一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法及裝置制造方法及圖紙

一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法及裝置屬于纖維織物領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)方法包括以下工序：分散工序：取向工序：將儲(chǔ)料裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入漸縮取向噴頭，經(jīng)漸縮取向噴頭后平鋪在不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶上；分離工序：通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶下方的負(fù)壓抽吸箱分離在傳送網(wǎng)帶上的短切纖維懸浮液中的水分及分散劑，后洗滌獲得濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈；干燥后收卷。本發(fā)明專利技術(shù)的裝置自動(dòng)化程度高，制備的短切纖維連續(xù)取向氈的厚度、寬度和長(zhǎng)度及纖維含量可控性高，短切纖維連續(xù)取向氈中短切纖維的取向度高且取向結(jié)構(gòu)均勻；本發(fā)明專利技術(shù)節(jié)能環(huán)保、優(yōu)質(zhì)高效，解決了制備效率低、無(wú)法連續(xù)和規(guī)?；a(chǎn)的問(wèn)題，為短切纖維取向氈的工業(yè)化應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

Method and apparatus for preparing chopped fiber continuous oriented felt

The invention relates to a method and a device for preparing chopped fiber continuous oriented felt, belonging to the fiber fabric field. The method comprises the following steps: dispersing process: process: the orientation of short fiber suspension into the storage device in the well dispersed tapered nozzle orientation, the tapered nozzle orientation after the tile in the running for the transmission network; the separation process by negative pressure suction box is located below the separation in the transmission network transmission the mesh belt of short fiber suspension in water and dispersant, after washing to obtain short cut fiber wet continuous orientation after drying the rolling mat. Device of the invention has high degree of automation, short cut fiber prepared by continuous orientation mat thickness, width and length of fiber content and high controllability, short fiber and short fiber orientation in continuous felt a high degree of orientation and orientation of uniform structure; the invention of energy-saving and environmental protection, high efficiency, solves the low preparation efficiency no, continuous and large-scale production problems, and provide technical support for the industrial application of short fiber orientation mat.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法及裝置
：本專利技術(shù)屬于纖維織物材料領(lǐng)域，特別涉及一種規(guī)模化制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法及裝置。
技術(shù)介紹
