用于浸漬纖維粗紗的模具的浸漬區(qū)段的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開用于用聚合物樹脂浸漬至少一根纖維粗紗的浸漬板和模具的浸漬區(qū)段。浸漬板包括被構(gòu)造為用于用樹脂浸漬粗紗的浸漬區(qū)。浸漬區(qū)包括內(nèi)表面。浸漬板還包括側(cè)壁。側(cè)壁包括內(nèi)表面。側(cè)壁內(nèi)表面包括多個峰和多個谷。多個谷中至少一個限定了最大高度，其小于在沿所述粗紗運行方向上的相鄰位置處的所述浸漬區(qū)的所述內(nèi)表面的高度。
【專利說明】用于浸漬纖維粗紗的模具的浸漬區(qū)段
[0001]本申請涉及2011年12月9日提交的標(biāo)題為IMPREGNATION SECTION OF DIE FORIMPREGNATING FIBER R0VINGS〃的美國臨時專利申請序列號61/569，016，該專利據(jù)此全文引入以供參考。
【背景技術(shù)】
[0002]各種應(yīng)用中已采用纖維粗紗。例如，這種粗紗已用于形成纖維增強復(fù)合物桿。該桿可以用作輕質(zhì)結(jié)構(gòu)增強物。例如，電力臍帶纜常常用于在海面和位于海床的設(shè)備之間傳輸流體和/或電信號。為幫助增強這種臍帶纜，已嘗試使用拉擠成型碳纖維桿作為單獨承載元件。
[0003]特別適于使用纖維粗紗的另一種應(yīng)用為型材(profiles)的形成。型材為具有各種橫截面形狀的拉擠成型零件，并且可以用作用于窗框、裝飾板材、軌道、欄桿、屋面瓦、擋板、裝飾板、管道、柵欄、柱桿、燈桿、公路標(biāo)牌、路邊標(biāo)記柱等的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。已通過穿過樹脂牽拉(“拉擠”)連續(xù)纖維粗紗并隨后在拉擠模具內(nèi)成形纖維增強樹脂來形成中空型材。
[0004]此外，纖維粗紗可以一般在任何合適應(yīng)用中用于形成例如合適的纖維增強塑料。如本領(lǐng)域一般所知，這些應(yīng)用中使用的粗紗通常與聚合物樹脂組合。
[0005]然而，目前已知的粗紗和使用這種粗紗的所得應(yīng)用存在許多顯著問題。例如，許多粗紗依賴于熱固性樹脂(如乙烯基酯)來幫助實現(xiàn)所需強度性質(zhì)。熱固性樹脂在制造期間難以使用并且不具有用于與其他材料形成層的良好粘結(jié)特性。此外，在其他類型的應(yīng)用中已嘗試由熱塑性聚合物形成粗紗。例如，頒于Bryant等人的美國專利公布N0.2005/0186410描述將碳纖維包埋在熱塑性樹脂中以形成電傳輸纜線的復(fù)合物芯體的嘗試。遺憾地，Bryant等人提到，這些芯體由于纖維的不充分潤濕而表現(xiàn)出瑕疵和干斑，這導(dǎo)致較差的耐久性和強度。這種芯體的另一個問題在于，熱塑性樹脂不可以在高溫下操作。
[0006]此外，用于用聚合物樹脂浸潰粗紗的浸潰模具可能具有各種問題。例如，在許多浸潰模具中，波形浸潰區(qū)段用于浸潰該粗紗。然而，在許多浸潰區(qū)段中，最外側(cè)粗紗可以受擦損(snag)或以其它形式被浸潰區(qū)段的邊緣干擾。其他浸潰區(qū)段在試圖阻止擦損時可以利用側(cè)壁。然而，這種浸潰區(qū)段的側(cè)壁可以使樹脂在其上流動。該樹脂可積累，硬化并隨后移動回到浸潰區(qū)段的主浸潰區(qū)中，干擾其中粗紗。
[0007]因此，目前需要一種用于浸潰纖維粗紗的改進的浸潰區(qū)段。具體而言，目前需要一種浸潰區(qū)段，其阻止粗紗受擦損和樹脂積累，同時產(chǎn)生提供特定應(yīng)用所要求的所需強度、耐久性和溫度性能的纖維粗紗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，公開了用于用聚合物樹脂浸潰至少一根纖維粗紗的浸潰板。浸潰板包括被構(gòu)造為用于用樹脂浸潰粗紗的浸潰區(qū)。浸潰區(qū)包括內(nèi)表面。浸潰板還包括側(cè)壁。側(cè)壁包括內(nèi)表面。側(cè)壁內(nèi)表面包括多個峰和多個谷。多個谷中至少一個限定了最大高度，其小于在沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，公開了用于用聚合物樹脂浸潰至少一根纖維粗紗的模具的浸潰區(qū)段。該浸潰區(qū)段包括第一浸潰板和第二浸潰板。第一浸潰板和第二浸潰板中每一者包括被構(gòu)造為用于用樹脂浸潰粗紗的浸潰區(qū)。浸潰區(qū)包括內(nèi)表面。第一浸潰板和第二浸潰板中每一者還包括側(cè)壁。側(cè)壁包括內(nèi)表面。側(cè)壁內(nèi)表面包括多個峰和多個谷。多個谷中至少一個限定了最大高度，其小于在沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
[0010]本發(fā)明的其他特征和方面在以下更詳細示出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在說明書的剩余部分中闡述了本發(fā)明的完全和可以實施的公開內(nèi)容，包括參考附圖，其中:
[0012]圖1為用于本發(fā)明中的浸潰系統(tǒng)的一個實施方案的不意圖；
[0013]圖2為用于本發(fā)明中模具的一個實施方案的透視圖；
[0014]圖3為用于本發(fā)明中模具的一個實施方案的相對的透視圖；
[0015]圖4為圖2中所示模具的剖視圖；
[0016]圖5為用于本發(fā)明可采用的模具的歧管組裝件和柵極通道的一個實施方案的分解圖；
[0017]圖6為本發(fā)明中可采用的歧管組裝件的一個實施方案的平面圖；
[0018]圖7為本發(fā)明中可采用的歧管組裝件的另一個實施方案的平面圖；
[0019]圖8為本發(fā)明中可采用的歧管組裝件的另一個實施方案的平面圖；
[0020]圖9為本發(fā)明中可采用的歧管組裝件的另一個實施方案的平面圖；
