[發明專利]一種積木式可組裝的纖維浸漬模具

有效

• 申請號: 201811620226.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109514889B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 宋玉興;陳曉敏;鄭云磊;陳永波;陳光劍
• 申請（專利權）人: 中廣核俊爾新材料有限公司;中廣核俊爾（上海）新材料有限公司
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C70/54
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 朱朦琪

本發明公開了一種積木式可組裝的纖維浸漬模具，包括進料端模塊、出料端模塊及在二者間通過對定機構拼裝且可拆卸的S型通道模塊；所有S型通道模塊內的S型流道在拼接處對接成連續布置的波形流道，波形流道的進口端與進料端模塊上的纖維進料口對接，出口端與出料模塊上的纖維出口對接；S型通道模塊包括上模與下模，下模設有位于S型流道波谷處的熔體通道；上模與下模均包括兩側板部及夾于兩側板部之間的夾芯部，夾芯部朝向S型流道的表面為S型曲面，上、下模的側板部對接并將上下兩S型曲面間支撐形成預設間距。本發明的纖維浸漬模具，可對纖維浸漬流道的總長度與張力大小進行調整，保證纖維快速分散并充分浸漬，減少生產中的毛羽、斷纖等現象。

技術領域

本發明涉及模具領域，具體涉及一種積木式可組裝的纖維浸漬模具。

背景技術

根據纖維保留長度的不同，熱塑性復合材料分為短纖維增強、長纖維增強(LFRT)與連續纖維增強復合材料(CFRT)。研究表明，纖維增強材料受到外部載荷時，長度小于臨界長度Lo的纖維會被拔出，纖維自身的強度就不能得到充分發揮。不同材料的纖維臨界長度不一樣，如玻纖增強聚丙烯，其Lo為3.1mm。短玻纖增強聚丙烯生產時，由于纖維在螺桿中受到嚴重的破壞，最后保留的纖維長度只有0.2～0.6mm，低于Lo，性能較差。長玻纖增強聚丙烯復合材料成型制品中的纖維長度遠高于雙螺桿擠塑工藝生產的短纖維增強制品。生產過程中的粒子中的纖維長度可根據切粒長度變化，一般為11mm左右，通過優化的注射成型工藝，可保持制品中的纖維長度為3～5mm，而且這些長纖維還能在制品內部形成交叉的三維網絡結構，使制品具有更長的使用壽命。連續玻纖增強聚丙烯復合材料中的纖維只有在壓制制品的時候才會進行裁剪，理論上其纖維長度可以達到制品上最長的尺寸，因此能夠承受更大的外部載荷。

由于長纖維增強熱塑性復合材料和連續纖維增強熱塑性復合材料具有強度高、可設計性強、可回收利用等優勢，近些年，在汽車輕量化、家電、管道等領域的應用量劇增。據相關部門的市場研究，全球2017年至2021年之間LFRT的復合年增長率為8.5％，CFRT的復合年增長率為9.5％。相比之下，到2021年短纖維增強熱塑性塑料的復合年增長率只有4.5％。

長纖維增強熱塑性復合材料和連續纖維增強熱塑性復合材料一般采用溶液浸漬法、懸浮液浸漬法、干法粉末浸漬法、纖維混編法、熔融浸漬法等工藝生產。由于溶液浸漬法、懸浮液浸漬法需要去除溶劑媒介，易造成環境污染；粉末浸漬法使用的超細粉末原材料制造成本高；纖維混編法較難實現不同纖維之間的分散。而熔體浸漬法的制造原理是將熱塑性樹脂熔融成熔體，同時在模具中分散浸漬纖維，并使纖維與樹脂形成良好的界面結合。熔體浸漬法仍然是目前最常用的熱塑性復合材料制造工藝。

而在熔體浸漬法中，模具是最關鍵的技術。如授權公告號為CN103847042B的中國專利文獻中公開了一種用于浸漬連續纖維的專用模具，該模具包括纖維浸漬模具和樹脂供應機構，纖維浸漬模具包括上模和下模，上模和下模配合的空腔沿連續纖維運動方向包括三個區，分別為送料區、浸漬區、調整區，送料區的間隙為3-10mm，具有三個波谷與二個波峰；波谷與波峰形成的角度為120-150度；浸漬區的間隙為1-3mm，具有三個波谷與二個波峰；波谷與波峰形成的角度為100-120度；調整區的間隙為0.3-1mm，整體為“V”字形，“V”字形的兩條斜邊形成的角度為80-110度；樹脂供應機構內部具有通入熱熔性樹脂的樹脂通道，該樹脂通道與送料區前方的連續纖維輸送通道相垂直。

該技術方案中公開的專用模具可以使連續纖維表面上的樹脂分布均勻，但該模具與大多數此類公開的專利一樣，存在腔體結構固化的問題，即一旦成型，幾乎不能對內部結構進行再次調整，特別是腔體的總容積、浸潤的路徑長度等影響浸潤品質的關鍵參數，沒有辦法再變化。導致一套模具只能適應某一種或某幾種具備類似流變特性樹脂的生產，若要開發新產品，必須重新設計模具；此外，該模具的樹脂供應通道只設置在纖維進口附近，樹脂熔體進入模腔后，只能依靠纖維行進進行分散，可能導致局部區域缺乏樹脂熔體而導致浸潤質量不良的問題。

發明內容