專利名稱：長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料的制備裝置及方法，尤其涉及一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置及方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(LFRT)成為了熱塑性塑料市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的品種，因其重量輕、價(jià)廉、易于回收重復(fù)利用，在汽車エ業(yè)中獲得較多應(yīng)用。大部分長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(LFRT)使用玻璃纖維，特殊應(yīng)用時(shí)也可將碳纖維、鋼纖維摻混入熱塑性塑料中。常用的熱塑性樹脂材料有PP、PE、PA6、PC、ABS、PBT、熱塑性聚氨酯和聚苯硫醚等。在LFRT部件中，纖維長(zhǎng)一般在5_50mm之間。長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(LFRT)產(chǎn)品的纖維質(zhì)量含量在20-50%，制備最大困難ー是如何確保所需纖維長(zhǎng)度，ニ是長(zhǎng)纖維如何均勻分散在復(fù)合材料中，三是如何保證長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料制品連續(xù)、高效生產(chǎn)。目前制備長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料(LFRT)產(chǎn)品的主要方法，先制備長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的粒料(纖維長(zhǎng)度一般5-10mm)，然后將粒料注塑或壓制成制品；中國(guó)專利公開號(hào)CN102002229A，將尼龍、液晶高分子等混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中熔融，再將長(zhǎng)纖維經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)的側(cè)加料ロ加入，經(jīng)混合擠出拉條、定長(zhǎng)切害わ制備長(zhǎng)纖維造粒。中國(guó)專利公開號(hào)CN102367003A，發(fā)明提供了一種纖維束之間不互相影響的連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的浸潰設(shè)備和方法。中國(guó)專利公開號(hào)CN102367004A，一種串聯(lián)型連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的浸潰設(shè)備及方法，采用多個(gè)長(zhǎng)纖維加入ロ分別入纖維，并且長(zhǎng)纖維加入ロ設(shè)置在側(cè)壁，從而長(zhǎng)纖維加入ロ與浸潰流道的轉(zhuǎn)角處分散纖維，使得每束纖維分別浸潰后重新聚集，提高了浸潰效果?，F(xiàn)有技術(shù)均存在長(zhǎng)纖維在樹脂中難以分散或分散不均勻的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中長(zhǎng)纖維在樹脂中難以分散或分散不均勻的難題，提供一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置及方法，利用螺桿擠出機(jī)剪切能力弱，生產(chǎn)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，解決了長(zhǎng)纖維復(fù)合材料混熔過程中容易折斷纖維的難題，提高了纖維長(zhǎng)度的同一性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材或片材的制備。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置，包括第一螺桿擠出機(jī)、薄膜機(jī)頭、纖維分布器、復(fù)合裝置、切斷裝置、第二螺桿擠出機(jī)和板材/片材機(jī)頭，第一螺桿擠出機(jī)的擠出口安裝薄膜機(jī)頭，所述的薄膜機(jī)頭的上方安裝纖維分布器，所述的纖維分布器上開設(shè)有多個(gè)穿設(shè)長(zhǎng)纖維的線槽，所述的薄膜機(jī)頭出口與第二螺桿擠出機(jī)的進(jìn)ロ之間安裝復(fù)合裝置和切斷裝置，所述的第二螺桿擠出機(jī)的擠出口安裝板材/片材機(jī)頭，板材/片材機(jī)頭出ロ安裝有用于板材/片材定型的雙棍定型裝置。
作為優(yōu)選，第一螺桿擠出機(jī)和第二螺桿擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)。作為優(yōu)選，使長(zhǎng)纖維與薄膜分布均勻，所述的纖維分布器上開設(shè)的多個(gè)線槽呈圓周方向均勻分布。所述的復(fù)合裝置具有呈上大下小的錐形筒，錐形筒上設(shè)有加熱裝置，錐形筒的底部為復(fù)合料出口，所述的復(fù)合料出口為方形。復(fù)合裝置的主要功能一是對(duì)長(zhǎng)纖維進(jìn)行加熱，防止樹脂與長(zhǎng)纖維復(fù)合時(shí)溫度下降過多；ニ是將薄膜與纖維復(fù)合后逐步擠壓成方形，便于進(jìn)入切割裝置及便于切割；三是設(shè)計(jì)長(zhǎng)纖維在外層，可使操作方便，而且防止樹脂粘結(jié)在復(fù)合裝置的內(nèi)壁，以免影響連續(xù)生產(chǎn)。一種采用上述長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置進(jìn)行生產(chǎn)的方法，具有如下步驟