：短切纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不僅具有一般纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，如抗腐蝕、耐疲勞、高比強(qiáng)度和比模量、較好的熱穩(wěn)定性以及可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，同時(shí)具有加工工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越受到工業(yè)界及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。短切纖維長(zhǎng)度一般在3-15cm,具有高度各項(xiàng)異性，其增強(qiáng)復(fù)合材料的性能與纖維種類、纖維與基體之間的界面結(jié)合狀態(tài)、纖維長(zhǎng)度、纖維含量、纖維取向狀態(tài)有關(guān)。對(duì)于某一特定短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其力學(xué)性能主要取決于纖維的取向狀態(tài)及纖維含量：沿著纖維取向方向，短切纖維復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度及模量；纖維含量越高，其復(fù)合材料力學(xué)性能越好。制備短纖維取向增強(qiáng)復(fù)合材料傳統(tǒng)方法主要采用將短纖維直接加入樹(shù)脂等基體材料當(dāng)中，利用擠出等工藝手段產(chǎn)生流體流動(dòng)獲得短纖維取向增強(qiáng)復(fù)合材料。但這些方法獲得的復(fù)合材料其纖維含量相對(duì)較低，纖維分散及取向均勻性相對(duì)較差，一定程度上限制了其力學(xué)性能的增加。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，通過(guò)單獨(dú)使短切纖維取向制備短切纖維取向氈，再與樹(shù)脂等基體復(fù)合獲得短切纖維取向增強(qiáng)復(fù)合材料越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)短纖維取向氈制備技術(shù)進(jìn)行了大量研究。Timbrell等(JournalofAppliedPhysics，1972，43(11)：4839-4840)利用磁場(chǎng)方法，將纖維置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，利用磁矩力的作用驅(qū)動(dòng)短纖維沿磁場(chǎng)力的方向進(jìn)行一定的取向排列，獲得一定取向度的短切纖維取向氈，但這種方法其取向裝置相對(duì)比較復(fù)雜，且要求纖維具有導(dǎo)磁性，限制了可取向纖維的種類，此外，利用磁場(chǎng)法獲得的短切纖維取向氈取向程度較低，通常沿纖維方向在±20°范圍內(nèi)只有70％的取向程度，無(wú)法獲得高取向短切纖維取向產(chǎn)品。Vyakarnam等(U.S.Patent5846356)利用電場(chǎng)法制備短纖維取向氈，其取向原理與磁場(chǎng)法類似，要求纖維具有一定的導(dǎo)電性能，限制了取向纖維的種類，同時(shí)，電場(chǎng)法獲得的取向程度與磁場(chǎng)法類似，取向程度相對(duì)較低，通常沿纖維取向方向在±30°范圍內(nèi)只有80％的纖維實(shí)現(xiàn)取向。另外，Bagg等人(Composites,1969，1(2)：97-100)開(kāi)發(fā)了一種濕法短切纖維取向技術(shù)：短切纖維在分散介質(zhì)中的分散、短切纖維取向、取向介質(zhì)分離，從而實(shí)現(xiàn)短切纖維取向氈的制備；KACIR等人(PolymerEngineering&Science，1975,15(7)：525-537)在此濕法纖維取向技術(shù)的基礎(chǔ)上制備短切玻璃纖維取向氈，所制得的短切玻璃纖維取向氈沿纖維取向方向在±15°范圍內(nèi)的取向程度為90％，纖維取向程度相對(duì)較高，但其制備的取向氈是大小為254mm*152mm的塊狀纖維取向氈，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)短切纖維連續(xù)取向氈。Wong等人(In:SAEAeroTechCongressandExhibition.SAEInternational,Seattle,Washington,US,Nov10-12,2009)進(jìn)一步對(duì)此濕法取向技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，采用甘油作為分散介質(zhì)，圓柱形旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部進(jìn)行取向，并通過(guò)離心分離技術(shù)使懸浮液與纖維的分離，提高了分散介質(zhì)的分離效率，從而制備了12cm*150cm高取向短切纖維取向氈，但其采用甘油作為短切纖維分散介質(zhì)，在分離過(guò)程中需要完全除去纖維表面甘油，同時(shí)在除去甘油之后還需要添加一定的粘膠劑用于纖維取向氈的固定，增加了工藝難度，生產(chǎn)效率較低，不利于工業(yè)化應(yīng)用，另外，此方法制備的短切纖維取向氈的大小受其旋轉(zhuǎn)離心分離裝置大小的限制，無(wú)法連續(xù)化生產(chǎn)制備短切纖維連續(xù)取向氈。因此，急需開(kāi)發(fā)一種連續(xù)、高效、規(guī)?；苽涠糖欣w維連續(xù)取向氈的方法及其裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：本專利技術(shù)的目的在于提供一種短切纖維連續(xù)取向氈的制備方法及生產(chǎn)裝置解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法連續(xù)、高效、規(guī)?；苽涠糖欣w維取向氈的技術(shù)問(wèn)題。本專利技術(shù)的具體
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