[0021]圖10為本發(fā)明中可采用的歧管組裝件的另一個實施方案的平面圖；
[0022]圖11為本發(fā)明中可采用的歧管組裝件的另一個實施方案的平面圖；
[0023]圖12為至少部分地限定本發(fā)明中可采用的浸潰區(qū)的浸潰板的一個實施方案的透視圖；
[0024]圖13為本發(fā)明中可采用的至少部分地在其間限定浸潰區(qū)的兩個浸潰板的分解透視圖，具有局部切掉部分；
[0025]圖14為本發(fā)明中可采用的至少部分地在其間限定浸潰區(qū)的兩個浸潰板的組裝透視圖，具有局部切掉部分；
[0026]圖15為本發(fā)明中可采用的浸潰區(qū)的一部分的一個實施方案的近視剖視圖(如圖4中所示)；
[0027]圖16為本發(fā)明中可采用的浸潰區(qū)的一部分的另一個實施方案的近視剖視圖；
[0028]圖17為本發(fā)明中可采用的浸潰區(qū)的一部分的另一個實施方案的近視剖視圖；
[0029]圖18為本發(fā)明中可采用的浸潰區(qū)的一部分的另一個實施方案的近視剖視圖；
[0030]圖19為本發(fā)明中可采用的浸潰區(qū)的一部分的另一個實施方案的近視剖視圖；
[0031]圖20為本發(fā)明中可采用的著陸區(qū)的一個實施方案的透視圖；
[0032]圖21為本發(fā)明中可采用的著陸區(qū)的另一個實施方案的透視圖；
[0033]圖22為用于本發(fā)明中的固結(jié)帶狀物的一個實施方案的透視圖；和
[0034]圖23為用于本發(fā)明中的固結(jié)帶狀物的另一個實施方案的剖視圖。[0035]本說明書和附圖中重復(fù)使用參考字符旨在表示本發(fā)明的相同或類似特征或要素。
[0036]代表性實施方案的詳細描述
[0037]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本文討論僅為示例性實施方案的描述，而非旨在限制本發(fā)明的更廣泛方面。
[0038]一般而言，本發(fā)明涉及模具的浸潰區(qū)段，和其浸潰板。該浸潰板和區(qū)段可以在用于用聚合物樹脂浸潰纖維粗紗的模具中使用。該浸潰纖維粗紗可以用于復(fù)合物桿、型材、或任何其他合適的纖維增強塑料應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的該模具一般包括歧管組裝件、至少部分地限定浸潰區(qū)段的浸潰區(qū)和其間的柵極通道。歧管組裝件分配通過其中的聚合物樹脂。在離開該歧管組裝件時，樹脂流動進入和通過該柵極通道。粗紗橫貫通過模具使得樹脂在離開柵極通道時涂布該粗紗。在用樹脂涂布之后，粗紗橫貫通過浸潰區(qū)并且在其中用樹脂浸潰。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，擠出裝置可以結(jié)合模具使用以用該聚合物浸潰粗紗。除了別的以外，擠出物裝置還有利于聚合物被施涂到纖維的整個表面的能力，如下文討論。
[0040]參見圖1，示出這種擠出裝置的一個實施方案。更具體地講，該設(shè)備包括擠出機120，該擠出機120含有安裝在機筒122內(nèi)部的螺桿軸124。加熱器130 (如電阻加熱器)安裝在機筒122外部。使用期間，聚合物原料127通過料斗126被供應(yīng)至擠出機120。原料127通過螺桿軸124輸送到機筒122內(nèi)部并且通過機筒122內(nèi)部的摩擦力并且通過加熱器130加熱。加熱時，原料127通過機筒法蘭128離開機筒122并且進入浸潰模具150的模具法蘭132。
[0041]連續(xù)纖維粗紗142或多根連續(xù)纖維粗紗142從一個或多個卷軸144被供應(yīng)至模具150。在浸潰之前，粗紗142—般并列放置，其中相鄰粗紗之間存在的距離最小至無距離。原料127還可以在模具內(nèi)部通過安裝在模具150內(nèi)部或周圍的加熱器133加熱。該模具一般在足以導(dǎo)致和/或保持聚合物的恰當(dāng)熔融溫度的溫度下操作，因此允許聚合物對粗紗所需水平的浸潰。通常，模具的操作溫度高于聚合物的熔融溫度，例如在約200°C至約450°C的溫度下。當(dāng)按此方式處理時，連續(xù)纖維粗紗142變得包埋在聚合物基體中，所述聚合物基體可以是加工自原料127的樹脂214(圖4)。該混合物可以然后作為潤濕復(fù)合物或擠出物152離開浸潰模具150。
[0042]如本文所用，術(shù)語“粗紗”一般是指一束個體纖維。粗紗內(nèi)所含的纖維可以被搓捻或可以為直的。粗紗可以含有單纖維類型或不同類型的纖維。不同纖維也可以含在個體粗紗中，或者，各粗紗可以含有不同纖維類型。粗紗中采用的連續(xù)纖維具有相對于其質(zhì)量的高度拉伸強度。例如，纖維的極限拉伸強度通常為約1，000至約15，000兆帕(“MPa”)，在一些實施方案中為約2，OOOMPa至約10，OOOMPa,并且在一些實施方案中為約3，OOOMPa至約6，OOOMPa0即便纖維具有相對輕的重量，例如每單位長度的質(zhì)量為約0.05至約2克/米，在一些實施方案中為約0.4至約1.5克/米，也可實現(xiàn)這種拉伸強度。拉伸強度與每單位長度之比可因此為約1,000兆帕/克/米(“MPa/g/m”)或更大，在一些實施方案中，約4，OOOMPa/g/m或更大，并且在一些實施方案中，為約5，500至約20，000MPa/g/m。這種高強度纖維可以例如為金屬纖維、玻璃纖維(如E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR-玻璃、R-玻璃、S1-玻璃、S2-玻璃等)、碳纖維(如無定形碳、石墨碳、或金屬涂布碳等)、硼纖維、陶瓷纖維(如氧化招或二氧化娃)、芳纟侖纖維(如 Kevlar?，由 E.1.duPont de Nemours, Wilmington, Del.市場化)、合成有機纖維(如聚酰胺、聚乙烯、對苯撐(paraphenylene)、對苯二甲酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚)和已知用于增強熱塑性和/或熱固性組合物的各種其他天然或合成無機或有機纖維材料。碳纖維特別適用作連續(xù)纖維，其拉伸強度與質(zhì)量的比的范圍通常為約5，OOO至約7，000MPa/g/m。連續(xù)纖維常常具有約4至約35微米的標(biāo)稱直徑，并且在一些實施方案中，為約9至約35微米。各該粗紗中所含的纖維數(shù)量可以恒定或粗紗與粗紗可不同。通常，粗紗含有約1，000根纖維至約50，000根個體纖維，并且在一些實施方案中，約5，000至約30，000根纖維。
