《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》是福建海源自動化機械股份有限公司於2012年4月6日申請的專利，該專利的申請號為2012800145279，公布號為CN103717361A，授權公布日為2014年4月9日，發明人是李良光、蔣鼎豐。
《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》中複數股連續纖維（1）的進料方向上，由外接伺服電機（6）精確調整旋轉滾刀式切斷機（2）的轉速，切斷後的纖維進入擠出機進料口，感測器檢測長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機（6）。該方法和裝置有下列優點：纖維長度是預先人為定長控制的，確保了纖維的最大長度；因纖維加入計量與螺桿轉速無關，更易使螺桿轉速滿足混配和擠出的最佳工藝要求；預定長切斷纖維經預熱再與熔體混配，熔體對纖維的浸潤更好；連續纖維定長切斷裝置在擠出機外設定，便於設備維護保養。
2016年12月7日，《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置
- 公布號：CN103717361A
- 授權日：2014年4月9日
- 申請號：2012800145279
- 申請日：2012年4月6日
- 申請人：福建海源自動化機械股份有限公司
- 地址：福建省福州市閩侯縣荊溪鐵嶺北路2號
- 發明人：李良光、蔣鼎豐
- Int.Cl.：B26D7/28(2006.01)I；B26D1/14(2006.01)I；B29C70/06(2006.01)I
- 代理機構：福州展暉專利事務所（普通合夥）
- 代理人：林天凱
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
LFT（Long Fiberreinforced Thermoplastics），即長纖維增強熱塑性材料，所謂的長纖維是與普通纖維增強熱塑性材料中所用的纖維相比較而言的。通常情況下，纖維增強熱塑性材料中的纖維長度為小於1毫米，而在LFT中，纖維的長度一般大於2毫米，甚至於能夠將LFT中的纖維長度保持在5毫米以上。
LFT-D-ILC稱為長纖維增強熱塑性材料直接線上混配工藝技術（Long Fiberreinforced Thermoplastics－Directprocessing－InLine Compounding）。LFT在汽車中的套用呈迅速增長的趨勢，除了經濟上的吸引力，它們的主要優勢是材料可以在其中配混的靈活性。連續可變的纖維含量、不同類型的纖維，再加上工程塑膠，打開了潛在的套用領域。
這種直接線上纖維混配系統集成在成型工藝中，常見是採用二階螺桿擠出機，即由兩台螺桿擠出機協同運行完成擠出成型工藝。
熱塑性塑膠粒料或粉料及其他助劑先從第一階螺桿擠出機的料斗加入，通過螺桿進行塑化，塑化後的熔融聚合物從第一階螺桿擠出機的擠出口模處擠出，進入第二階螺桿擠出機的進料口。
纖維在進入擠出機進料口進行混配之前，通常需對纖維進行加熱，一般需將加捻的連續纖維用撥叉鋪展開來，然後經過加熱設備的連續幾道熱輥升溫，然後被卷進入第二階螺桿擠出機的進料口。
經第二階擠出機剪下、混配擠出的模塑膠被輸送到壓制（或注射）成型設備中，由此設備完成LFT-D-ECM或者LFT-D-IM工藝的成型工作。
另外，對纖維還必須進行計量，以確保與熔融聚合物混配的纖維量精確可控。纖維的長度控制和含量計量通常依靠雙螺桿擠出機內的螺桿剪斷和調整擠出機的轉速來達到目的，但這種設計存在以下不足：
一是螺桿剪斷的缺點是很難精確控制纖維切斷的長度且不容易使纖維保持較好的長度百分比，另外剪斷螺桿長期使用後刃口變鈍不易被發現會影響產品質量且螺桿調換比較困難；二是調整擠出機螺桿的轉速雖然可以計量纖維的加入量但會影響螺桿擠出機工藝參數很難兼顧纖維加入量和最佳擠出工藝參數之間的關係。
發明內容
專利目的
《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》所要解決的技術問題在於提供一種連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置，可對連續纖維進行切斷並精確計量。