如下：本專利技術(shù)一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法，其特征在于包括以下工序：分散工序：分散工序中包括分散裝置及儲(chǔ)料裝置，首先將分散劑加入水中于分散裝置中攪拌分散至粘度為0.5-20Pa.s，粘度測(cè)試方法為用美國(guó)博勒飛DV-旋轉(zhuǎn)粘度儀，21號(hào)轉(zhuǎn)子，扭矩75-80％，測(cè)試溫度30℃；分散時(shí)間為10-30min，然后加入短切纖維繼續(xù)攪拌分散5-20min形成短切纖維單絲狀懸浮液，短切纖維長(zhǎng)度為1-15mm，并將分散裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入儲(chǔ)料裝置中，分散工作在制備短切纖維連續(xù)取向氈的過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行，以補(bǔ)充儲(chǔ)料裝置中纖維懸浮液的消耗；取向工序：將儲(chǔ)料裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入漸縮取向噴頭，經(jīng)漸縮取向噴頭后平鋪在不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶上，其中在傳送網(wǎng)帶運(yùn)行方向上根據(jù)所制備短切纖維連續(xù)取向氈厚度需求依次排列設(shè)置2-8組漸縮取向噴頭進(jìn)行堆疊平鋪噴涂，單層短切纖維氈的厚度在0.05-0.10mm，根據(jù)所制備短切纖維取向氈寬度需求在30-2000mm范圍內(nèi)選擇相等寬度的減縮取向噴頭進(jìn)行噴涂，漸縮取向噴頭的漸縮角度為10-30°，漸縮取向噴頭的狹縫寬度為1-2mm，漸縮取向噴頭的液位高度為30-100cm；分離工序：通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶下方的負(fù)壓抽吸箱分離在傳送網(wǎng)帶上的短切纖維懸浮液中的水分及分散劑，同時(shí)通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶上方的噴淋裝置噴灑水霧進(jìn)一步洗滌短切纖維懸浮液中的分散劑，從而獲得濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈；最終分離出來(lái)的水分及分散劑經(jīng)回收后再次用于短切纖維的分散；干燥工序：不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶將濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈運(yùn)送至熱鼓風(fēng)干燥隧道中，獲得干態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈，熱鼓風(fēng)干燥隧道中熱風(fēng)溫度為100-200℃；收卷工序：將干態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈進(jìn)行裁邊處，理通過(guò)收卷裝置收卷，最終獲得短切纖維連續(xù)取向氈；上述制備過(guò)程是連續(xù)運(yùn)行的。本專利技術(shù)一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法，其特征在于所述纖維為碳纖維、玻璃纖維、聚酰亞胺纖維、天然纖維以及各種化學(xué)纖維中的一種或多種，纖維在分散過(guò)程中的添加量為0.5-10g/L分散液體積；分散液中分散劑為增稠類分散劑，包括羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、明膠、聚氧化乙烯(PEO)、甘油、聚丙烯酰胺中的一種或多種，其添加量以使溶液粘度達(dá)到0.5-20Pa.s為準(zhǔn)。本專利技術(shù)一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的裝置，包括攪拌分散裝置(13)、攪拌儲(chǔ)料裝置(14)，其特征在于：還依次包括網(wǎng)狀傳送帶(2)、熱鼓風(fēng)隧道干燥裝置(7)、收卷裝置(4)；網(wǎng)狀傳送帶(2)部分位置的上方依次設(shè)置漸縮取向噴頭(10)和水霧噴洗裝置(6)、網(wǎng)狀傳送帶(2)部分位置的下方設(shè)置負(fù)壓抽吸箱(11)；熱鼓風(fēng)隧道干燥裝置(7)，同時(shí)還包括傳送網(wǎng)帶自動(dòng)張緊裝置(12)、驅(qū)動(dòng)裝置、回收儲(chǔ)料罐(15)以及總控制器(16)。進(jìn)一步，攪拌分散裝置采用螺旋式攪拌器，轉(zhuǎn)速可設(shè)定為200-1000r/min，容積為100-500L；攪拌儲(chǔ)料裝置采用框式攪拌器，轉(zhuǎn)速可設(shè)定為50-500r/min，容積為200-1000L；網(wǎng)狀傳送帶為連續(xù)運(yùn)行的不銹鋼帶，傳送網(wǎng)帶上設(shè)置自動(dòng)調(diào)偏裝置，網(wǎng)帶運(yùn)行速度為5-80m/min，網(wǎng)孔大小為50-200目。進(jìn)一步，采本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法，其特征在于包括以下工序：分散工序：首先將分散劑加入水中于分散裝置中攪拌分散至粘度為0.5?20Pa.s，粘度測(cè)試方法為用美國(guó)博勒飛DV?