CN102336026B - 纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型工艺 - Google Patents
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Abstract
一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型工艺，属于热塑性复合材料生产加工技术领域。该拉挤工艺将玻璃纤维纱、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等通过集束编织装置形成纤维预浸料。集束编织好的纤维预浸料在铺放熔融树脂的恒温不锈钢带上，经压料钢带辊压浸润后形成复合坯料。复合坯料依次通过预成型模具、成型模具，经冷却装置冷却后形成连续成品型材，最后经过切割装置剪裁成需要长度的成品型材；本发明所指原料组分为：聚酯树脂、玻璃纤维、硅烷型偶联剂颗粒、双马酰亚胺、紫外线吸收剂、抗氧化剂、填料，其成型工艺步骤包括：底层树脂熔融铺放、纤维预浸料制备、顶层树脂铺放、压力润浸、坯料修整及温度调节、预成型、成型、冷却定型、成品剪裁；通过切割装置剪裁形成所需长度尺寸的成品型材。
Description
技术领域
本发明属于热塑性复合材料生产加工技术领域，具体涉及一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型新技术。
背景技术
目前直接在线生产纤维增强热塑性复合材料主要采用直接模压及直接注塑工艺。直接模压法及直接注塑法工艺过程类似，玻璃纤维的切断、分散以及玻纤与聚合物的复合均是在螺杆挤出机内进行，由此带来的问题是：玻纤的长度受到螺杆螺距的限制，一般只能达到20mm~25mm左右。由于螺杆对玻纤的磨损，导致制品的性能降低。螺杆结构相对固定，对于产品各种不同的性能需求，需要更换不同的螺杆元件。玻璃纤维对螺杆元件的磨损严重，每生产一定数量的产品，就需要对磨损的螺杆元件进行更换，生产成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型工艺，以解决现有技术直接模压法的缺点在于无法生产管、棒、异型材等形状型材，直接注塑法由于工艺限制，生产出的管、棒、异型材等型材内增强纤维长度极短，力学性能较低等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是采用独立的玻璃纤维切断装置及独立的恒温不锈钢带复合装置。将玻璃纤维纱、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等通过集束编织装置形成纤维预浸料。集束编织好的纤维预浸料在铺放熔融树脂的恒温不锈钢带上，经压料钢带辊压浸润后形成复合坯料。复合坯料依次通过预成型模具、成型模具，经冷却装置冷却后形成连续成品型材，最后经过切割装置剪裁成需要长度的成品型材。
本发明所指原料组分配比为：聚酯树脂50～65％、玻璃纤维28～35%、硅烷型偶联剂颗粒0.5～2.0%、双马酰亚胺0.5％～1％、紫外线吸收剂0～0.1%、抗氧化剂1～4%、填料5～8％，其成型工艺包括：
1、底层树脂熔融铺放：将干燥好的树脂、添加剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、填料等按比例混合后放入树脂预混装置中进行熔融预混。混合好的熔融料液经口模平铺到恒温不锈钢带上，并保持恒温不锈钢带温度在200℃～220℃范围内，使树脂料液保持在熔融状态，以便纤维预浸料的浸渍。
2、纤维预浸料制备：玻璃纤维纱、布、毡经过处理后，通过集束编织装置编织铺放成纤维预浸料。根据制备的型材所需的力学性能要求，通过集束编织装置对纤维的铺放、纤维层厚度、纤维含量进行调整；制作好的纤维预浸料铺放在恒温不锈钢带的熔融树脂上。
3、顶层树脂铺放：在铺好的纤维预浸料上方再铺放一层熔融树脂，形成熔融树脂——纤维——熔融树脂铺层。根据产品性能需求选择铺放层数及纤维铺放形式、长度。
4、压力润浸：铺放好的熔融树脂——纤维——熔融树脂铺层在恒温不锈钢带中，经压料钢带辊压浸润后形成坯料。
5、坯料修整及温度调节：制作好的坯料通过辅助牵引／预压／修整装置，经温度探测进行温度检测后，由温度调节装置对坯料进行温度调节，保持坯料温度在180℃～200℃范围内。
6、预成型：将坯料依次通过一组或多组预成型模具，使坯料逐步与成品具有相似形状。
7、成型：经过预成型的坯料经成型模具后制得成品型材。根据所需型材的不同，更换不同形状的成型模具，以制备具有固定截面的型材，如Ｌ型、圆型、工字型等型材。
8、冷却定型：温度探测器对成型后的型材进行温度检测，并控制冷却装置对成型后的型材进行冷却定型。
9、成品剪裁：冷却后的型材经过牵引／切边／修整装置的修整后，通过切割装置剪裁形成所需长度尺寸的成品型材。