[0043]可以采用多種熱塑性或熱固性聚合物中任一者來形成聚合物基體，其中該連續(xù)纖維被包埋。例如，用于本發(fā)明的合適的熱塑性聚合物可以包括例如聚烯烴(如聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物等)、聚酯(如聚對苯二甲酸丁二酯(“PBT”))、聚碳酸酯、聚酰胺(如Nylon?)、聚醚酮(如聚醚醚酮(“PEEK”))、聚醚酰亞胺、聚亞芳基酮(如聚亞苯基二酮(“PPDK”))、液晶聚合物、聚亞芳基硫醚(如聚苯硫醚(“PPS”)、聚(亞聯(lián)苯基硫醚酮)、聚(苯硫醚二酮)、聚(亞聯(lián)苯基硫醚)等)、含氟聚合物(如聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚聚合物、全氟-燒氧基燒烴聚合物、四氟乙烯聚合物(petrafluoroethylene polymer)、乙烯-四氟乙基聚合物等)、聚縮醛、聚氨酯、聚碳酸酯、苯乙烯聚合物(如丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”))等等。
[0044]—般選擇聚合物基體的性質(zhì)以實現(xiàn)可加工性和性能的所需組合。例如，聚合物基體的熔體粘度一般足夠低以使得聚合物可充分浸潰該纖維。就這一點而言，在用于該聚合物的操作條件下(如約360°C )測定，熔體粘度通常的范圍為約25至約1，000帕斯卡.秒(“Pa.s”)，在一些實施方案中，為50至約500Pa.S，并且在一些實施方案中，為約60至約200Pa*s。同樣，當(dāng)浸潰粗紗旨在用于涉及高溫的應(yīng)用(如高壓傳輸纜線)時，采用具有相對高熔融溫度的聚合物。例如，這種高溫聚合物的熔融溫度的范圍可以為約200°C至約500°C，在一些實施方案中，約225°C至約400°C，并且在一些實施方案中，約250°C至約350。。。
[0045]聚亞芳基硫醚特別適于在本發(fā)明中用作具有所需熔體粘度的高溫基體。例如，聚苯硫醚為半結(jié)晶樹脂，其一般包括由以下通式代表的重復(fù)單體單元:
[0046]
[0047]這些單體單元通常占聚合物中重復(fù)單元的至少80摩爾％，并且在一些實施方案中，至少90摩爾％。然而，應(yīng)當(dāng)理解聚苯硫醚可以含有另外的重復(fù)單元，例如頒于Gotoh等人的美國專利N0.5，075，381所述，該專利出于所有目的全文以引用方式并入本文中。當(dāng)采用時，這種另外的重復(fù)單元通常占聚合物的不超過約20摩爾％。市售的高熔體粘度聚苯硫醚可以包括以商品名FORTRON⑧.得自Ticona LLC(Florence, Kentucky)的那些。這種聚合物可以具有約285°C的熔融溫度(根據(jù)IS011357-1，2，3測定)和310°C下約260至約320帕斯卡.秒的熔體粘度。
[0048]壓力傳感器137 (圖2和3)可以感知浸潰模具150附近的壓力以允許通過控制螺桿軸124的旋轉(zhuǎn)速度、或進料機的進料速率來進行對擠出速率的控制。也就是說，壓力傳感器137放置在浸潰模具150附近，例如歧管組裝件220的上游，使得擠出機120可操作以遞送準(zhǔn)確量的用于與纖維粗紗142相互作用的樹脂214。離開浸潰模具150之后，擠出物152、或浸潰纖維粗紗142可在在進入兩個相鄰輥190之間形成的輥隙之前進入任選的預(yù)成形或引導(dǎo)區(qū)段(未示出)。雖然任選，但輥190可幫助將擠出物152固結(jié)為帶狀物形式，以及加強纖維浸潰和擠壓出任何過量空隙。除了輥190之外，也可以采用其他成形裝置，例如模具系統(tǒng)。無論如何，所得固結(jié)帶狀物156通過安裝在輥上的軌道162和164牽拉。軌道162和164也從浸潰模具150中并通過輥190牽拉擠出物152。如果需要，則固結(jié)帶狀物156可以在區(qū)段171處盤繞。一般而言，所得帶狀物相對較薄并且通常具有約0.05至約I毫米，在一些實施方案中，約0.1至約0.8毫米，并且在一些實施方案中，約0.2至約0.4毫米的厚度。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的模具150的一個實施方案的透視圖進一步示于圖2和3。如所示，樹脂214流入模具150，如樹脂流動方向244所指示。將樹脂214分配在模具150內(nèi)并且隨后與粗紗142相互作用。粗紗142以粗紗運行方向282橫越通過模具150，并且用樹脂214涂布。粗紗142隨后由樹脂214浸潰，并且這些浸潰粗紗142離開模具150。
[0050]在浸潰模具內(nèi)，一般需要粗紗142橫越通過浸潰區(qū)250以用聚合物樹脂214浸潰粗紗。在浸潰區(qū)250中，一般可通過浸潰區(qū)250中產(chǎn)生的剪切力和壓力來迫使聚合物樹脂橫向通過粗紗，這顯著地增強浸潰的程度。這在由高纖維含量(例如約35%重量分?jǐn)?shù)(“Wf”)或更多，并且在一些實施方案中，約40%Wf或更多)的帶狀物形成復(fù)合物時特別有用。通常，模具150將包括多該接觸表面252，例如至少2個，至少3個，4至7個，2至20個，2至30個，2至40個，2至50個，或更多接觸表面252，以對粗紗142產(chǎn)生足夠的穿透力和壓力程度。雖然它們的具體形式可以變化，接觸表面252通常具有曲線表面，例如彎曲葉瓣(lobe)、銷釘?shù)取＝佑|表面252也通常由金屬材料制成。
