專利名稱：一種長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑料加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的成型設(shè)備，特別涉及一種基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料存在兩種類型的加工技術(shù)一種是先加工成長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料粒料，再經(jīng)過注射或擠出成型的二步法制備；另一種是在生產(chǎn)線上配混樹脂、添加劑、玻纖，直接成型為制品的一步法制備。長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料一步法成型的優(yōu)點(diǎn)主要有兩個1、減少了一次冷卻和加熱過程，相比傳統(tǒng)二步法成型至少減少20%能耗，生產(chǎn)的大結(jié)構(gòu)部件比長玻纖氈片熱塑性塑料(GMT)壓塑部件的成本低20% 50%，國外有報道美國GE塑料公司生產(chǎn)的商標(biāo)為Aedel的聚丙烯GMT的售價為I. 3美元/磅，而一步法長玻 纖增強(qiáng)熱塑性塑料的成本低于I美元/磅；2、制品綜合性能優(yōu)異，由于提高并保證了制品中玻纖的長度，使制品的強(qiáng)度，剛度得到改善，另外還有成型周期短，制品沒有邊角廢物，回收方便等優(yōu)點(diǎn)，國外正在逐步推廣應(yīng)用。德國的Krauss-Maffei公司和加拿大的Husky公司均開發(fā)了一步法注塑機(jī)并實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化，Krauss-Maffei公司的產(chǎn)品已經(jīng)用于制造克萊斯勒(DaimlerChrysler)汽車儀表盤的通氣道,Krauss-Maffei公司已在全球售出30多臺注塑配混機(jī)，其中約1/3被美國企業(yè)購進(jìn)，主要用于生產(chǎn)汽車配件和包裝材料。近年來，國內(nèi)外有專利報道采用玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料以提高其綜合性能，美國專利US4588538和US4640861公開了一種采用包覆法的粒料制備技術(shù)，將連續(xù)玻纖束通過擠出機(jī)的出料口被熔融的樹脂包覆，再切成顆粒，由于熱塑性塑料的熔體粘度太大，難于滲透到緊密的玻纖束的芯部，所以材料的性能難以得到顯著提高；中國發(fā)明專利201210043789. X公開了一種通過添加浸潤劑處理后的短切玻纖原絲的熱塑性塑料干混料，經(jīng)過一臺異向雙螺桿擠出機(jī)和擠出模具制得玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料型材，在玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料的制造過程中，玻纖在擠出機(jī)中與樹脂混煉時，由于螺桿和機(jī)筒之間的剪切，纖維會受到損傷。原來為6mm的纖維，成型后的長度變成O. 2 1mm。由于增強(qiáng)塑料的性能與纖維長度有關(guān)，所以纖維短時，很難用于結(jié)構(gòu)用途。為了彌補(bǔ)這一缺陷，有關(guān)廠商開發(fā)了長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料，纖維長度可達(dá)5 25_，這種材料是當(dāng)今復(fù)合材料市場中發(fā)展最快的材料之一，在過去10年中以30%的年增長率上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，用于一步法制備長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提高玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材中玻纖的長度，使玻纖束在成型過程中順利開纖，樹脂均勻滲入，從而達(dá)到改善材料綜合性能之目的，以滿足工程領(lǐng)域的需要。本發(fā)明的基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備包括以下幾部分第一階同向雙螺桿擠出機(jī)、第二階異向雙螺桿擠出機(jī)、玻纖表面處理機(jī)、衣架式模頭、三輥壓延機(jī)、定型機(jī)和切割機(jī)，熱塑性塑料、助劑、填料喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)第一階同向雙螺桿擠出機(jī)配混、預(yù)塑化后，送入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)，玻纖經(jīng)表面處理機(jī)處理后，也引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)，與樹脂均勻混合，進(jìn)一步塑化，從衣架式模頭擠出后，再經(jīng)三輥壓延機(jī)、定型機(jī)、切割機(jī)后包裝。