本发明的积极效果是产品可以根据制品的不同需要，自行确定原材料及配比，配料自由度高；可根据产品使用要求不同，采用连续纤维纱、纤维布、纤维毡或长纤维，并可对纤维铺放进行设计调节，使最终制品具有极优良的力学性能和外观；原材料的有效利用率高，基本上无边角废料，更容易实现回收废料的再利用。可简单直接制备具有固定截面形状的型材。尤其对于采用拉挤工艺不宜生产的具有较宽截面的产品，如板材类产品更具有明显的优势。
具体实施方式
以生产1000kg玻璃纤维增强聚丙烯树脂平面板材为例，其原料组分配比为：聚丙烯树脂60％、玻璃纤维30%、硅烷型偶联剂颗粒2%、双马酰亚胺0.8％、紫外线吸收剂0.1%、抗氧化剂1％、填料8%；具体工艺包括：
1、树脂料熔融预混：首先按上述配比将经过干燥的聚丙烯树脂600kg、硅烷型偶联剂颗粒20kg、双马酰亚胺8kg、紫外线吸收剂1kg、抗氧化剂10kg、填料80kg按照一定比例混合后放入树脂预混装置中进行熔融预混。混合好的熔融料液经口模平铺到恒温不锈钢带上，并保持恒温不锈钢带温度在210±5℃左右，使树脂料液保持在熔融状态，以便纤维预制板的浸渍。
恒温不锈钢带温度根据所选用的树脂材料不同而做相应改变，既需使树脂混合料保持在熔融状态，还需保证温度不能过高而使树脂老化，影响成品性能。
2、纤维预浸板制备：将预处理过的玻璃纤维纱、玻璃纤维布、玻璃纤维毡共300kg，通过集束编织装置按预设计要求编织铺放成连续纤维预浸料。根据制备的板材所需的力学性能要求，通过集束编织装置对纤维的铺放形式、纤维层厚度、纤维含量进行调整。
3、顶层树脂铺放：在铺好的纤维预浸料上方再铺放一层熔融树脂，形成熔融聚丙烯树脂——玻璃纤维预浸料——熔融聚丙烯树脂铺层。根据产品性能需求选择树脂及玻璃纤维铺放层数。
4、压力浸润：：铺放好的熔融树脂——纤维——熔融树脂铺层在恒温不锈钢带中，经压料钢带辊压浸润后形成坯料。
5、坯料修整及温度调节：制作好的坯料通过辅助牵引／预压／修整装置，牵引速度为1m／min。牵引速度根据聚酯树脂种类、玻璃纤维预浸板厚度、玻璃纤维排布密度等条件进行调节设定。坯料通过温度探测装置进行温度检测后，由温度调节装置对坯料进行温度调节，保持坯料温度在190±5℃左右。
6、预成型：将坯料依次通过一组或多组预成型模具，使坯料逐步与成品具有相似形状。
7、成型：经过预成型的坯料经成型模具后制得成品型材。根据所需型材的不同，更换不同形状的成型模具。
8、冷却定型：温度探测器对成品型材进行温度检测，并控制冷却装置对成品型板材进行降温冷却，当型材完全冷却后成品定型。冷却时，需根据树脂种类、板材厚度、成品收缩率等条件确定冷却速率，以免影响成品外观、尺寸。
9、成品剪裁：冷却后的型材在切割装置的剪裁下形成所需长度尺寸的成品型材。
Claims (1)
1.一种纤维增强热塑性复合材料直接在线拉挤成型工艺，其特征是将玻璃纤维纱、玻璃纤维布、玻璃纤维毡通过集束编织装置形成纤维预浸料；集束编织好的纤维预浸料在铺放熔融树脂的恒温不锈钢带上，经压料钢带辊压浸润后形成复合坯料；复合坯料依次通过预成型模具、成型模具，经冷却装置冷却后形成连续成品型材，最后经过切割装置剪裁成需要长度的成品型材；纤维增强热塑性复合材料原料组分配比为：聚酯树脂50-65％、玻璃纤维28-35%、硅烷型偶联剂颗粒0.5-2.0%、双马酰亚胺0.5％-1％、紫外线吸收剂0-0.1%、抗氧化剂1-4%、填料5-8％，其成型工艺步骤如下：
（1）底层树脂熔融铺放：将干燥好的树脂、添加剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、填料按比例混合后放入树脂预混装置中进行熔融预混；
混合好的熔融料液经口模平铺到恒温不锈钢带上，并保持恒温不锈钢带温度在200℃-220℃范围内，使树脂料液保持在熔融状态，以便纤维预浸料的浸渍；
（2）纤维预浸料制备：玻璃纤维纱、布、毡经过处理后，通过集束编织装置编织铺放成纤维预浸料，根据制备的型材所需的力学性能要求，通过集束编织装置对纤维的铺放、纤维层厚度、纤维含量进行调整；制作好的纤维预浸料铺放在恒温不锈钢带的熔融树脂上；
（3）顶层树脂铺放：在铺好的纤维预浸料上方再铺放一层熔融树脂，形成熔融树脂——纤维——熔融树脂铺层，根据产品性能需求选择铺放层数及纤维铺放形式、长度；
（4）压力润浸：铺放好的熔融树脂——纤维——熔融树脂铺层在恒温不锈钢带中，经压料钢带辊压浸润后形成坯料；
（5）坯料修整及温度调节：制作好的坯料通过辅助牵引/预压/修整装置，经温度探测进行温度检测后，由温度调节装置对坯料进行温度调节，保持坯料温度在180℃-200℃范围内；
（6）预成型：将坯料依次通过一组或多组预成型模具，使坯料逐步与成品具有相似形状；
（7）成型：经过预成型的坯料经成型模具后制得成品型材，根据所需型材的不同，更换不同形状的成型模具，以制备具有固定截面的型材；
（8）冷却定型：温度探测器对成型后的型材进行温度检测，并控制冷却装置对成型后的型材进行冷却定型；
（9）成品剪裁：冷却后的型材经过牵引/切边/修整装置的修整后，通过切割装置剪裁形成所需长度尺寸的成品型材。
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