[0051]圖4示出浸潰模具150的剖視圖。如所示，浸潰模具150包括歧管組裝件220和浸潰區(qū)段。浸潰區(qū)段包括浸潰區(qū)250。在一些實施方案中，浸潰區(qū)段另外包括柵極通道270。提供歧管組裝件220，用于使聚合物樹脂214流動通過其中。例如，歧管組裝件220可以包括一個溝道222或多個溝道222。向浸潰模具150提供的樹脂214可以流動通過溝道222。
[0052]如圖5至11所示，在示例性實施方案中，各溝道222的至少一部分可以為曲線形。曲線部分可以允許以各種方向相對平滑地重定向樹脂214以通過歧管組裝件220分配樹脂214，并且可以允許樹脂214通過溝道222相對平滑流動?；蛘撸瑴系?22可以為線形，并且可以通過溝道222的線形部分之間的相對急劇的過渡區(qū)域重定向樹脂214。還應(yīng)了解，溝道222可以具有任何合適的形狀、大小和/或外形。
[0053]在如圖5至11中所示的示例性實施方案中，多個溝道222可以為多個分支狀流道222。流道222可以包括第一分支狀流道組232。第一分支狀流道組232包括從向歧管組裝件220提供樹脂214的一個或多個初始溝道222分支出的多個流道222。第一分支狀流道組232可以包括從初始溝道222分支出的2個、3個、4個或更多流道222。
[0054]如果需要，流道222可以包括從第一分支狀流道組232分叉的第二分支狀流道組234，如圖5和7至11中所示。例如，來自第二分支狀流道組234的多個流道222可以從第一分支狀流道組232中的一個或多個流道222分支出。第二分支狀流道組234可以包括從第一分支狀流道組232中的流道222分支出的2個、3個、4個或更多個流道222。
[0055]如果需要，流道222可以包括從第二分支狀流道組234分叉的第三分支狀流道組236，如圖5和8至9中所示。例如，來自第三分支狀流道組236的多個流道222可以從第二分支狀流道組234中的一個或多個流道222分支出。第三分支狀流道組236可以包括從第二分支狀流道組234中的流道222分支出的2個、3個、4個或更多個流道222。
[0056]在一些示例性實施方案中，如圖5至11所示，多個分支狀流道222沿中心軸224具有對稱取向。分支狀流道222和其對稱取向一般均勻分配樹脂214，使得離開歧管組裝件220并且涂布粗紗142的樹脂214的流動基本上均勻分配在粗紗142上。這希望地允許大體上均勻地浸潰粗紗142。
[0057]此外，在一些實施方案中，歧管組裝件220可以限定出口區(qū)域242。出口區(qū)域242為歧管組裝件220的如下部分:其中樹脂214離開歧管組裝件220。因此，出口區(qū)域242 —般包圍至少樹脂214從中離開的溝道或流道222的下游部分。在一些實施方案中，如圖5至10所示，設(shè)置在出口區(qū)域242中的溝道或流道222的至少一部分在樹脂214的流動方向244上具有增加的面積。當(dāng)樹脂214流動通過歧管組裝件220時，增加的區(qū)域允許擴散和進一步分配樹脂214，還允許在粗紗142上基本上均勻地分配樹脂214。另外或替代地，如圖11所示，設(shè)置在出口區(qū)域242中的各個溝道或流道222可以在樹脂214的流動方向244上具有恒定面積，或可以在樹脂214的流動方向244上具有減小的面積。
[0058]在一些實施方案中，如圖5至9所示，放置設(shè)置在出口區(qū)域242中的溝道或流道222的每一者，使得從中流動的樹脂214與來自設(shè)置在出口區(qū)域242中的其他溝道或流道222的樹脂214組合。來自設(shè)置在出口區(qū)域242中的各種溝道或流道222的樹脂214的這種組合產(chǎn)生來自歧管組裝件220的樹脂214的大致單一(singular)且均勻分配的流以基本上均與涂布粗紗142?；蛘?，如圖10和11所示，設(shè)置在出口區(qū)域242中的各個溝道或流道222可以被放置以使得從中流動的樹脂214與來自設(shè)置在出口區(qū)域242中的其他溝道或流道222的樹脂214分立(discrete)。在這些實施方案中，可以通過用于基本上均勻涂布粗紗142的歧管組裝件220產(chǎn)生多個分立但大致均勻分配的樹脂流214。
[0059]如圖4所示，設(shè)置在出口區(qū)域242中的溝道或流道222的至少一部分具有曲線橫截面輪廓。這些曲線輪廓允許樹脂214從溝道或流道222大致向下朝粗紗142逐漸導(dǎo)引。然而，替代地，這些溝道或流道222可以具有任何合適的橫截面輪廓。
[0060]如圖4和5中進一步所示，在通過歧管組裝件220流動之后，樹脂214可以流動通過柵極通道270。柵極通道270被放置在歧管組裝件220和浸潰區(qū)250之間，并且被提供用于使來自歧管組裝件220的樹脂214流動以使得樹脂214涂布粗紗142。因此，例如通過出口區(qū)域242離開歧管組裝件220的樹脂214，可以進入柵極通道270并且流動通過其。
[0061]在一些實施方案中，如圖4所示，柵極通道270在歧管組裝件220和浸潰區(qū)250之間垂直延伸。然而，替代地，柵極通道270可以以垂直和水平之間的任何合適角度延伸以使得允許樹脂214流動通過其。
[0062]此外，如圖4所示，在一些實施方案中，柵極通道270的至少一部分在樹脂214的流動方向244上具有減小的橫截面輪廓。柵極通道270的至少一部分的該變細(taper)可以增加流動通過其的樹脂214在接觸粗紗142之前的流速，這可以允許樹脂214沖擊粗紗142。樹脂214對粗紗142的初始沖擊提供粗紗的進一步浸潰，如下文討論。此外，柵極通道270的至少一部分的變細可以增加?xùn)艠O通道270和歧管組裝件220中的反壓力，其還可以提供樹脂214的更均勻、均一的分布以涂布粗紗142。替代地，按所需或要求，柵極通道270可以具有增加的或一般恒定的橫截面輪廓。