二臺擠出機(jī)可分別調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)壓，螺桿元件采用積木式組合。本發(fā)明所述的雙階雙螺桿擠出機(jī)的第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，平均分為8 10個控溫區(qū)，螺桿直徑為20 90mm，長徑比L/D為32 52，完成以下功能熱塑性塑料與各種助劑、填料等充分混合、攪拌、預(yù)塑化、均化、送入第二階擠出機(jī)。采用具有優(yōu)異混合能力的嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)，針對熱塑性塑料熱穩(wěn)定性差，采用積木式的元件組合使其具有多變性、適應(yīng)性，剪切力的大小，塑化程度的合理性均可靈活調(diào)整，另外，同向雙螺桿有良好的自潔作用，熱塑性塑料混合料不會滯留在機(jī)筒內(nèi)時間太長而碳化。
一階擠出機(jī)送來的物料進(jìn)一步塑化、玻纖引入、剪切至合適的長度、開松、樹脂滲入、均化、建壓。玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料作用的好壞，其中最關(guān)鍵的技術(shù)問題之一是玻纖在復(fù)合材料中的長度以及分布均勻性。本發(fā)明的異向平行雙螺桿擠出機(jī)平均分為4 6個控溫區(qū)，螺桿直徑為28 95mm，L/D為8 18，長徑比較小，二根螺桿的異向旋轉(zhuǎn)使物料與料筒之間產(chǎn)生剪切、摩擦較小，減小了對玻纖的剪切損傷；機(jī)頭壓力較高為5 25MPa，物料在螺紋前移的過程中受到更強(qiáng)的壓延和拉伸作用，物料表面更新快，混合效果好，物料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)更為均勻。影響復(fù)合材料的力學(xué)性能的另一個關(guān)鍵問題是玻纖與樹脂基體的粘結(jié)性能，本發(fā)明提供了一臺玻纖表面處理機(jī)，玻纖無捻粗紗通過表面處理機(jī)頂端的偶聯(lián)劑浸潤槽，再引入表面處理機(jī)正面的2 8個熱輥加熱，熱輥溫度控制在100 125°C，停留時間為5 15min,然后以恒定溫度100 125°C由集束管引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī),此時從第一階擠出機(jī)送來的物料已塑化，熔體與纖維混合后，把纖維包起來，起到潤濕保護(hù)作用，減少了纖維的過度折斷以及纖維被螺桿、機(jī)筒的磨損，而且有利于玻纖與樹脂基體粘結(jié)性能的提高，玻纖加入量可以通過螺桿轉(zhuǎn)數(shù)計算。本發(fā)明所述的熱塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸類塑料、其它聚烯烴及其共聚物。經(jīng)試驗證明，采用該基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，得到的玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合板材中的玻纖長度分布合理，玻纖束完全開松，樹脂均勻滲透。


圖I是本發(fā)明的基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備的玻纖表面處理機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實施例I制備的長纖維增強(qiáng)熱塑性塑料板材的斷面掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。由附圖1，本發(fā)明的基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備包括以下幾部分第一階同向雙螺桿擠出機(jī)I、第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2、玻纖表面處理機(jī)3、衣架式模頭4、三輥壓延機(jī)5、定型機(jī)6和切割機(jī)7，熱塑性塑料、助劑、填料喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)1，經(jīng)第一階同向雙螺桿擠出機(jī)I配混、預(yù)塑化后，送入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2，玻纖經(jīng)表面處理機(jī)3處理后，也引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2，與樹脂均勻混合，進(jìn)一步塑化，從衣架式模頭4擠出后，再經(jīng)三輥壓延機(jī)5、定型機(jī)6、切割機(jī) 7后包裝。