一种复合纤维拉挤制品及拉挤方法与流程

1.本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合纤维拉挤制品及拉挤方法。


背景技术：

2.目前市场上的光缆产品多在提高光缆的破断力，但是随着通信领域的发展，光缆的应用领域、应用场景也越来越多，一些应用场景出于安全性的要求，需要光缆在特定时刻及时断裂。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合纤维拉挤制品及拉挤方法，与传统纯玻纤拉挤产品相比，本技术的复合纤维拉挤制品在保证模量的前提下，可大幅度降低破断力，并保证足够的弯曲强度。
4.根据发明的第一方面，提供了一种复合纤维拉挤方法，包括以下步骤：
5.提供第一纤维、第二纤维和第三纤维；
6.以第一退纱方式牵引所述第一纤维浸润树脂，以第二退纱方式分别牵引所述第二纤维、所述第三纤维浸润树脂；
7.浸润树脂后，将所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维按照预定规则排布，将排布好的所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维共同拉挤成型；
8.其中，所述第一纤维具有第一断裂范围，所述第二纤维具有第二断裂范围，所述第三纤维具有第三断裂范围；所述第一断裂范围、所述第二断裂范围和所述第三断裂范围均不同。
9.可选择地，所述第一纤维为无捻碳纤维；所述第一退纱方式为由外向内退纱。
10.可选择地，所述第二纤维为玻璃纤维，所述第三纤维为高分子纤维；所述第二退纱方式为由内向外退纱。
11.可选择地，所述将所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维按照预定规则排布，包括：
12.可选择地，以浸润树脂后的所述第一纤维为拉挤中心，浸润树脂后的所述第二纤维和所述第三纤维环绕所述拉挤中心均布在所述拉挤中心的外周。
13.可选择地，将排布好的所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维共同拉挤成型，包括：
14.将浸润树脂后的所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维按照排布规则牵引进入预定形状的拉挤模具中，向所述第一纤维、所述第二纤维和所述第三纤维施加挤压力，挤出部分树脂，所述第一纤维、所述第二纤维、所述第三纤维和余下的树脂共同挤压成型；
15.所述第一纤维形成纤维芯层，所述第二纤维和所述第三纤维被挤压形成纤维包覆层。
16.根据发明的第二方面，提供了一种复合纤维拉挤制品，包括：纤维芯层以及包覆在
所述纤维芯层的径向表面的纤维包覆层；
17.所述纤维芯层包括第一纤维；
18.所述纤维包覆层包括第二纤维和第三纤维；
19.所述第一纤维具有第一断裂范围，所述第二纤维具有第二断裂范围，所述第三纤维具有第三断裂范围；
20.其中，所述第一断裂范围、所述第二断裂范围和所述第三断裂范围均不同。
21.可选择地，所述第一纤维为无捻碳纤维，所述第二纤维为玻璃纤维，所述第三纤维为高分子纤维。
22.可选择地，所述复合纤维拉挤制品还包括树脂层，部分所述树脂层分布在所述纤维芯层中，另一部分所述树脂层分布在所述纤维包覆层中。
23.可选择地，以质量百分比计，所述复合纤维拉挤制品中所述树脂层的含量为35％～45％。
24.与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果：
25.本技术的复合纤维拉挤制品及拉挤方法，选用具有不同的断裂范围的纤维作为原材料，降低了拉挤制成的复合纤维拉挤制品的破断力，并在拉挤过程中通过不同的退纱方式牵引纤维，以使复合纤维拉挤制品中纤维的张力不同，降低复合纤维拉挤制品的断裂伸长率，降低了复合纤维拉挤制品的破断难度。
附图说明
26.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1是根据一示例性实施例示出的复合纤维拉挤方法的流程图；
28.图2是根据一示例性实施例示出的复合纤维拉挤方法的流程图；
29.图3是根据一示例性实施例示出的复合纤维拉挤方法的生产线的示意图；
30.图4是根据一示例性实施例示出的第一纤维、第二纤维、第三纤维的排布示意图。
31.图5是根据一示例性实施例示出的复合纤维拉挤制品的示意图。
32.图6是根据一示例性实施例示出的第一纤维、第二纤维、第三纤维的排布示意图。
33.图7是根据一示例性实施例示出的复合纤维拉挤制品的示意图。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。
35.目前市场上的光缆产品多在提高光缆的破断力，但是随着通信领域的发展，光缆的应用领域、应用场景也越来越多，一些应用场景出于安全性的要求，需要在光缆在特定时刻及时断裂。常规的frp光缆加强芯通常使用乙烯基树脂与玻璃纤维复合拉挤制成，其通常
同时具有高模量、高破断力或低模量、低破断力，难以同时具备高模量和低破断力。
36.根据一个示例性实施例，本实施例提供了一种复合纤维拉挤方法，如图1所示，包括以下步骤：
37.步骤s110：提供第一纤维、第二纤维和第三纤维。