①將熱塑性樹脂加入第一螺桿擠出機(jī)，按樹脂的エ藝要求設(shè)定エ藝條件，使樹脂充分熔融，并被第一螺桿擠出機(jī)擠出進(jìn)入薄膜機(jī)頭擠出薄膜；②纖維分布器(3)上的線槽中穿設(shè)1-10根長(zhǎng)纖維(31)，通過纖維分布器(3)向復(fù)合裝置(4)中放線；③將薄膜機(jī)頭擠出的薄膜與纖維分布器分布的長(zhǎng)纖維在復(fù)合裝置中復(fù)合得到長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料；④經(jīng)經(jīng)復(fù)合裝置(4)中復(fù)合好的長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)切斷裝置(5)切斷，獲得長(zhǎng)度為5-50mm的纖維。⑤將經(jīng)過步驟④切斷的長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)第二螺桿擠出機(jī)進(jìn)ー步熔化并混合擠出，輸送至板材/片材機(jī)頭；⑥長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)板材/片材機(jī)頭擠出成型獲得所需的板材/片材尺寸；⑦長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料的板材/片材經(jīng)雙棍定型裝置尺寸定型，即獲得長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料板材/片材產(chǎn)品。進(jìn)ー步的，優(yōu)選熱塑性樹脂材料，步驟①中的熱塑性樹脂選用聚丙烯、聚こ烯、聚酰胺玻璃纖維、聚烯烴弾性體、聚碳酸酷、ABS樹脂、聚對(duì)苯ニ甲酸丁ニ醇酷、聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯和聚苯硫醚中的ー種。進(jìn)ー步的，優(yōu)選長(zhǎng)纖維材料，步驟②中的長(zhǎng)纖維選用玻璃纖維、碳纖維、聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯纖維、超高分子量聚こ烯纖維和芳綸纖維中的ー種或ニ種以上。作為優(yōu)選，所述的長(zhǎng)纖維以每股3飛根單線的形式進(jìn)入纖維分布器。步驟③中復(fù)合裝置進(jìn)行復(fù)合時(shí)長(zhǎng)纖維緊貼復(fù)合裝置的內(nèi)壁，薄膜位于圓周形分布的長(zhǎng)纖維內(nèi)側(cè)。使長(zhǎng)纖維在外層，可使操作方便，而且防止樹脂粘結(jié)復(fù)合裝置的內(nèi)壁，以免影響連續(xù)生產(chǎn)。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置及方法利用螺桿擠出機(jī)剪切能力弱，生產(chǎn)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，解決了長(zhǎng)纖維復(fù)合材料在混熔過程中容易折斷纖維的難題，提高了纖維長(zhǎng)度的同一性。薄膜機(jī)頭的膜管直徑與薄膜厚度、纖維分布器的線槽數(shù)均可依據(jù)長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料中的纖維含量和單根纖維質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)，復(fù)合材料中纖維質(zhì)量含量可以設(shè)計(jì)在10-50%范圍內(nèi)。具有如下特征ー是長(zhǎng)纖維能均勻分散到復(fù)合材料中，而且長(zhǎng)纖維的質(zhì)量含量可在10-50%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)；ニ是能確保長(zhǎng)纖維在復(fù)合材料中的纖維長(zhǎng)度，可以按要求設(shè)計(jì)和生產(chǎn)；三是可以連續(xù)、高效生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材或片材，不用先造粒、后生廣制品エ藝。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說明。圖I是本發(fā)明的一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置的最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的所述的復(fù)合裝置的放大內(nèi)部示意圖。圖中1.第一螺桿擠出機(jī)，2.薄膜機(jī)頭，3.纖維分布器，31.長(zhǎng)纖維，4.復(fù)合裝置，5.切斷裝置，6.第二螺桿擠出機(jī)，7.板材/片材機(jī)頭，8.雙棍定型裝置，9.板材/片材， 10.