技術方案
連續精確計量的連續纖維定長切斷方法，其要點在於，提供旋轉滾刀式切斷機、連續的長纖維、伺服電機、檢測長纖維的感測器和控制系統，共有複數股的連續長纖維經過感測器後進入旋轉滾刀式切斷機，感測器檢測被旋轉滾刀式切斷機牽引而待進入旋轉滾刀式切斷機的長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機，並由外接伺服電機精確調整旋轉滾刀式切斷機的轉速，切斷後的定長短切纖維進入擠出機進料口。
連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，用於直接線上長纖維增強熱塑性複合材料的擠出成型，其要點在於：所述的切斷裝置設在連續纖維的進料方向上，為旋轉滾刀式切斷機，並由外接伺服電機精確調整旋轉滾刀式切斷機的轉速，切斷後的定長短切纖維進入擠出機進料口，共有複數股長纖維，用以檢測長纖維是否斷股的感測器設在切斷裝置之前的進料方向上，感測器信號輸出端與控制系統信號輸入端電連線，控制系統信號輸出端與伺服電機的控制端電連線，感測器檢測被旋轉滾刀式切斷機牽引而待進入旋轉滾刀式切斷機的長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機。
這樣，實現了精確計量精確給料，且不影響擠出機的工作。
《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》採用旋轉滾刀式切斷機在擠出機外先行對連續纖維進行定長切斷並通過調整高精度伺服電機的轉速來對纖維含量進行精確計量，然後進入擠出機的進料口與熔體混配。
伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服主要靠脈衝來定位，由於伺服電機本身具備發出脈衝的功能，每旋轉一個角度都會發出對應數量的脈衝，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位。
《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》裝置計量部分一改傳統稱量計量方法，採用控制刀輥轉速來進行計量，為提高精度動力電機採用伺服電機，使計量精度大大提高。
《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》的目的還可以通過以下途徑來實現。
旋轉滾刀式切斷機包括刀輥和膠輥，長纖維切向進入並夾合在刀輥和膠輥之間的間隙中。
被伺服電機驅動的刀輥通過與膠輥的對滾可以牽引長纖維。
所述旋轉滾刀式切斷機包括刀輥、壓輥、膠輥、第一加壓裝置和第二加壓裝置，刀輥、壓輥、膠輥相互間呈三角分布，其中膠輥分別與壓輥、刀輥對滾，連續長纖維先經過壓輥和膠輥的間隙，再到達刀輥和膠輥間隙被滾刀切斷成短切纖維，第一加壓裝置控制壓輥和膠輥之間的壓力，第二加壓裝置控制刀輥和膠輥之間的壓力。
第二加壓裝置和第一加壓裝置採用氣缸作為執行元件。
滾刀刀齒沿刀輥輥面螺旋分布而成一種斜齒輪的斜齒設計。
斜齒設計的刀齒可以實現對每股長纖維的次第切斷，不但相應降低切斷力矩，也使切斷平穩而不易斷股。
所述旋轉滾刀式切斷機還包括有導紗架，導紗架上設定有複數個導紗孔，每股長纖維一一對應穿套在導紗孔中，共有複數個感測器一一對應與導紗孔配置。
所述伺服電機通過變速箱驅動旋轉滾刀式切斷機旋轉。
所述自第一階螺桿擠出機的擠出口模擠出的熔體及切斷形成的短切纖維均進入第二階螺桿擠出機的進料口，所述的切斷裝置設在該進料口處的拔風整流預熱下料管道的上方，所述的第一階螺桿擠出機的擠出口模與拔風整流預熱下料管道相通，二階螺桿擠出機的餘熱排入該下料管道內。
裝置置於第二階擠出機進料口上端，定長切斷纖維通過定製的撥風整流預熱下料管道直接進入進料口節省了傳統振動式計量進料裝置，投資更少。
有益效果
1、纖維長度是預先人為定長控制的，既確保了纖維的最大長度，又有利於製品在模壓過程中的流動性；
2、去除了擠出機螺桿玻纖剪斷的功能後，使擠出機混配工藝只負責纖維的長度保持和纖維分布均勻，螺桿功能調整目的性更為明確，螺桿調整更為簡單；
3、因纖維加入計量與螺桿轉速無關，更易使螺桿轉速滿足混配和擠出的最佳工藝要求；
4、預定長切斷纖維經預熱再與熔體混配較連續纖維更容易在熔體中分散，熔體對纖維的浸潤更好；