[0063]離開歧管組裝件220和模具150的柵極通道270時，如圖4所示，樹脂214接觸橫貫通過模具150的粗紗142。如上文討論，樹脂214可以基本上均勻涂布粗紗142，這是由于歧管組裝件220和柵極通道270中樹脂214的分配。此外，在一些實施方案中，樹脂214可以對各粗紗142的上表面，或各粗紗142的下表面，或各粗紗142的上表面和下表面沖擊。對粗紗142的初始沖擊提供用樹脂214對粗紗142的進一步浸潰?？梢酝ㄟ^如下促進對粗紗142的沖擊:撞擊粗紗142時樹脂214的速度、樹脂離開歧管組裝件220或柵極通道270時粗紗142與樹脂214的接近，或其他各種變量。
[0064]如圖4所示，涂布粗紗142以運行方向282橫貫通過浸潰區(qū)250。浸潰區(qū)250與歧管組裝件220 (例如通過設(shè)置于其間的柵極通道270)流體連通。浸潰區(qū)250被構(gòu)造為由樹脂214浸潰粗紗142。
[0065]例如，如上文討論，在圖4和12至19中所示的示例性實施方案中，浸潰區(qū)250包括多個接觸表面252。粗紗142在浸潰區(qū)中在接觸表面252上方橫貫。接觸表面252上對粗紗142的沖擊產(chǎn)生足以用涂布粗紗142的樹脂214浸潰粗紗142的剪切力和壓力。
[0066]在一些實施方案中，如圖4中所示，浸潰區(qū)250限定于兩個間隔開的相對的浸潰板256和258之間。第一板256限定第一內(nèi)表面257,而第二板258限定第二內(nèi)表面259。浸潰區(qū)250限定于第一板256和第二板258之間。接觸表面252可以限定于或延伸自第一和第二內(nèi)表面257和259兩者上、或僅第一和第二內(nèi)表面257和259之一上。
[0067]在示例性實施方案中，如圖4、13至15和17至19所示,接觸表面252可以交替地限定于第一和第二表面257和259上，使得粗紗在第一和第二表面257和259上交替地對接觸表面252沖擊。因此，粗紗142可以以波形、曲折或正弦型路徑通過接觸表面252，這增強剪切力。
[0068]粗紗142橫貫接觸表面252的角度254可以一般足夠高以增強剪切力和壓力，但未高到導(dǎo)致將斷裂纖維的過度力。因此，例如，角度254可以在大約1°至大約30°的范圍內(nèi)，并且在一些實施方案中，大約5°至大約25°之間。
[0069]如上文所述，接觸表面252通常具有曲線表面，例如彎曲葉瓣、銷釘?shù)?。此外，在許多示例性實施方案中，浸潰區(qū)250具有波形橫截面輪廓。在如圖4、12和13至15中所示的一個示例性實施方案中，接觸表面252為葉瓣，其形成第一和第二板256和258兩者的波形表面的部分并且限定波形橫截面輪廓。圖12示出第二板258和其上各種接觸表面，所述接觸表面形成根據(jù)這些實施方案的浸潰區(qū)250的至少一部分。
[0070]在其他實施方案中，如圖16所不,接觸表面252形成僅第一或第二板256或258之一的波形表面的部分的葉瓣。在這些實施方案中，沖擊僅在一個板的表面上的接觸表面252上發(fā)生。其他板可以一般為平或者以其他方式成形以使得沒有發(fā)生與涂布粗紗的相互作用。
[0071]在其他替代性實施方案中，如圖17至19所示，浸潰區(qū)250可以包括多個銷釘(或桿)260，各銷釘具有接觸表面252。銷釘260可以固定，如圖17和18所示，自由旋轉(zhuǎn)(未示出)，或被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，如圖19所示。此外，銷釘260可以直接安裝到限定沖擊區(qū)的板的表面，如圖17所示，或可以與該表面間隔開，如圖18和19所示。應(yīng)該指出的是，銷釘260可以通過加熱器133加熱，或可以單獨地或者按需要或要求加熱。此外，銷釘260可以被包括在模具150內(nèi)，或可以從模具150向外延伸并且不被完全包入其中。
[0072]在另一個替代性實施方案中，接觸表面252和浸潰區(qū)250可以按需要或要求包括用于用樹脂214浸潰粗紗142的任何合適形狀和/或結(jié)構(gòu)。
[0073]如上文討論和圖12至14所示，浸潰區(qū)段的浸潰區(qū)250限定于兩個相對的板256和258之間。第一板256限定第一內(nèi)表面257,而第二板258限定第二內(nèi)表面259。浸潰區(qū)250限定于第一板256和第二板258之間。因此,浸潰板256、258包括被構(gòu)造為用于用樹脂214浸潰粗紗142的浸潰區(qū)250。板256、258的每一者的浸潰區(qū)250包括板256、258的內(nèi)表面257、259并且還可以包括如上討論的接觸表面252。如下文所討論，第一板256和第二板258可以在模具150中配合在一起。當(dāng)配合在一起時，第一板256的浸潰區(qū)250和第二板258的浸潰區(qū)250可以形成用于浸潰區(qū)段的浸潰區(qū)250。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的浸潰板256、258還包括基表面301、303。內(nèi)表面257、259的高度302、304可以從基表面301、303上限定。如所述，基于上文討論的內(nèi)表面257、259的外形，高度302、304可以在整個內(nèi)表面257、259內(nèi)變化。特別地，高度257、259可以基于內(nèi)表面257、259上的位置沿運行方向282變化。然而，應(yīng)當(dāng)理解高度257、259可以另外或替代地以任何其他合適的方向變化。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的浸潰板256、258還有利地包括一個或多個側(cè)壁310。各側(cè)壁310將浸潰區(qū)250定界。在示例性實施方案中，浸潰板256、258包括兩個側(cè)壁310，如所示。在這些示例性實施方案中，所述側(cè)壁可以一般豎直于運行方向282間隔開。在其他實施方案中，可以使用一個、三個、四個或更多個側(cè)壁310。
