛樹脂板。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思，首先，經(jīng)過熔融后的玻璃液經(jīng)玻璃纖維拉絲裝置的矩形漏板 由噴絲頭流出，并被牽拉成玻璃纖維，后經(jīng)噴霧水快速冷卻，通過石墨涂油輥涂覆上浸潤(rùn) 劑；同時(shí)，紗架上的滌綸(PET)成品絲，分多束被牽拉并通過張力器，緩沖較大的牽引力和 補(bǔ)償較小的牽引力，從而使滌綸紗線分布更為平整、張力更加均勻。經(jīng)張力調(diào)節(jié)后的滌綸紗 線通過整流器進(jìn)行匯聚，整流器能夠使張力調(diào)節(jié)處理過的滌綸絲束以一定方向進(jìn)行整合， 并匯聚成片狀，匯聚后的滌綸絲束經(jīng)過分離器被進(jìn)一步分散，再通過具有一凹口的酚醛樹 脂板，即復(fù)合器，通過復(fù)合器時(shí)與受浸潤(rùn)劑處理過的玻璃纖維進(jìn)行復(fù)合。此外，滌綸紗線在 與玻璃纖維進(jìn)行復(fù)合時(shí)具有相同的線速度，兩者牽引速度的相同降低了因速度差異而引起 的生產(chǎn)不穩(wěn)定性。然后，經(jīng)過復(fù)合的玻纖與滌綸經(jīng)過集束輪進(jìn)行集合成一束，通過拉絲機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)牽引，卷繞成復(fù)合纖維紗團(tuán)。本發(fā)明所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法中，玻璃纖維在經(jīng)過涂油輥 時(shí)，其表面被均勻涂敷上一薄層浸潤(rùn)劑組合物，該組合物在經(jīng)過高溫干燥后具有較好的成 膜性能和較強(qiáng)的粘結(jié)性能，能確保玻璃纖維和滌綸紗線粘附在一起形成復(fù)合纖維束。本發(fā)明所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造設(shè)備中，滌綸紗團(tuán)擺放位置會(huì)受 限于玻璃纖維實(shí)際生產(chǎn)車間的空間布局。要生產(chǎn)較大線密度，往往需要數(shù)十個(gè)絲團(tuán)，不同的 絲團(tuán)擺放，出絲角度也不同。其牽引的張力會(huì)由于出紗角度的不同而大小不一，從而造成后 期復(fù)合紗成型不良，紗束結(jié)合性變差，影響束面平整度。因此，進(jìn)紗角度α (進(jìn)入整流器前 后的滌綸絲束間的夾角)的范圍應(yīng)當(dāng)控制在0飛0°之間，否則交叉角變大將會(huì)使絲束摩擦阻力變大，也會(huì)使?fàn)恳^大，從而不易于穩(wěn)定的生產(chǎn)。而從紗團(tuán)擺放來看，為了更好的與 后面的整流器以及玻璃纖維拉絲裝置流暢組合在一起，其高度不宜過高，整流器擺放也應(yīng) 具備一定高度，其范圍在1.5 2. Om之間，這樣才能盡量保持與復(fù)合器的較小高度差，從而 提高進(jìn)紗的順暢性。所述張力器為一液態(tài)阻尼補(bǔ)償張力器，通過調(diào)節(jié)紗線在補(bǔ)償瓷棒間的行走路線來 控制紗線牽引過程中的張力，并用阻尼油來降低張力波動(dòng)。改善了滌綸紗線由于進(jìn)紗角度 不同而引起的張力不均勻問題，張力值應(yīng)控制在15 300CN之間，從而確保滌綸紗線在復(fù)合 纖維中分布均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。本發(fā)明所述的設(shè)備所拉制玻璃纖維的直徑為1廣33μπι，優(yōu)選16 4μπι ；滌綸成品 絲的直徑在10 40 μ m,優(yōu)選20 30 μ m。為盡量降低化纖收縮對(duì)紗團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響，滌綸成品絲的沸水收縮率需控制在3% 以內(nèi)。滿足此要求的其他熱塑性纖維材料均可通過上述方法及裝備來與玻璃纖維混合在 一起得到復(fù)合纖維，包括聚丙烯(PP)、聚對(duì)苯二甲酸丁酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚 (PPS)纖維等以及上述熱塑性纖維的兩個(gè)或多個(gè)的組合。為適應(yīng)玻璃纖維生產(chǎn)車間的布局，所使用滌綸絲紗團(tuán)數(shù)目為壙42個(gè)，優(yōu)選614 個(gè)；滌綸絲的線密度為56 lOOOdtex，優(yōu)選167 500dtex。通過改變紗架1上被牽引化纖 紗團(tuán)的數(shù)量以及所選滌綸絲的線密度，可控制復(fù)合紗中玻璃纖維與滌綸絲的相對(duì)質(zhì)量，其 比值在85 15 10 :90，優(yōu)選80:20 30:70。