薄膜。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖I圖2所示，本發(fā)明的一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置的最佳實(shí)施例，包括第一螺桿擠出機(jī)I、薄膜機(jī)頭2、纖維分布器3、復(fù)合裝置4、切斷裝置5、第二螺桿擠出機(jī)6和板材/片材機(jī)頭7，第一螺桿擠出機(jī)I的擠出口安裝薄膜機(jī)頭2，薄膜機(jī)頭2的上方安裝纖維分布器3，纖維分布器3上開設(shè)有多個(gè)穿設(shè)長(zhǎng)纖維31的線槽，薄膜機(jī)頭2出口與第二螺桿擠出機(jī)6的進(jìn)ロ之間安裝復(fù)合裝置4和切斷裝置5，第二螺桿擠出機(jī)6的擠出ロ安裝板材/片材機(jī)頭7，板材/片材機(jī)頭7出ロ安裝有用于板材/片材9定型的雙棍定型裝置8。第一螺桿擠出機(jī)I和第二螺桿擠出機(jī)6為單螺桿擠出機(jī)。纖維分布器3上開設(shè)的多個(gè)線槽呈圓周方向均勻分布。復(fù)合裝置4具有呈上大下小的錐形筒，錐形筒上設(shè)有加熱裝置，錐形筒的底部為復(fù)合料出口，所述的復(fù)合料出口為方形。復(fù)合裝置4用于使薄膜機(jī)頭2擠出的薄膜10和纖維分布器3分布的長(zhǎng)纖維31進(jìn)行復(fù)合，切斷裝置5使復(fù)合料定長(zhǎng)切斷的。一種采用上述長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置進(jìn)行生產(chǎn)的方法，具有如下步驟①將熱塑性樹脂加入第一螺桿擠出機(jī)1，按樹脂的エ藝要求設(shè)定エ藝條件，使樹脂充分熔融，并被第一螺桿擠出機(jī)I擠出進(jìn)入薄膜機(jī)頭2擠出薄膜10 ；②纖維分布器(3)上的線槽中穿設(shè)1-10根長(zhǎng)纖維(31)，通過纖維分布器(3)向復(fù)合裝置(4)中放線；③將薄膜機(jī)頭2擠出的薄膜10與纖維分布器3分布的長(zhǎng)纖維31在復(fù)合裝置4中復(fù)合得到長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料；④經(jīng)復(fù)合裝置(4)中復(fù)合好的長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)切斷裝置(5)切斷，獲得長(zhǎng)度為5-50mm的纖維；⑤將經(jīng)過步驟④切斷的長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)第二螺桿擠出機(jī)6進(jìn)ー步熔化并混合擠出，輸送至板材/片材機(jī)頭7 ；
⑥長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)板材/片材機(jī)頭7擠出成型獲得所需的板材/片材9尺寸；⑦長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料的板材/片材9經(jīng)雙棍定型裝置8尺寸定型，即獲得長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料板材/片材9產(chǎn)品。步驟①中的熱塑性樹脂選用聚丙烯(PP)、聚こ烯(PE)、聚酰胺玻璃纖維(PA6)、聚烯烴弾性體(Ρ0Ε)、聚碳酸酯(PC)、ABS樹脂、聚對(duì)苯ニ甲酸丁ニ醇酯(PBT)、聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)和聚苯硫醚中的ー種。步驟②中的長(zhǎng)纖維31選用玻璃纖維、碳纖維、聚對(duì)苯ニ甲酸こニ醇酯纖維、超高分子量聚こ烯纖維和芳綸纖維中的ー種或ニ種以上。作為優(yōu)選，長(zhǎng)纖維31以每股3飛根單線的形式進(jìn)入纖維分布器3。
步驟③中復(fù)合裝置4進(jìn)行復(fù)合時(shí)長(zhǎng)纖維31緊貼復(fù)合裝置4的內(nèi)壁，薄膜10位于圓周形分布的長(zhǎng)纖維31內(nèi)側(cè)。使長(zhǎng)纖維31在外層，可使操作方便，而且防止樹脂粘結(jié)復(fù)合裝置的內(nèi)壁，以免影響連續(xù)生產(chǎn)以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多祥的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置，其特征是包括第一螺桿擠出機(jī)(I)、薄膜機(jī)頭(2)、纖維分布器(3)、復(fù)合裝置(4)、切斷裝置(5)、第二螺桿擠出機(jī)(6)和板材/片材機(jī)頭(7)，第一螺桿擠出機(jī)(I)的擠出口安裝薄膜機(jī)頭(2)，所述的薄膜機(jī)頭(2)的上方安裝纖維分布器(3)，所述的纖維分布器(3)上開設(shè)有多個(gè)穿設(shè)長(zhǎng)纖維(31)的線槽，所述的薄膜機(jī)頭(2)出口與第二螺桿擠出機(jī)(6)的進(jìn)口之間安裝復(fù)合裝置(4)和切斷裝置(5)，所述的第二螺桿擠出機(jī)(6)的擠出口安裝板材/片材機(jī)頭(7)，板材/片材機(jī)頭(7 )出口安裝有用于板材/片材(9 )定型的雙棍定型裝置(8 )。
2.如權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置，其特征是第一螺桿擠出機(jī)(I)和第二螺桿擠出機(jī)(6)為單螺桿擠出機(jī)。