[0076]如圖12至14中所示，側(cè)壁310包括內(nèi)表面312。內(nèi)表面312的高度314可以從浸潰板256、258的基表面301、303限定。高度314可以基于內(nèi)表面312的外形在整個內(nèi)表面312中變化，如下文討論。特別地，高度314可以基于內(nèi)表面312上的位置沿運行方向282變化。
[0077]側(cè)壁310的內(nèi)表面312包括一個或多個峰316和一個或多個谷318。峰316和谷318可以交替，使得谷318介于相鄰的峰316之間并且峰316介于相鄰的谷318之間。在示例性實施方案中，側(cè)壁310的橫截面輪廓可以為大致波形，并具有弓形峰316和谷318。替代地，峰316和谷318可以為線形，可以為在峰316和谷318的頂點處具有銳角三角形，或可以具有任何其他合適的橫截面輪廓。
[0078]此外，第一浸潰板256的峰316和/或谷318中的一者或多者可以被構(gòu)造為用于與第二浸潰板258的對應(yīng)谷318和/或峰316中的一者或多者配合。例如，第一和第二浸潰板256、258的內(nèi)表面312可以具有類似外形，具有的峰316和谷318具有類似大小和橫截面輪廓，使得第一浸潰板256的峰316與第二浸潰板258的谷318配合并且第二浸潰板258的峰316與第一浸潰板256的谷318配合。當(dāng)峰316和谷318配合在一起時，這種峰316和谷318之間存在最小間隙或不存在間隙。在一些實施方案中，例如，在配合的峰316和谷318之間的最大間隙可以小于或等于大約1/10英寸、大約75/1000英寸、大約1/20英寸、大約25/1000英寸、大約1/50英寸、或大約1/100英寸。
[0079]如所示，根據(jù)本發(fā)明的側(cè)壁310還可以包括內(nèi)側(cè)表面320和外側(cè)表面322。內(nèi)側(cè)和外側(cè)表面320和322中每一者在內(nèi)表面312和基表面301、303之間延伸。
[0080]為在模具150的操作期間阻止或減少擦損和樹脂積累，峰316和谷318處的側(cè)壁內(nèi)表面312的高度314可以處于相對于浸潰板256、258的內(nèi)表面257、259的高度302、304的各種水平。例如，在示例性實施方案中，一個或多個谷318具有最大高度314，所述最大高度314小于在沿運行方向282上的相鄰位置處的內(nèi)表面257、259的高度302、304。此外，一個或多個峰316具有最大高度314，所述最大高度314大于在沿運行方向282上的相鄰位置處的內(nèi)表面257、259的高度302、304。本文所用的“相鄰位置”意思是使得通過最大高度314位置和相鄰位置繪制的線條豎直于運行方向282上繪制的線條的平行位置。最大高度314可以限定在例如谷318的頂點處。術(shù)語“頂點”當(dāng)關(guān)于谷318使用時意思指相對于基表面301、303的最低點，并且當(dāng)關(guān)于峰316使用時意思指相對于基表面301、303的最高點。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的峰316和谷318的最大高度314可以允許側(cè)壁310阻止或減少擦損和/或樹脂積累。例如，這種峰316和谷318允許第一浸潰板256和第二浸潰板258聯(lián)鎖。此外，谷318的高度314允許板256或258的配合的峰316延伸經(jīng)過其他板258或256的內(nèi)表面312。峰316和谷318的這種聯(lián)鎖允許板256和258的內(nèi)側(cè)表面320在沖擊區(qū)250內(nèi)含有樹脂214并且阻止粗紗142的擦損。如所示，例如，這種聯(lián)鎖阻止或減少樹脂214流出配合的峰316和谷318之間的沖擊區(qū)250，因為這種峰316和谷318的至少一部分未暴露于浸潰區(qū)250中。
[0082]在一些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的側(cè)壁310可以僅包括峰316和谷318。在這些實施方案中，各峰316可以接合相鄰谷318，并且各谷318可以接合相鄰峰316，以形成側(cè)壁
310。在其他實施方案中，如所示，側(cè)壁310還可以包括一個或多個中間部分330。中間部分330可以設(shè)置在峰316和谷318之間，并且可以連接峰316和谷318。在如所示的示例性實施方案中，如所示，中間部分330可以是線形的。然而，替代地，中間部分330可以為曲線形或具有任何其他合適形狀。此外，在如所示的示例性實施方案中，中間部分330可以在峰316和谷318之間垂直延伸。然而，替代地，中間部分330可以與垂直方向成任何合適角度延伸。例如，中間部分330可以與垂直方向成小于或等于10度，與垂直方向成小于或等于5度，與垂直方向成小于或等于2度，或任何其他合適的角度或角度范圍來延伸。這種中間部分330可以有利于第一沖擊板256和第二沖擊板258的配合和/或脫離。
[0083]為進一步有利于粗紗142的浸潰，還可使它們保持在拉伸下，同時存在于模具150內(nèi)且特別是浸潰區(qū)250內(nèi)。拉伸的范圍可以例如為每根粗紗142或每根纖維絲束約5至約300牛頓，在一些實施方案中，約50至約250牛頓，并且在一些實施方案中，約100至約200牛頓。
[0084]如圖4和圖20和21所示，在一些實施方案中，著陸區(qū)280可以在粗紗142的運行方向282上放置于浸潰區(qū)250的下游。粗紗142可以在離開模具150之前橫貫通過著陸區(qū)280。在一些實施方案中，如圖20所示，著陸區(qū)280的至少一部分可以在運行方向282上具有增加的橫截面輪廓，使得著陸區(qū)280的面積增加。增加的部分可以為著陸區(qū)280的下游部分以有利于粗紗142離開模具150。替代地，橫截面輪廓或其任何部分可以減小，或可以維持恒定，如圖21所示。