5、連續纖維定長切斷裝置在擠出機外設定，便於及時發現刀具磨損和磨損刀具的替換，設備維修保養更為方便；
6、實現了精確計量精確給料。
附圖說明
圖1為《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》的主視結構示意圖。
圖2為該發明實施例1的側視結構示意圖。
圖3為該發明最佳實施例中的旋轉滾刀式切斷機的結構示意圖。
圖4為圖3的A向視圖。
附圖中標號說明：1、連續纖維；2、旋轉滾刀式切斷機；3、下料管道；4、短切纖維；5、螺桿；6、伺服電機；7、變速箱；8、第二階螺桿擠出機；9、熔體。21、膠輥；22、壓輥；23、刀輥；24、第一加壓裝置；25、第二加壓裝置；26、導紗架；261、導紗孔。
技術領域
《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》涉及複合材料加工領域，為纖維增強型的熱塑性複合材料的擠出成型，尤其涉及一種連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置。
權利要求
1.連續精確計量的連續纖維定長切斷方法，其特徵在於，提供旋轉滾刀式切斷機（2）、連續的長纖維、伺服電機（6）、檢測長纖維的感測器和控制系統，共有複數股的連續長纖維經過感測器後進入旋轉滾刀式切斷機（2），感測器檢測被旋轉滾刀式切斷機（2）牽引而待進入旋轉滾刀式切斷機（2）的長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維（4）總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機（6），並由伺服電機（6）精確調整旋轉滾刀式切斷機（2）的轉速，切斷後的定長短切纖維（4）進入擠出機進料口。
2.連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，用於直接線上長纖維增強熱塑性複合材料的擠出成型，其特徵在於：所述的切斷裝置設在連續纖維（1）的進料方向上，為旋轉滾刀式切斷機（2），並由伺服電機（6）精確調整旋轉滾刀式切斷機（2）的轉速，切斷後的定長短切纖維（4）進入擠出機進料口，共有複數股長纖維，用以檢測長纖維是否斷股的感測器設在切斷裝置之前的進料方向上，感測器信號輸出端與控制系統信號輸入端電連線，控制系統信號輸出端與伺服電機（6）的控制端電連線，感測器檢測被旋轉滾刀式切斷機（2）牽引而待進入旋轉滾刀式切斷機（2）的長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維（4）總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機（6）。
3.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵在於，所述的旋轉滾刀式切斷機（2）包括刀輥（23）、壓輥（22）、膠輥（21）、第一加壓裝置（24）和第二加壓裝置（25），刀輥（23）、壓輥（22）、膠輥（21）相互間呈三角分布，其中膠輥（21）分別與壓輥（22）、刀輥（23）對滾，連續長纖維先經過壓輥（22）和膠輥（21）的間隙，再到達刀輥（23）和膠輥（21）間隙被滾刀切斷成短切纖維（4），第一加壓裝置（24）控制壓輥（22）和膠輥（21）之間的壓力，第二加壓裝置（25）控制刀輥（23）和膠輥（21）之間的壓力。
4.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵於，所述的旋轉滾刀式切斷機（2）包括刀輥（23）和膠輥（21），長纖維切向進入並夾合在刀輥（23）和膠輥（21）之間的間隙中。
5.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵在於，所述的旋轉滾刀式切斷機（2）還包括有導紗架（26），導紗架（26）上設定有複數個導紗孔（261），每股長纖維一一對應穿套在導紗孔（261）中，共有複數個感測器與導紗孔（261）一一對應配置。
6.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵在於，所述的伺服電機（6）通過變速箱（7）驅動旋轉滾刀式切斷機（2）旋轉。
