CN101269540A - 芯棒旋转式长玻纤维增强塑料管材挤出机头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安装在塑料挤出机上具有长玻纤维增强塑料圆形管材挤出装置。该装置实现把一定长度经耦连剂处理的玻璃纤维输入到已塑化的塑料熔体中，并使玻璃纤维均匀地混合到塑料熔体中，成为纤塑混合熔体，由芯棒的旋转使熔体在芯棒和口模间从沿芯棒轴线流动变成绕芯棒螺旋方向流动，直到固化。这种装置挤出的塑料管材中聚合物分子和长玻纤维沿轴线的螺旋方向取向，大大提高管材的周向强度，扩大管材的使用范围。

Description

芯棒旋转式长玻纤维增强塑料管材挤出机头

技术领域

本发明是为了提高塑料圆形管材的力学性能而设计的安装在塑料挤出成型机上的挤出机头，属于塑料成型设备部件的发明设计。

背景技术

塑料圆形管材是一种应用广泛的工程材料，在建筑、水利、环境等工程中大量使用。但是，由于一般塑料(PVC、PE、PP)管材的挤出设备和挤出工艺原因，形成现在生产和销售的管材的力学性能不能满足工程的需要，其主要特点就是管材的周向抗拉力比较弱，不能承受内部大的压力，不能应用在高层建筑的高压输液、输气管道上。其原因有二，一是结构原因，根据《材料力学》教材中应力分析内容，像管材类的薄壁容器，在内压作用下，它的周向应力是轴向应力的2倍；二是工艺原因，现在安装在塑料挤出成型机上的挤出机头，不管是直通式还是直角式，都是直接依靠挤出机头入出口的压力差把熔体挤出机头，在机头内熔体以直线剪切流动，直到冷却，造成塑料分子基本上都是沿管材轴向取向。因为分子的取向问题，管材壁就成了因方向不同而力学性能也不同的各向异性材料，根据《塑料模具手册》等资料可知，塑料板材沿分子取向的强度是垂直于分子取向强度的2到3倍。这样，从理论上计算现在使用的管材的力学性能仅是材料性能的1/4～1/6，一方面造成管材力学性能低下，另一方面又造成材料资源的浪费。为解决此问题学者和专家们研究开发了铝塑复合管材、螺旋缠绕或编织钢丝增强复合塑料管材(甘国工，专利号200410081433.0)、自增强塑料管材(申开智，专利号97107852.1)，等等。

在国内外聚合物原料市场上已有一种含玻纤的粒料，通过注射或挤出成型玻纤增强塑料产品，其力学强度有所提高，但有缺点(1)该粒料的成本比较高；(2)粒料中所含的玻纤长度有限，2～5mm以下，并且在管材挤出成型中的塑化过程阶段玻纤进一步折断，成为0.5～1mm的短玻纤维，对产品强度的贡献有限；(3)现有的管材挤出机头使纤维沿管的轴向取向，对提高管材的周向强度作用有限；(4)对含玻纤的粒料的塑化和挤出，挤出机的螺杆和机筒的磨损很快，间隙也不合适，现有的挤出机的要进行大的调整或重新购置。

发明内容

本发明的就是设计一种芯棒旋转式长玻纤维增强塑料圆形管材挤出机头，安装在现有通用的挤出机上，使用普通的聚合物颗粒，在其塑化熔融后在线加入一定长度的经耦连剂处理过的玻璃纤维(10～20mm，称长玻纤维)，并使玻纤与聚合物熔体均匀混合，然后使混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动；冷却后，熔体分子和玻璃纤维沿所挤出圆形管材的管壁螺旋取向，生产出强度更高的管材，满足工程实际的需要。

本发明旋转芯棒式长玻纤维增强塑料圆形管材挤出机头包含长玻纤维的输入装置和长玻纤维与熔体的混合与分布装置及芯棒转动装置，其中：

1、长玻纤维的输入装置：该装置由两个相切的钢辊(6)和钢辊驱动齿轮(5)组成。其中，主动辊轴与驱动齿轮轴为一体，由两个支座固定在混合腔体(9)上面，两个相切的钢辊之间的间隙，由从动钢辊两端支座内的弹簧控制。