38.如图3示出了本实施例中复合纤维拉挤方法的生产线的示意图，如图3所示，参照图4，提供第一纤维11的卷料、第二纤维12的卷料和第三纤维13的卷料，并将第一纤维11的卷料、第二纤维12的卷料和第三纤维13的卷料按照预定排列规则设置在纱架01上，纱架01在每个卷料的对应位置设置有张力调节装置02。
39.其中，第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13为相同或不同的纤维，第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13各自可以分别选自金属纤维、碳纤维、玻璃纤维或高分子纤维中的一种纤维。在本实施例中，第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13中的至少一种纤维为碳纤维。
40.步骤s120：以第一退纱方式牵引第一纤维浸润树脂，以第二退纱方式分别牵引第二纤维、第三纤维浸润树脂。
41.参照图3，以第一退纱方式牵引第一纤维11按照预定排列规则穿过第一穿纱板03，同时以第二退纱方式牵引第二纤维12、第三纤维13按照预定排列规则穿过第一穿纱板03，然后继续牵引第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13进入浸胶槽04中浸润树脂，以确保第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13在浸胶槽04中浸润树脂时仍按照预定规则排列。
42.在本实施例中，第一纤维11和第二纤维12、第三纤维13可以浸润相同或不同种类的树脂，在第一纤维11和第二纤维13、第三纤维13浸润的树脂种类不同时，其浸润的多种树脂具有相容性，以使后续第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13能够通过树脂粘结在一起。
43.在本实施例，第一纤维11和第二纤维12、第三纤维13浸润的树脂为热固性树脂，例如，树脂为环氧树脂。
44.步骤s130：浸润树脂后，将第一纤维、第二纤维和第三纤维按照预定规则排布，将排布好的第一纤维、第二纤维和第三纤维共同拉挤成型。
45.参照图3、图4、图5，牵引第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13按照预定排布规则穿过第二穿纱板05后共同进入拉挤模具06，确保第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13在拉挤模具05中按照预定排列规则，以使拉挤形成的拉挤制品中的纤维按照排布规则排布成预期结构。拉挤模具05挤压第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13以挤出多余的树脂，并将第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13以及余下的树脂挤压成拉挤模具05的模腔的形状。
46.在本实施例中，第一纤维11具有第一断裂范围，第二纤维12具有第二断裂范围，第三纤维13具有第三断裂范围；第一断裂范围、第二断裂范围和第三断裂范围均不同。示例性的，第一断裂范围为350n～450n；第二断裂范围为8n～12n；第三断裂范围为3n～5n。也即，第一纤维受到50n～100n的破断力断裂，第二纤维受到8n～12n的破断力断裂，第三纤维受到3n～5n的破断力断裂。
47.本实施例中，选用三种不同的纤维作为原材料共同拉挤制成拉挤制品，三种不同种类的纤维具有不同的断裂范围，本实施例形成的复合纤维拉挤制品在需要断裂时，低断裂范围的纤维先断裂，复合纤维拉挤制品的整体强度降低，能够促进其它纤维加速断裂，以使复合纤维拉挤制品具有更低的断裂范围，断裂速度更快。
48.根据一个示例性实施例，本实施例提供了一种复合纤维拉挤方法，如图2所示，包括以下步骤：
49.步骤s210：提供第一纤维、第二纤维和第三纤维。
50.如图3示出了本实施例中复合纤维拉挤方法的生产线的示意图，如图3所示，参照图4，本实施例提供第一纤维11的卷料、第二纤维12的卷料和第三纤维13的卷料，并将卷料按照预定排列规则设置在纱架01上，纱架01在每个卷料的对应位置设置有张力调节装置02。
51.在本实施例中，第一纤维11为无捻碳纤维，碳纤维具有高模量和低断裂伸长率的特性，第一纤维11具有第一断裂范围，第一断裂范围为350n～450n；第二纤维12为玻璃纤维，第二纤维12具有第二断裂范围，第二断裂范围为8n～12n；第三纤维13为高分子纤维，高分子纤维为聚酯纤维或聚乙烯纤维，高分子纤维具有较高的断裂伸长率，第三纤维13具有第三断裂范围，第三断裂范围为3n～5n。
52.步骤s220：以第一退纱方式牵引第一纤维浸润树脂，以第二退纱方式分别牵引第二纤维、第三纤维浸润树脂。
53.第一退纱方式为由外向内退纱，第二退纱方式为由内向外退纱。由外向内退纱牵引第一纤维11浸润树脂，能够避免第一纤维11在退纱过程中加捻，确保第一纤维11的张力保持在最大，以使第一纤维11具有高模量和低断裂伸长率。由内向外退纱牵引第二纤维12、第三纤维13浸润树脂，在退纱过程中，向第二纤维12、第三纤维13加捻，降低第二纤维12和第三纤维13的张力，增加第二纤维12和第三纤维13的断裂伸长率。
