一种短纤维连续取向制毡装置及其使用方法、应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种短纤维连续取向制毡装置及其使用方法、应用。该装置主要包括纤维分散单元、纤维取向单元、传送单元等，通过纤维分散单元制备并储存纤维悬浮液，然后将其喷射至纤维取向单元中由低到高平行排列的平板上，在短纤维下落的过程中利用相邻两个平板之间的狭缝实现纤维的取向，由此得到的湿润纤维毡由传送单元输送至喷淋清洗工序、干燥工序后卷取打包。本发明专利技术提供的短纤维连续取向制毡装置结构较为简单，机械化和自动化程度较高，具有取向度高、生产效率高、工艺简单环保、能够连续制毡等优点，适用于各类纤维材料，有利于推动纤维回收再利用产业的健康可持续发展。回收再利用产业的健康可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
一种短纤维连续取向制毡装置及其使用方法、应用


[0001]本专利技术涉及纤维取向及机械
，具体涉及一种短纤维连续取向制毡装置及其使用方法、应用。

技术介绍

[0002]纤维增强树脂基复合材料具有高比模量、高比强度、热膨胀系数小以及耐腐蚀、耐高温等优异物理性能，被广泛应用于国防军工、航空航天、交通运输、风力发电、医疗器械、体育器材等众多领域。近年来全球纤维材料的市场需求保持稳定增长，以碳纤维为例，2020年全球碳纤维需求突破10万吨级达到10.69万吨，预计2025年碳纤维市场需求量将达到20万吨，年复合增速超过10％。然而纤维复合材料在各个领域的应用寿命都是有限的，最长不超过30年，随着纤维材料使用量的增加与产能的扩大，制造过程中产生的纤维废弃边角料以及服役期满的报废纤维制品也急剧增加。同样以碳纤维为例，据统计仅2020年碳纤维废弃边角料和服役期满碳纤维制品就多达6.2万吨。
[0003]纤维增强树脂基复合材料所用基体多为热固性树脂，树脂中的分子链化学交联形成刚性的三维网络结构，使材料具有优异的抗腐蚀、耐老化性、耐热性。也正是因为这种不可逆的交联结构使得纤维复合材料不可重复加工，导致回收再利用困难。因此在过去的几十年里，主要以填埋和焚烧等传统方法处理废弃纤维制品，这种处理方法不仅污染环境而且对废弃物中具有经济价值的纤维材料也是极大的浪费，已逐渐被禁止。从经济角度看，回收废弃纤维材料有利于降低生产成本，商业价值巨大；从环境角度看，回收废弃纤维对推进资源节约和循环利用及产业健康发展也有重要现实意义。
>[0004]目前纤维复合材料的回收方式主要包括机械回收法、热处理法和化学回收法，这些回收方法最终得到的再生纤维大多是杂乱分布的短切纤维。然而纤维是一种各向异性材料，其轴向性能远强于径向性能，将无序排列的短切纤维直接用作复合材料增强体并不能最大化利用纤维优异的轴向性能，由此制得的再生复合材料的力学性能与原始复合材料存在很大差距，因而只能通过模压成型或者注塑成型将其制成非承力结构件或装饰件，极大地限制了再生纤维的应用领域。因此对再生纤维进行取向优化是提高再生纤维复合材料性能、扩大其应用范围的关键，对推动复合材料可持续发展具有重要意义。
[0005]如何高效、准确的实现短切纤维的取向是碳纤维回收利用领域研究的重点之一，为解决这一难题近年来国内外的研究人员也进行了大量探索。目前制备短切纤维取向毡的方法主要包括磁场取向、电场取向和湿法取向。其中磁场取向是将纤维置于强磁场中，短纤维受到磁矩力作用而改变排列取向，最终与磁场力方向一致，得到具有一定取向度的短纤维毛毡。这种方法获得的成品取向度较低，并且只适用于具备较好导磁性的纤维，所以应用范围有限。电场取向与磁场取向类似，需要纤维具有导电性因而限制了取向纤维的种类，并且得到的再生纤维取向度也较低、工艺成本较高。
[0006]相比磁场和电场取向，湿法取向所制备的再生碳纤维取向毡具有较好的取向度。中国专利技术专利CN114669229B公开了一种短切再生碳纤维取向装置，该方案基于湿法取向技
术，短切纤维悬浮液通过渐缩取向喷头挤出至持续加热的铝块上，利用高温蒸发再生碳纤维悬浮液中的水分得到再生碳纤维取向毡。该装置无法根据需求连续制备较长的碳纤维取向毡，只能根据铝块面积制备块状毛毡，并且毛毡的取向度有待提高。中国专利技术专利CN107662353B公开了一种制备取向短纤维复合材料的方法及装置，该方案直接将纤维与树脂制成混合液进行取向，最终得到的产物中纤维取向率低，并且由于直接复合成型因此产品的应用较为局限，此外该装置结构也较复杂。