旋轉(zhuǎn)粘度儀，21號(hào)轉(zhuǎn)子，扭矩75?80％，測(cè)試溫度30℃；分散時(shí)間為10?30min，然后加入短切纖維繼續(xù)攪拌分散5?20min形成短切纖維單絲狀懸浮液，短切纖維長(zhǎng)度為1?15mm，并將分散裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入儲(chǔ)料裝置中，分散工作在制備短切纖維連續(xù)取向氈的過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行，以補(bǔ)充儲(chǔ)料裝置中纖維懸浮液的消耗；取向工序：將儲(chǔ)料裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入漸縮取向噴頭，經(jīng)漸縮取向噴頭后平鋪在不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶上，其中在傳送網(wǎng)帶運(yùn)行方向上排列設(shè)置2?8組漸縮取向噴頭進(jìn)行堆疊平鋪噴涂，單層短切纖維氈的厚度在0.05?0.10mm，根據(jù)所制備短切纖維取向氈寬度需求在30?2000mm范圍內(nèi)選擇相等寬度的減縮取向噴頭進(jìn)行噴涂，漸縮取向噴頭的漸縮角度為10?30°，漸縮取向噴頭的狹縫寬度為1?2mm，漸縮取向噴頭的液位高度為30?100cm；分離工序：通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶下方的負(fù)壓抽吸箱分離在傳送網(wǎng)帶上的短切纖維懸浮液中的水分及分散劑，同時(shí)通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶上方的噴淋裝置噴灑水霧進(jìn)一步洗滌短切纖維懸浮液中的分散劑，從而獲得濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈；最終分離出來(lái)的水分及分散劑經(jīng)回收后再次用于短切纖維的分散；干燥工序：不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶將濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈運(yùn)送至熱鼓風(fēng)干燥隧道中，獲得干態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈，熱鼓風(fēng)干燥隧道中熱風(fēng)溫度為100?200℃；收卷工序：將干態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈進(jìn)行裁邊處理，通過(guò)收卷裝置收卷，最終獲得短切纖維連續(xù)取向氈；上述制備過(guò)程是連續(xù)運(yùn)行的。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法，其特征在于包括以下工序：分散工序：首先將分散劑加入水中于分散裝置中攪拌分散至粘度為0.5-20Pa.s，粘度測(cè)試方法為用美國(guó)博勒飛DV-旋轉(zhuǎn)粘度儀，21號(hào)轉(zhuǎn)子，扭矩75-80％，測(cè)試溫度30℃；分散時(shí)間為10-30min，然后加入短切纖維繼續(xù)攪拌分散5-20min形成短切纖維單絲狀懸浮液，短切纖維長(zhǎng)度為1-15mm，并將分散裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入儲(chǔ)料裝置中，分散工作在制備短切纖維連續(xù)取向氈的過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行，以補(bǔ)充儲(chǔ)料裝置中纖維懸浮液的消耗；取向工序：將儲(chǔ)料裝置中分散好的短切纖維懸浮液導(dǎo)入漸縮取向噴頭，經(jīng)漸縮取向噴頭后平鋪在不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶上，其中在傳送網(wǎng)帶運(yùn)行方向上排列設(shè)置2-8組漸縮取向噴頭進(jìn)行堆疊平鋪噴涂，單層短切纖維氈的厚度在0.05-0.10mm，根據(jù)所制備短切纖維取向氈寬度需求在30-2000mm范圍內(nèi)選擇相等寬度的減縮取向噴頭進(jìn)行噴涂，漸縮取向噴頭的漸縮角度為10-30°，漸縮取向噴頭的狹縫寬度為1-2mm，漸縮取向噴頭的液位高度為30-100cm；分離工序：通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶下方的負(fù)壓抽吸箱分離在傳送網(wǎng)帶上的短切纖維懸浮液中的水分及分散劑，同時(shí)通過(guò)位于傳送網(wǎng)帶上方的噴淋裝置噴灑水霧進(jìn)一步洗滌短切纖維懸浮液中的分散劑，從而獲得濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈；最終分離出來(lái)的水分及分散劑經(jīng)回收后再次用于短切纖維的分散；干燥工序：不斷運(yùn)行的傳送網(wǎng)帶將濕態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈運(yùn)送至熱鼓風(fēng)干燥隧道中，獲得干態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈，熱鼓風(fēng)干燥隧道中熱風(fēng)溫度為100-200℃；收卷工序：將干態(tài)的短切纖維連續(xù)取向氈進(jìn)行裁邊處理，通過(guò)收卷裝置收卷，最終獲得短切纖維連續(xù)取向氈；上述制備過(guò)程是連續(xù)運(yùn)行的。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種制備短切纖維連續(xù)取向氈的方法，其特征在于所述纖維為碳纖維、玻璃纖維、聚酰亞胺纖維、天然...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈曉龍，羅國(guó)昕，李燕杰，榮亞鵬，楊小平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京化工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京,11