54.在本实施例中，在退纱时，还通过张力调节装置02对应调节每根纤维的张力。
55.参照图3，通过张力调节装置02将第一纤维11的张力调整为300～500cn，通过张力调节装置02将第二纤维12的张力调整为5～10cn，通过张力调节装置02将第三纤维13的张力调整为3～5cn。然后，牵引第一纤维11由外向内退纱，牵引第二纤维12、第三纤维13由内向外退纱，牵引分别第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13穿过第一穿纱板03后进入浸胶槽04中浸润树脂。
56.步骤s230：将第一纤维、第二纤维和第三纤维按照预定规则排布，以浸润树脂后的第一纤维为拉挤中心，浸润树脂后的第二纤维和第三纤维环绕拉挤中心均布在拉挤中心的外周。
57.如图4、图6所示，可以以一根或多根第一纤维11为拉挤中心，环绕拉挤中心设置一圈或多圈第二纤维12和/或第三纤维13。例如，如图4所示，可以在拉挤中心的外周设置一圈第二纤维12，在第二纤维12外周设置一圈第三纤维13。再例如，如图6所示，第二纤维12和第三纤维13交替排列在拉挤中心的外周，第二纤维12和第三纤维13可以环绕拉挤中心一圈或多圈。
58.示例性的，将1～3根第一纤维11紧密排列在一起，以第一纤维11为拉挤中心在拉挤中心外周排布一圈第二纤维，一圈第二纤维包括3～6根第二纤维12，例如一圈第二纤维包括3、4、5或6根第二纤维12，然后在第二纤维12外周排布一圈第三纤维，一圈第三纤维包括4～16根第三纤维13，例如一圈第三纤维包括4、6、9、12、14或16根第三纤维13。
59.步骤s240：牵引排布好的第一纤维、第二纤维和第三纤维进入预定形状的拉挤模具中，第一纤维、第二纤维和第三纤维在拉挤模具中共同被拉挤成型。
60.参照图3，第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13按照预定规则穿过第二穿纱板05后，第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13被牵引进入拉挤模具06，拉挤模具06向第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13施加挤压力，挤出部分树脂，第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13和余下的树脂共同挤压成型，形成复合纤维拉挤制品。参照图5或图7，第一纤维11形成纤维芯层1，第二纤维12和第三纤维12被挤压形成纤维包覆层2，余下的树脂形成树脂层3。
61.参照图3，沿着拉挤方向，复合纤维拉挤制品被拉挤模具06挤压后继续行进，复合纤维拉挤制品经过加热装置07加热，加热装置07包括有三段加热区070，三段加热区070的温度依次升高，以使树脂固化将第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13粘结在一起。示例性的，沿着拉挤方向，加热装置06的三段加热区070的加热温度分别为80～87℃、87～94℃、94～100℃，每段加热区070的长度为10～15cm。三段加热区070的温度梯度升高，促进树脂与纤维内部渗透，提高树脂的渗透效率，以使第一纤维11、第二纤维12和第三纤维13和树脂的粘结效果更好。
62.本实施例的拉挤方法，将碳纤维、玻璃纤维和高分子纤维共同拉挤形成拉挤制品，碳纤维、玻璃纤维和高分子纤维的断裂范围不同，并且通过调整退纱方式将碳纤维、玻璃纤维和高分子纤维的张力调整至不同的张力范围，以使形成的复合纤维拉挤制品不仅保持碳纤维的高模量，同时具有低断裂范围，断裂速度更快。
63.根据一个示例性实施例，本实施例提供了一种复合纤维拉挤制品，如图5或图7所示，参照图4和图6，包括：纤维芯层1以及包覆在纤维芯层1的径向表面的纤维包覆层2。纤维芯层1包括第一纤维11，纤维包覆层2包括第二纤维12和第三纤维13。第一纤维11具有第一断裂范围，第二纤维12具有第二断裂范围，第三纤维13具有第三断裂范围。其中，第一断裂范围、第二断裂范围和第三断裂范围均不同。
64.如图5或图7所示，参照图4和图6，第一纤维11为无捻碳纤维，第二纤维12为玻璃纤维，第三纤维13为高分子纤维。
65.如图5或图7所示，参照图4和图6，复合纤维拉挤制品还包括树脂层3，部分树脂层3分布在纤维芯层1中，另一部分树脂层3分布在纤维包覆层2中。树脂层3将第一纤维11、第二纤维12、第三纤维13粘结在一起，以使拉挤制品结构稳固，使第二纤维12和第三纤维13均匀的分布在第一纤维11周围，使其不发生相对移动。
66.在本实施例中，以质量百分比计，复合纤维拉挤制品中树脂层3的含量为35％～45％。示例性的，复合纤维拉挤制品中树脂层3的含量为35％、38％、40％、42％、43％或45％。
67.本技术的复合纤维拉挤制品中的纤维具有不同的断裂范围，在应用时具有低破断力，在需要断裂时，能够在短时间内快速断裂。
68.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
69.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改
或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。