所制備復(fù)合纖維的線密度為400 2600tex，優(yōu)選 80(T2400tex。本發(fā)明采用離線化纖復(fù)合在線玻纖技術(shù)，有效避免化纖生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)的各 種質(zhì)量及生產(chǎn)問題，保障了化纖的穩(wěn)定性；同時(shí)，優(yōu)化了化纖進(jìn)紗工藝，通過進(jìn)紗張力的調(diào) 節(jié)，使得化纖在整個(gè)復(fù)合紗中分布更為均勻，減少了由于化纖本身收縮帶來的卷曲、開散、 蓬松等問題，這樣也使得在有效提高生產(chǎn)順暢性的同時(shí)提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，操控性更好。而 且采用離線化纖工藝，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本，使復(fù)合纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)過程更加 簡(jiǎn)單，實(shí)效性更強(qiáng)，因此通過該技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用，可以有效提高復(fù)合纖維工業(yè)化生產(chǎn)的可 行性。同時(shí)，通過該技術(shù)所得的復(fù)合紗團(tuán)，成型優(yōu)良，結(jié)構(gòu)緊密，紗線平整光滑，具有極其優(yōu) 越的紡織性能，上機(jī)操作性能強(qiáng)，適用于多軸向織布用經(jīng)、緯紗。此外，由于熱塑性纖維經(jīng)過 張力調(diào)節(jié)作用，復(fù)合紗內(nèi)在物理結(jié)構(gòu)更為均勻，力學(xué)性能更為優(yōu)越，可應(yīng)用于中高端市場(chǎng)， 比如航空航天、高性能汽車部件、風(fēng)力葉片等領(lǐng)域。本發(fā)明的有益效果簡(jiǎn)化工藝設(shè)備，提高生產(chǎn)順暢性，同時(shí)化纖進(jìn)紗張力調(diào)節(jié)的引 用，實(shí)用性更好，對(duì)烘制后的紗團(tuán)定型效果更優(yōu)良。


圖1是本發(fā)明中含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
參照?qǐng)D1，含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，所述復(fù)合纖維由離線滌綸與在線連 續(xù)玻璃纖維相互混合形成，所述玻璃纖維是在線拉制，所述滌綸是成品絲，多束不同進(jìn)紗角度的所述滌綸被牽引經(jīng)張力調(diào)節(jié)后匯聚成片狀，匯聚后的滌綸絲束經(jīng)分離后與受浸潤(rùn)劑處 理過的玻璃纖維進(jìn)行復(fù)合。所述滌綸與玻璃纖維的牽弓I速度相同。所述玻璃纖維與一種或多種滌綸復(fù)合，所述玻璃纖維與滌綸的質(zhì)量比是85 15 10 :90ο所述滌綸的沸水收縮率在3%以內(nèi)，其進(jìn)紗角度在(Γ60°之間，調(diào)節(jié)后的張力在 15 300CN之間。本發(fā)明所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法中，玻璃纖維在經(jīng)過涂油輥 時(shí)，其表面被均勻涂敷上一薄層浸潤(rùn)劑組合物，該組合物在經(jīng)過高溫干燥后具有較好的成 膜性能和較強(qiáng)的粘結(jié)性能，能確保玻璃纖維和滌綸紗線粘附在一起形成復(fù)合纖維束。為盡量降低化纖收縮對(duì)紗團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響，滌綸成品絲的沸水收縮率需控制在3% 以內(nèi)。滿足此要求的其他熱塑性纖維材料均可通過上述方法及其專用設(shè)備來與玻璃纖維混 合在一起得到復(fù)合纖維，包括聚丙烯(ΡΡ)、聚對(duì)苯二甲酸丁酯(ΡΒΤ)、聚酰胺(ΡΑ)、聚苯硫 醚(PPS)纖維等以及上述熱塑性纖維的兩個(gè)或多個(gè)的組合。為適應(yīng)玻璃纖維生產(chǎn)車間的布局，所使用滌綸絲紗團(tuán)數(shù)目為壙42個(gè)，優(yōu)選614 個(gè)；滌綸絲的線密度為56 lOOOdtex，優(yōu)選167 500dtex。通過改變紗架1上被牽引化纖 紗團(tuán)的數(shù)量以及所選滌綸絲的線密度，可控制復(fù)合紗中玻璃纖維與滌綸絲的相對(duì)質(zhì)量，其 比值在85 15 10 :90，優(yōu)選80:20 30:70。所制備復(fù)合纖維的線密度為400 2600tex，優(yōu)選 80(T2400tex。本發(fā)明所述方法及其專用設(shè)備所拉制玻璃纖維的直徑為1廣33μπι，優(yōu)選 16 24 μ m ；滌綸成品絲的直徑在1(Γ40 μ m,優(yōu)選20 30 μ m。復(fù)合實(shí)例