3.如權(quán)利要求I所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置，其特征是所述的纖維分布器(3)上開設(shè)的多個(gè)線槽呈圓周方向均勻分布。
4.如權(quán)利要求I或2所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置，其特征是所述的復(fù)合裝置(4)具有呈上大下小的錐形筒，錐形筒上設(shè)有加熱裝置，錐形筒的底部為復(fù)合料出口，所述的復(fù)合料出口為方形。
5.一種采用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置進(jìn)行生產(chǎn)的方法，其特征是具有如下步驟 ①將熱塑性樹脂加入第一螺桿擠出機(jī)(I)，按樹脂的工藝要求設(shè)定工藝條件，使樹脂充分熔融，并被第一螺桿擠出機(jī)(I)擠出進(jìn)入薄膜機(jī)頭(2)擠出薄膜(10)； ②纖維分布器(3)上的線槽中穿設(shè)1-10根長(zhǎng)纖維(31)，通過纖維分布器(3)向復(fù)合裝置(4)中放線； ③將薄膜機(jī)頭(2)擠出的薄膜(10)與纖維分布器(3)分布的長(zhǎng)纖維(31)在復(fù)合裝置(4)中復(fù)合得到長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料； ④經(jīng)復(fù)合裝置(4)中復(fù)合好的長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)切斷裝置(5)切斷，獲得長(zhǎng)度為5-50mm的纖維； ⑤將經(jīng)過步驟④切斷的長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)第二螺桿擠出機(jī)(6)進(jìn)一步熔化并混合擠出，輸送至板材/片材機(jī)頭(7); ⑥長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料經(jīng)板材/片材機(jī)頭(7)擠出成型獲得所需的板材/片材(9)尺寸； ⑦長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料的板材/片材(9)經(jīng)雙棍定型裝置(8)尺寸定型，即獲得長(zhǎng)纖維熱塑性樹脂復(fù)合材料板材/片材(9)產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備方法，其特征是步驟①中的熱塑性樹脂選用聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺玻璃纖維、聚烯烴彈性體、聚碳酸酯、ABS樹脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚中的一種。
7.如權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備方法，其特征是步驟②中的長(zhǎng)纖維(31)選用玻璃纖維、碳纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維中的一種或二種以上。
8.如權(quán)利要求5或7所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備方法，其特征是所述的長(zhǎng)纖維(31)以每股3飛根單線的形式進(jìn)入纖維分布器(3)。
9.如權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備方法，其特征是步驟③中復(fù)合裝 置4進(jìn)行復(fù)合時(shí)長(zhǎng)纖維(31)緊貼復(fù)合裝置4的內(nèi)壁，薄膜(10)位于圓周形分布的長(zhǎng)纖維(31)內(nèi)側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材/片材的制備裝置，包括第一螺桿擠出機(jī)、薄膜機(jī)頭、纖維分布器、復(fù)合裝置、切斷裝置、第二螺桿擠出機(jī)和板材/片材機(jī)頭，第一螺桿擠出機(jī)的擠出口安裝薄膜機(jī)頭，所述的薄膜機(jī)頭的上方安裝纖維分布器，所述的纖維分布器上開設(shè)有多個(gè)穿設(shè)長(zhǎng)纖維的線槽，所述的薄膜機(jī)頭出口與第二螺桿擠出機(jī)的進(jìn)口之間安裝復(fù)合裝置和切斷裝置，所述的第二螺桿擠出機(jī)的擠出口安裝板材/片材機(jī)頭，板材/片材機(jī)頭出口安裝有用于板材/片材定型的雙棍定型裝置。本發(fā)明利用螺桿擠出機(jī)剪切能力弱，生產(chǎn)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，提高了纖維長(zhǎng)度的同一性，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合板材或片材的制備。
文檔編號(hào)B29C47/00GK102729450SQ201210250139
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者陶國(guó)良 申請(qǐng)人:常州大學(xué)