[0085]如圖4中進一步所示，在一些實施方案中，面板290可以鄰接浸潰區(qū)250。面板290可以在運行方向282上放置在浸潰區(qū)250和著陸區(qū)280(如果包括)的下游。面板290 —般被構(gòu)造為用于使來自粗紗142的過量樹脂214定徑。因此，可以設(shè)置面板290中的小孔(粗紗142橫貫通過其)的大小，使得當(dāng)粗紗142橫貫通過其時，小孔的大小導(dǎo)致過量樹脂214從粗紗142中移除。
[0086]另外，可以任選地采用其他組件以輔助浸潰該纖維。例如，在某些實施方案中可以采用“氣體噴嘴(gas jet)”組裝件來幫助均勻散布個體纖維的粗紗，所述粗紗在所結(jié)合絲束的整個寬度上可以各自含有多達24，000根纖維。這幫助實現(xiàn)強度性質(zhì)的均勻分配。這種組裝件可以包括壓縮空氣或以大致豎直方式對橫跨出口通過的移動粗紗沖擊的另一種氣體的供應(yīng)源。散布粗紗可以隨后被引入用于浸潰的模具，如上文所述。
[0087]使用根據(jù)本發(fā)明的模具和方法產(chǎn)生的浸潰粗紗可以具有極低空隙分?jǐn)?shù)，這幫助增強其強度。例如，空隙分?jǐn)?shù)可以為約3%或更小，在一些實施方案中，約2%或更小，在一些實施方案中，約1%或更小，并且在一些實施方案中，約0.5%或更小?？障斗?jǐn)?shù)可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)來測量。例如，空隙分?jǐn)?shù)可以使用“樹脂燒盡”測試測量，其中樣品被置于烘箱(如600°C下3小時)以燃燒盡該樹脂?？梢噪S后測量剩余纖維的質(zhì)量以計算重量和體積分?jǐn)?shù)。這種“燒盡”測試可以根據(jù)ASTM D2584-08進行以確定纖維和聚合物基體的重量，該重量可隨后用于基于以下公式計算“空隙分?jǐn)?shù)”:
[0088]Vf = 100*(P「P c)/p t
[0089]其中，
[0090]Vf為作為百分比的空隙分?jǐn)?shù)；
[0091]P。為使用已知技術(shù)，例如用液體或氣體比重瓶(如氦比重瓶)，測量的復(fù)合物密度；
[0092]P t為通過以下公式確定的復(fù)合物的理論密度:
[0093]Pt = l/[Wf/pf+Wm/pm]
[0094]P m為聚合物基體的密度(例如，在合適結(jié)晶度下的)；
[0095]Pf為纖維的密度；
[0096]Wf為纖維的重量分?jǐn)?shù)；和
[0097]Wni為聚合物基體的重量分?jǐn)?shù)。
[0098]替代地，空隙分?jǐn)?shù)可以通過根據(jù)ASTM D3171-09化學(xué)溶解該樹脂測定?！盁M”和“溶解”方法特別適用于玻璃纖維，其一般耐受熔化和化學(xué)溶解。然而，在其它情況下，空隙分?jǐn)?shù)可以根據(jù)ASTM D2734-09(方法A)基于聚合物、纖維和帶狀物的密度間接計算，其中密度可以由ASTM D792-08方法A測定。當(dāng)然，空隙分?jǐn)?shù)也可使用常規(guī)顯微設(shè)備估算。
[0099]本發(fā)明還涉及一種用于用聚合物樹脂214浸潰至少一根纖維粗紗142或多根纖維粗紗142的方法。該方法一般包括流動通過歧管組裝件220的聚合物樹脂214。歧管組裝件220可以包括多根溝道或分支狀流道222，如上文討論。該方法還包括用樹脂214涂布該纖維粗紗142，如上文討論。此外，該方法包括使該涂布粗紗142橫貫通過浸潰區(qū)250以用樹脂214浸潰粗紗142，如上文討論。
[0100]如上文討論，在一些實施方案中，使樹脂214流動通過歧管組裝件220的步驟可以包括使樹脂214流動通過歧管組裝件220的出口區(qū)域242。如上文進一步討論，用樹脂214涂布粗紗142的步驟可以包括使來自歧管組裝件220的樹脂214流動通過柵極通道270。該方法還可以包括使來自浸潰區(qū)250的粗紗142橫貫通過著陸區(qū)280和/或使粗紗142橫貫通過面板290，如上文討論。
[0101]如上文討論，離開浸潰模具150之后，浸潰的粗紗142、或擠出物152可以固結(jié)成帶狀物的形式。各帶狀物中所用的粗紗的數(shù)量可以變化。然而，通常，帶狀物將含有2至20根粗紗，并且在一些實施方案中，2至10根粗紗，并且在一些實施方案中，3至5根粗紗。在一些實施方案中，可希望的是所述粗紗在帶狀物內(nèi)以與彼此大約相同距離間隔開。參見圖22，例如，示出固結(jié)帶狀物4的一個實施方案，其含有三根(3)在-X方向上彼此等距間隔的粗紗5。然而，在其他實施方案中，其可希望的是，將粗紗組合，使得粗紗的纖維在整個帶狀物4中大致均勻分配。在這些實施方案中，粗紗一般可能彼此不可區(qū)別。參見圖23，例如，示出固結(jié)帶狀物4的一個實施方案，其含有被固結(jié)的粗紗使得纖維大致均勻分配。
[0102]還可以根據(jù)本發(fā)明將拉擠法用于某些具體應(yīng)用。例如，在一些實施方案中，這種方法可以用于形成桿。在這些實施方案中，粗紗142的連續(xù)纖維可以縱向取向(圖1系統(tǒng)的機器方向“A”)以增強拉伸強度。除了纖維取向之外，可以控制拉擠法的其他方面以實現(xiàn)所需強度。例如，在固結(jié)帶狀物中采用相對高百分比的連續(xù)纖維以提供增強的強度性質(zhì)。例如，連續(xù)纖維通常占帶狀物的約25重量％至約80重量％，在一些實施方案中，約30重量％至約75重量％，并且在一些實施方案中，約35重量％至約60重量％。同樣，(一種或多種)聚合物通常占帶狀物的約20重量％至約75重量％，在一些實施方案中，約25重量％至約70重量％，并且在一些實施方案中，約40重量％至約65重量％。