1.使用7個(gè)線密度為333dtex的滌綸紗團(tuán)作為滌綸的來源，其沸水收縮率為1. 4%。化 纖進(jìn)紗角度最大為20°，經(jīng)過張力器3后化纖張力值在25、5CN之間。按本發(fā)明的方法和 設(shè)備得到復(fù)合纖維的紗團(tuán)后，經(jīng)過122°C、l i的高溫烘干后得到最終的復(fù)合纖維制品，其 線密度為800tex，玻璃纖維與滌綸的比值為70:30，含水為0. 05%。利用經(jīng)編機(jī)械將所得復(fù)合纖維編織成單向布，緯紗同樣為滌綸，再將多層鋪設(shè)的 單向布在熱壓機(jī)上壓制成單向玻璃纖維增強(qiáng)的PET熱塑性樹脂復(fù)合材料，其力學(xué)性能見表
ο
表一單向玻纖增強(qiáng)PET復(fù)合材料的力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，其特征在于所述復(fù)合纖維由離線滌綸與 在線連續(xù)玻璃纖維相互混合形成，所述玻璃纖維是在線拉制，所述滌綸是成品絲，多束不同 進(jìn)紗角度的所述滌綸被牽引經(jīng)張力調(diào)節(jié)后匯聚成片狀，匯聚后的滌綸絲束經(jīng)分離后與受浸 潤(rùn)劑處理過的玻璃纖維進(jìn)行復(fù)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，其特征在于所述 滌綸與玻璃纖維的牽弓I速度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，其特征在于所述 玻璃纖維與一種或多種滌綸復(fù)合，所述玻璃纖維與滌綸的質(zhì)量比是85 :15^10 :90。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，其特征在于所述 滌綸的沸水收縮率在3%以內(nèi)，其進(jìn)紗角度在(Γ60°之間，調(diào)節(jié)后的張力在15 300CN之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法的專用設(shè)備，包括將 玻璃液牽拉成玻璃纖維的玻璃纖維拉絲裝置，所述玻璃纖維拉絲裝置下方依次設(shè)有涂覆浸 潤(rùn)劑的涂油輥、復(fù)合器、集束輪、拉絲機(jī)，其特征在于還包括放置滌綸的多層紗架，所述紗 架后依次設(shè)有調(diào)整滌綸紗線張力的張力器、匯聚滌綸紗線的整流器、分散滌綸紗線束的分 離器，所述分離器位于復(fù)合器之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述張力器是液態(tài)阻尼補(bǔ)償張力器，包括 基座、進(jìn)線盤、補(bǔ)償部件、調(diào)整桿以及刻度盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于所述分離器是一均勻分布有多個(gè)瓷 眼的多孔板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述復(fù)合器是具有一凹口的酚醛樹脂板。
全文摘要
含有連續(xù)玻璃纖維的復(fù)合纖維制造方法，所述復(fù)合纖維由離線滌綸與在線連續(xù)玻璃纖維相互混合形成，所述玻璃纖維是在線拉制，所述滌綸是成品絲，多束不同進(jìn)紗角度的所述滌綸被牽引經(jīng)張力調(diào)節(jié)后匯聚成片狀，匯聚后的滌綸絲束經(jīng)分離后與受浸潤(rùn)劑處理過的玻璃纖維進(jìn)行復(fù)合。本發(fā)明的有益效果簡(jiǎn)化工藝設(shè)備，提高生產(chǎn)順暢性，同時(shí)化纖進(jìn)紗張力調(diào)節(jié)的引用，實(shí)用性更好，對(duì)烘制后的紗團(tuán)定型效果更優(yōu)良。
文檔編號(hào)C03B37/022GK102094273SQ201010583180
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者盧志強(qiáng), 張志堅(jiān), 張毓強(qiáng), 曹國(guó)榮, 錢宇卿, 龔穎 申請(qǐng)人:巨石集團(tuán)有限公司