技术实现思路

[0007]为解决现有同类装置普遍存在的结构复杂、纤维取向度低、适用范围窄、无法连续大规模生产等问题，本专利技术提供一种短纤维连续取向制毡装置。该装置主要包括纤维分散单元、纤维取向单元，其中纤维分散单元主要用于将短纤维制成悬浮液并输送至纤维取向单元，纤维取向单元主要用于连续、定向排列悬浮液中的短纤维并实现固液分离。
[0008]进一步的，所述纤维取向单元包括至少一个平板组，每一个平板组包括若干个间隔一定距离并由低到高平行排列的平板。纤维分散单元将纤维悬浮液喷射至高低错落的平板上，短纤维随之贴附于板面并在水流以及自身重力的作用下逐渐向下滑落，在相邻两个平板之间狭缝的限制下这些短纤维只能依照狭缝方向排布，最终得到了取向高度一致的湿润纤维毡。改变同一组内的平板数量或者将多个平板组沿传输方向并排设置，就能方便的调节短纤维取向毡成品的厚度、宽度。
[0009]更进一步的，各个平板组中相邻两个平板之间的间距控制在0.5mm
‑
5mm之间。相邻平板之间的间距即狭缝的宽度，狭缝的宽度决定了短纤维的取向效果及效率：狭缝过大虽然提高了短纤维的通过性，但是会降低其取向度，狭缝过小又会导致短纤维在狭缝处堆积，影响设备的正常运行，因此合适的狭缝宽度非常重要。
[0010]进一步的，所述纤维分散单元包括悬浮液容器、引流管9，引流管9的进料口与悬浮液容器连通，引流管9的出料口朝向纤维取向单元的平板。悬浮液容器主要用于制备和储存纤维悬浮液，引流管9用于将纤维悬浮液引流至特定位置并按照一定的高度、角度喷射到纤维取向单元的各个平板上。
[0011]进一步的，所述悬浮液容器包括分散罐1和储料罐2，两者之间通过连通管3连接，在连通管3上还设置有阀门8。分散罐1主要用于将短纤维均匀分散在溶液中，储料罐2主要用于临时储存纤维悬浮液，通过分散罐1、储料罐2的配合可以实现连续供料和连续生产，在提高工作效率的同时保证了整个工艺的连贯性。
[0012]更进一步的，在分散罐1、储料罐2内部均设置有搅拌器，所述搅拌器的类型选自螺旋式、折叶涡轮式、框式、锚式U型桨中的任意一种，在储料罐2内部还设置有超声发生器7。搅拌器的主要作用是促进短纤维均匀分散，超声发生器的主要作用是辅助分散悬浮液中的短纤维，同时消除悬浮液中的微小气泡。
[0013]进一步的，每一根引流管9均具有渐缩式结构(即变径)，并且进料口的直径大于出料口的直径。
[0014]进一步的，所述引流管9与蠕动泵16相连，用于向纤维取向单元泵送纤维悬浮液。
[0015]进一步的，该装置还包括导向装置，所述导向装置包括导向环10、导向轨道17。其中导向环10与导向轨道17固定连接，并可沿导向轨道17直线滑动。在导向环10上沿竖直方
向设置有一排通孔，引流管9的出料口端分别固定在所述通孔中，并且喷射方向朝向纤维取向单元的各个平板。这种设计便于调节引流管9的喷射角度及距离，有利于悬浮液中的短纤维更好的取向。
[0016]进一步的，该装置还包括传送单元，所述传送单元包括传送带、压辊轮12、收卷机13。其中传送带设置在纤维取向单元平板组的正下方，用于接收并传送完成取向的纤维毡；在传送带上方不同位置处还设置有多组压辊轮12，用于将取向后的纤维毡厚度碾压均匀或压实；所述收卷机13设置在传送带末端，用于连续收取纤维取向毡。
[0017]进一步的，在传送带上设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短纤维连续取向制毡装置，其特征在于：该装置主要包括纤维分散单元、纤维取向单元，所述纤维取向单元包括至少一个平板组，每一个平板组均包括若干个间隔一定距离并由低到高平行排列的平板；纤维分散单元中的纤维悬浮液喷射至平板上，短纤维在下落过程中从相邻两个平板之间的狭缝穿过完成取向。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：同一平板组中相邻两个平板之间的距离为0.5mm
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5mm。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述纤维分散单元包括悬浮液容器、引流管(9)，其中引流管(9)的进料口与悬浮液容器连通，引流管(9)的出料口朝向纤维取向单元的平板。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述悬浮液容器包括串联的分散罐(1)和储料罐(2)，在分散罐(1)、储料罐(2)内部均设置有搅拌器，在储料罐(2)内部还设置有超声发生器(7)。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：该装置还包括导向环(10)、导向轨道(17)，其中导向环(10)与导向轨道(17)固定连接并沿其直线滑动，引流管(9)的出料口端分别固定在导向环(10)上沿竖直方向设置的通孔中。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括传送单元，所述传送单元包括传送带、压辊轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：李书欣，刘锐，陈宏达，卢立哲，王洪荣，陈元庆，胡海晓，曹东风，冀运东，李瑞奇，张宇，
申请(专利权)人：上纬新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：