其中第一階同向雙螺桿擠出機(jī)1，平均分為8 10個控溫區(qū)，螺桿直徑為20 90mm，長徑比L/D為32 52 ;第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2平均分為4 6個控溫區(qū)，螺桿直徑為28 95mm，L/D為8 18，二臺擠出機(jī)可分別調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)壓，螺桿元件采用積木式組合；由附圖2，玻纖無捻粗紗通過表面處理機(jī)3頂端的偶聯(lián)劑浸潤槽31，再引入表面處理機(jī)正面的2 8個熱輥32加熱，熱輥32溫度控制在100 125°C，停留時間為5 15min，然后以恒定溫度100 125°C由集束管33引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2 ;衣架式模頭4壓力較高為5 25MPa。實施例I采用了垂直排列的雙階雙螺桿擠出機(jī)，第一階同向雙螺桿擠出機(jī)分為10個控溫區(qū)，螺桿直徑為30_，L/D為38，第二階異向平行雙螺桿擠出機(jī)分為6個控溫區(qū)，螺桿直徑為38mm，L/D為18，計量的聚丙烯、助劑喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，玻纖無拈粗紗(占熱塑性塑料質(zhì)量的10% )在表面處理機(jī)上引入偶聯(lián)劑浸潤槽，繞經(jīng)8道熱輥(100°C )停留15分鐘，然后喂入第二階雙螺桿第3區(qū)，玻纖經(jīng)剪切、開松，并與第一階同向雙螺桿擠出機(jī)送來的物料均勻混合，由第二階雙螺桿衣架式模頭擠出(機(jī)頭壓力8MPa)，再由三輥將其壓制成板材，定型、切割、裝箱。測量板材中玻纖長度及其分布。實施例2采用了垂直排列的雙階雙螺桿擠出機(jī)，第一階同向雙螺桿擠出機(jī)分為10個控溫區(qū)，螺桿直徑為30_，L/D為38，第二階異向平行雙螺桿擠出機(jī)分為6個控溫區(qū)，螺桿直徑為38mm，L/D為18，計量的聚丙烯、助劑喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，玻纖無拈粗紗(占熱塑性塑料質(zhì)量的10% )在表面處理機(jī)上引入偶聯(lián)劑浸潤槽，繞經(jīng)8道熱輥(100°C )停留15分鐘，然后喂入第二階雙螺桿第3區(qū)，玻纖經(jīng)剪切、開松，并與第一階同向雙螺桿擠出機(jī)送來的物料均勻混合，由第二階雙螺桿衣架式模頭擠出(機(jī)頭壓力16MPa)，再由三輥將其壓制成板材，定型、切割、裝箱。測量板材中玻纖長度及其分布。實施例3采用了垂直排列的雙階雙螺桿擠出機(jī)，第一階同向雙螺桿擠出機(jī)分為9個控溫區(qū)，螺桿直徑為65mm，L/D為40，第二階異向平行雙螺桿擠出機(jī)分為4個控溫區(qū)，螺桿直徑為75mm，L/D為9，計量的聚氯乙烯、助劑、活化碳酸鈣喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，玻纖無拈粗紗(占熱塑性塑料質(zhì)量的10% )在表面處理機(jī)上引入偶聯(lián)劑浸潤槽，繞經(jīng)6道熱輥(IlO0C )停留10分鐘，然后喂入第二階雙螺桿第2區(qū)，玻纖經(jīng)剪切、開松，并與第一階同向雙螺桿擠出機(jī)送來的物料均勻混合，由第二階雙螺桿衣架式模頭擠出(機(jī)頭壓力8MPa)，再由三輥將其壓制成板材，定型、切割、裝箱。測量板材中玻纖長度及其分布。實施例4采用了垂直排列的雙階雙螺桿擠出機(jī)，第一階同向雙螺桿擠出機(jī)分為9個控溫區(qū)，螺桿直徑為65mm，L/D為40，第二階異向平行雙螺桿擠出機(jī)分為4個控溫區(qū)，螺桿直徑為75mm，L/D為9，計量的聚氯乙烯、助劑、活化碳酸鈣喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，玻纖無拈粗紗(占熱塑性塑料質(zhì)量的20% )在表面處理機(jī)上引入偶聯(lián)劑浸潤槽，繞經(jīng)6道熱輥(IlO0C )停留10分鐘，然后喂入第二階雙螺桿第2區(qū)，玻纖經(jīng)剪切、開松，并與第一階同向 雙螺桿擠出機(jī)送來的物料均勻混合，由第二階雙螺桿衣架式模頭擠出(機(jī)頭壓力8MPa)，再由三輥將其壓制成板材，定型、切割、裝箱。測量板材中玻纖長度及其分布。實施例5采用了垂直排列的雙階雙螺桿擠出機(jī)，第一階同向雙螺桿擠出機(jī)分為9個控溫區(qū)，螺桿直徑為65mm，L/D為40，第二階異向平行雙螺桿擠出機(jī)分為4個控溫區(qū)，螺桿直徑為75mm，L/D為9，計量的聚氯乙烯、助劑、活化碳酸鈣喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)，玻纖無拈粗紗(占熱塑性塑料質(zhì)量的30% )在表面處理機(jī)上引入偶聯(lián)劑浸潤槽，繞經(jīng)6道熱輥(IlO0C )停留10分鐘，然后喂入第二階雙螺桿第2區(qū)，玻纖經(jīng)剪切、開松，并與第一階同向雙螺桿擠出機(jī)送來的物料均勻混合，由第二階雙螺桿衣架式模頭擠出(機(jī)頭壓力8MPa)，再由三輥將其壓制成板材，定型、切割、裝箱。