2、长玻纤维与熔体的混合与分布装置：该装置由一钢制圆筒形混合腔体(9)与搅拌装置(3)所组成，其中混合腔体(9)一端面的中心孔与搅拌装置(3)的轴光滑接触，该端面另一孔螺纹联接塑料熔体输入口(8)，另一端面的中心孔与管材口模(10)螺纹联接，其侧壁内圆环中心线相隔120°均匀固定三根圆注销钉；搅拌装置(3)为一空心圆轴，其内壁与芯棒(2)光滑接触，一端在混合腔体外固定一齿轮与过渡齿轮(4)啮合，另一端在混合腔体内沿径向固定两组销钉，每组三根，每根间的夹角120°，两组销钉间的距离稍大于固定在混合腔体壁上销钉的直径，两组销钉间角度为60°。

3、芯棒转动装置：芯棒外径与所要挤出的塑料管材的内径尺寸相同，一端在管材成型腔中与管壁口模成型管材，其在混合腔体(9)内部分与搅拌装置(3)的内壁光滑接触，另一端与变速电机(1)固连，并销钉固定驱动齿轮。

附图说明

本发明芯棒旋转式长玻纤维增强塑料管材挤出机头的结构简图如图1所示。其中：(1)变速电机，(2)芯棒与驱动齿轮，(3)搅拌装置，(4)过渡齿轮，(5)玻纤输入驱动齿轮，(6)玻纤输入钢辊，(7)玻纤箱，(8)塑料熔体输入口，(9)混合腔体，(10)口模；图2为混合腔体(9)、搅拌装置(3)及玻纤输入钢辊(6)沿A-A截面的剖面图。

具体实施方式

本发明芯棒旋转式长玻纤维增强塑料圆形管材挤出机头的具体实施方式为，由塑料挤出机挤出的塑料熔体通过塑料熔体输入口(8)进入机头的熔体混合腔体(9)，同时在电机(1)带动过渡齿轮(4)和钢辊驱动齿轮(5)，经过耦联剂处理的无碱无捻玻璃纤维被两个相切的钢辊(6)挤入混合腔体(9)，在混合腔体(9)中由搅拌装置(3)的旋转销钉使玻纤在塑料熔体中浸润并分散到塑料熔体之中，形成纤塑熔体；在熔体压力作用下纤塑熔体被挤入口模(10)和芯棒(2)间的间隙内；由芯棒(2)的旋转带动下，熔体从外壁到内壁间的流动方向由沿芯棒轴向改变为绕芯棒螺旋向，并在口模(10)和芯棒(2)之间成型为圆形管材形状，经过冷却，最后获得塑料分子和玻璃纤维沿管壁螺旋取向的高强度管材。

本发明在实验室实施了模型试验，玻纤在熔体中的分布和取向，均达到了设计目的。

Claims (3)

1、一种芯棒旋转式长玻纤维增强塑料圆形管材挤出机头，安装在各种通用塑料挤出机上，可挤出玻璃纤维绕轴向螺旋增强的塑料管材，其特征在于：机头上安装有长玻纤维的输入装置，机头内有长玻纤维与熔体的混合与分布装置。

2、如权利要求1所述的芯棒旋转式长玻纤维增强塑料管材挤出机头，其特征在于：长玻纤维的输入装置由两个相切的钢辊和钢辊驱动齿轮组成。其中，主动辊轴与驱动齿轮轴为一体，由两个支座固定在混合腔体上面，两个相切的钢辊之间的间隙，由从动钢辊两端支座内的弹簧控制。

3、如权利要求1芯棒旋转式长玻纤维增强塑料管材挤出机头，其特征在于：长玻纤维与熔体的混合与分布装置由一钢制圆筒形混合腔体与搅拌装置所组成，其中混合腔体一端面的中心孔与搅拌装置的轴光滑接触，另一孔螺纹联接塑料熔体输入口，另一端面的中心孔与管材口模螺纹联接，其侧壁内圆环中心线相隔120°均匀固定三根圆注销钉；搅拌装置为一空心圆轴，其内壁与芯棒光滑接触，一端在混合腔体外固定一齿轮与过渡齿轮啮合，另一端在混合腔体内沿径向固定两组销钉，每组三根，每根间的夹角120°，两组间的距离稍大于固定在混合腔体壁上销钉的直径，两组间的角度为60°。

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