[0103]一般來講，帶狀物可以直接從浸潰模具150供應(yīng)到拉擠系統(tǒng)，或可以從錠子或其他合適的儲存設(shè)備供應(yīng)。在將帶狀物牽拉通過拉擠系統(tǒng)時，拉伸-調(diào)節(jié)裝置可以用于幫助控制帶狀物中的拉伸程度。裝置中可以供應(yīng)烘箱用于加熱該帶狀物。隨后可將帶狀物提供至固結(jié)模具，其可以操作以將帶狀物壓縮到一起成為預(yù)成型件，并且對準(zhǔn)和形成所需產(chǎn)品的初始形狀，例如桿。如果需要，還可采用第二模具(如校準(zhǔn)模具)，其將預(yù)成型件壓縮成最終形狀。冷卻系統(tǒng)可以另外并入到所述模具之間和/或在模具之后?？梢苑胖孟掠螤坷b置以牽拉產(chǎn)品通過該系統(tǒng)。在一些實施方案中，可以提供用于將產(chǎn)品切割至所需長度的下游切割裝置。例如，切割裝置可以用于切割產(chǎn)品以形成丸粒，例如形成長纖維-增強熱塑性丸粒。
[0104]在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以實施本發(fā)明的這些和其他修改和變型。另外，應(yīng)當(dāng)理解各種實施方案的方面可以整體或部分互換。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解上述說明僅用于舉例，并非旨在限制在隨附權(quán)利要求書中進一步描述的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.用于用聚合物樹脂浸潰至少一根纖維粗紗的浸潰板，所述浸潰板包括: 浸潰區(qū)，其被構(gòu)造為用于用樹脂浸潰粗紗，所述浸潰區(qū)包括內(nèi)表面；和 包括內(nèi)表面的側(cè)壁，側(cè)壁內(nèi)表面包括多個峰和多個谷，所述多個谷中至少一個限定了最大高度，其小于在沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸潰板，其中多個峰中的至少一個限定了最大高度，其大于沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸潰板，其中多個谷的每一者限定了最大高度，其小于在沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸潰板，其還包括多個側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸潰板，其中側(cè)壁具有波形橫截面輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的浸潰板，其中側(cè)壁內(nèi)表面還包括各多個峰的每一者和多個谷的每一者之間的多個線形中間部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浸潰板，其中多個線形中間部分的每一者垂直延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸潰板，其中浸潰區(qū)還包括多個接觸表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸潰板，其中浸潰區(qū)包括2至50個接觸表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸潰板，其中多個接觸表面的每一者包括曲線接觸表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸潰板，其中多個接觸表面的每一者被構(gòu)造為使得粗紗以I度至30度的角度橫貫接觸表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸潰板，其中浸潰區(qū)具有波形橫截面輪廓。
13.一種用于用聚合物樹脂浸潰至少一根纖維粗紗的模具的浸潰區(qū)段，所述浸潰區(qū)段包括: 第一浸潰板和第二浸潰板，第一浸潰板和第二浸潰板中每一者包括: 浸潰區(qū)，其被構(gòu)造為用于用樹脂浸潰粗紗，所述浸潰區(qū)包括內(nèi)表面；和包括內(nèi)表面的側(cè)壁，側(cè)壁內(nèi)表面包括多個峰和多個谷，所述多個谷中至少一個限定了最大高度，其小于在沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸潰區(qū)段，其中第一浸潰板的多個峰的每一者和多個谷的每一者被構(gòu)造為用于分別與第二浸潰板的多個谷和多個峰的每一者配合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸潰區(qū)段，其中第一浸潰板和第二浸潰板中每一者的多個峰中的至少一個限定了最大高度，其大于沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸潰區(qū)段，其中第一浸潰板和第二浸潰板中每一者的多個谷中的每一者限定了最大高度，其小于沿粗紗運行方向上的相鄰位置處的浸潰區(qū)內(nèi)表面的高度。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸潰區(qū)段，第一浸潰板和第二浸潰板中每一者還包括多個側(cè)壁。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸潰區(qū)段，其中第一浸潰板和第二浸潰板中每一者的側(cè)壁具有波形橫截面輪廓。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的浸潰區(qū)段，其中第一浸潰板和第二浸潰板中每一者的側(cè)壁內(nèi)表面還包括多個峰和多個谷的每一者之間的多個線形中間部分。
20.根據(jù)權(quán)利 要求19所述的浸潰區(qū)段，其中各多個線形中間部分垂直延伸。
【文檔編號】B29C70/52GK103987514SQ201280060496
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月9日
【發(fā)明者】T·A·里根 申請人:提克納有限責(zé)任公司