測量板材中玻纖長度及其分布。測量板材中玻纖長度及其分布的試驗方法將本發(fā)明基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備制備的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材置于微波輻射爐中或馬弗爐中600°C下進(jìn)行裂解，在裂解物中將玻纖剝離出來，然后將其分散于丙酮中，隨機(jī)挑500根，置于底面涂黑的表面皿中，采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，測量其長度及其分布。測試結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，其特征在于主要由第一階同向雙螺桿擠出機(jī)(I)、第二階異向雙螺桿擠出機(jī)(2)、玻纖表面處理機(jī)(3)、衣架式模頭(4)、三輥壓延機(jī)(5)、定型機(jī)(6)和切割機(jī)(7)構(gòu)成，熱塑性塑料、助齊IJ、填料喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)(I)，配混、預(yù)塑化后，送入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)(2)，玻纖經(jīng)表面處理機(jī)(3)處理后，也引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)(2)，與樹脂均勻混合，進(jìn)一步塑化，從衣架式模頭(4)擠出后，再經(jīng)三輥壓延機(jī)(5)、定型機(jī)￠)、切割機(jī)(7)后包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，其特征在于所述的第一階同向雙螺桿擠出機(jī)(I)平均分為8 10個控溫區(qū)，螺桿直徑為20 90mm, L/D 為 32 52。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，其特征在于所述的第二階異向雙螺桿擠出機(jī)(2)平均分為4 6個控溫區(qū)，螺桿直徑為28 95_，L/D 為 8 18。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，其特征在于所述的玻纖表面處理機(jī)(3)由浸潤槽(31)、熱輥(32)和集束管(33)組成，玻纖無捻粗紗通過表面處理機(jī)(3)頂端的偶聯(lián)劑浸潤槽(31)，再引入表面處理機(jī)正面的2 8個熱輥(32)加熱，以恒定溫度由集束管(33)引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，其特征在于所述的第一階同向雙螺桿擠出機(jī)(I)和第二階異向雙螺桿擠出機(jī)(2)可分別調(diào)速、調(diào)溫、調(diào)壓，螺桿元件采用積木式組合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙階雙螺桿擠出的長玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料板材的一步法成型設(shè)備，包括以下幾部分第一階同向雙螺桿擠出機(jī)1、第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2、玻纖表面處理機(jī)3、衣架式模頭4、三輥壓延機(jī)5、定型機(jī)6和切割機(jī)7，熱塑性塑料、助劑、填料喂入第一階同向雙螺桿擠出機(jī)1，經(jīng)第一階同向雙螺桿擠出機(jī)1配混、預(yù)塑化后，送入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2，玻纖經(jīng)表面處理機(jī)3處理后，也引入第二階異向雙螺桿擠出機(jī)2，與樹脂均勻混合，進(jìn)一步塑化，從衣架式模頭4擠出后，再經(jīng)三輥壓延機(jī)5、定型機(jī)6、切割機(jī)7后包裝；采用該設(shè)備得到的玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合板材中的玻纖長度分布合理，玻纖束完全開松，樹脂均勻滲透。
文檔編號B29L7/00GK102873882SQ20121033044
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者董擎之, 張彥慶, 高楠, 陳福濤, 汪根龍, 張三喜 申請人:宣城福美達(dá)新材料有限公司, 華東理工大學(xué)