7.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵在於，所述擠出機包括第一階螺桿擠出機和第二階螺桿擠出機（8），自第一階螺桿擠出機的擠出口模擠出的熔體（9）及切斷形成的短切纖維（4）均進入第二階螺桿擠出機（8）的進料口。
8.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵在於，所述的切斷裝置設在該進料口處的拔風整流預熱下料管道（3）的上方。
9.根據權利要求2所述的連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，其特徵在於，所述的擠出機包括第一階螺桿擠出機和第二階螺桿擠出機（8），第一階螺桿擠出機的擠出口模與拔風整流預熱下料管道（3）相通，二階螺桿擠出機的餘熱排入該下料管道（3）內。
實施方式
實施例1：
參閱圖1和圖2所示，一種連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，用於直接線上長纖維增強熱塑性複合材料的擠出成型，其中，所述的切斷裝置設在連續纖維1的進料方向上，為旋轉滾刀式切斷機2，並由外接伺服電機6及變速箱7調整旋轉滾刀式切斷機的轉速。
自第一階螺桿擠出機的擠出口模擠出的熔體9及切割形成的短切纖維4均進入第二階螺桿擠出機8的進料口，由螺桿5進行混配擠出，所述的切斷裝置設在該進料口處的拔風整流預熱下料管道3的上方，所述的第一階螺桿擠出機的擠出口模與拔風整流預熱下料管道3相通，二階螺桿擠出機的餘熱，包括第一階螺桿擠出機擠出熔體9的散發餘熱和第二階螺桿擠出機8進料口筒體的散發餘熱，均排入該下料管道3內。
連續精確計量的連續纖維定長切斷方法，提供旋轉滾刀式切斷機、連續的長纖維、伺服電機、檢測長纖維的感測器和控制系統，共有複數股的連續長纖維經過感測器後進入旋轉滾刀式切斷機，感測器檢測被旋轉滾刀式切斷機牽引而待進入旋轉滾刀式切斷機的長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機，並由外接伺服電機精確調整旋轉滾刀式切斷機的轉速，切斷後的定長短切纖維進入擠出機進料口。
該實施例未述部分與2012年4月前技術相同。
最佳實施例：
參照圖1、圖3、圖4，連續精確計量的連續纖維定長切斷裝置，用於直接線上長纖維增強熱塑性複合材料的擠出成型，其要點在於：所述的切斷裝置設在連續纖維的進料方向上，為旋轉滾刀式切斷機2，並由外接伺服電機精確調整旋轉滾刀式切斷機的轉速，切斷後的定長短切纖維進入擠出機進料口，共有複數股連續的長纖維1，用以檢測長纖維1是否斷股的感測器設在切斷裝置之前的進料方向上，感測器信號輸出端與控制系統信號輸入端電連線，控制系統信號輸出端與伺服電機的控制端電連線，感測器檢測被旋轉滾刀式切斷機2牽引而待進入旋轉滾刀式切斷機2的長纖維股數，控制系統將獲得的股數感測信號進行比較判別後按照切斷後的定長短切纖維總量一定的方式將相應的調整轉速的控制信號傳遞給伺服電機。
旋轉滾刀式切斷機包括刀輥23、壓輥22、膠輥21、第一加壓裝置24和第二加壓裝置25，刀輥23、壓輥22、膠輥21相互間呈三角分布，其中膠輥21分別與壓輥22、刀輥23對滾，連續長纖維1先經過壓輥22和膠輥21的間隙，再到達刀輥23和膠輥21間隙被滾刀切斷成短切纖維，第一加壓裝置24控制壓輥和膠輥之間的壓力，第二加壓裝置25控制刀輥和膠輥之間的壓力。被伺服電機驅動的刀輥23通過與膠輥21的對滾可以牽引長纖維1。
第一加壓裝置24和第二加壓裝置25採用氣缸作為執行元件。
參照圖4，滾刀刀齒沿刀輥23輥面螺旋分布而成一種斜齒輪的斜齒設計。
斜齒設計的刀齒可以實現對每股長纖維的次第切斷，不但相應降低切斷力矩，也使切斷平穩而不易斷股。
旋轉滾刀式切斷機2還包括有導紗架26，導紗架上設定有複數個導紗孔261，每股長纖維一一對應穿套在導紗孔261中，共有複數個感測器一一對應與導紗孔261配置。
該實施例未述部分與實施例1相同。
榮譽表彰
2016年12月7日，《連續精確計量的連續纖維定長切斷方法和裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
