CN102729450B - 长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置，包括第一螺杆挤出机、薄膜机头、纤维分布器、复合装置、切断装置、第二螺杆挤出机和板材/片材机头，第一螺杆挤出机的挤出口安装薄膜机头，所述的薄膜机头的上方安装纤维分布器，所述的纤维分布器上开设有多个穿设长纤维的线槽，所述的薄膜机头出口与第二螺杆挤出机的进口之间安装复合装置和切断装置，所述的第二螺杆挤出机的挤出口安装板材/片材机头，板材/片材机头出口安装有用于板材/片材定型的双棍定型装置。本发明利用螺杆挤出机剪切能力弱，生产稳定性好的特点，提高了纤维长度的同一性，实现连续生产长纤维增强热塑性树脂复合板材或片材的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种长纤维增强热塑性树脂复合材料的制备装置及方法，尤其涉及一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置及方法。
背景技术
长纤维增强热塑性塑料(LFRT)成为了热塑性塑料市场增长最快的品种，因其重量轻、价廉、易于回收重复利用，在汽车工业中获得较多应用。大部分长纤维增强热塑性塑料(LFRT)使用玻璃纤维，特殊应用时也可将碳纤维、钢纤维掺混入热塑性塑料中。常用的热塑性树脂材料有PP、PE、PA6、PC、ABS、PBT、热塑性聚氨酯和聚苯硫醚等。在LFRT部件中，纤维长一般在5-50mm之间。
长纤维增强热塑性塑料(LFRT)产品的纤维质量含量在20-50%，制备最大困难一是如何确保所需纤维长度，二是长纤维如何均匀分散在复合材料中，三是如何保证长纤维增强热塑性树脂复合材料制品连续、高效生产。目前制备长纤维增强热塑性塑料(LFRT)产品的主要方法，先制备长纤维增强热塑性塑料的粒料（纤维长度一般5-10mm），然后将粒料注塑或压制成制品；中国专利公开号CN102002229A，将尼龙、液晶高分子等混合料加入双螺杆挤出机中熔融，再将长纤维经双螺杆挤出机的侧加料口加入，经混合挤出拉条、定长切割，制备长纤维造粒。中国专利公开号CN102367003A，发明提供了一种纤维束之间不互相影响的连续长纤维增强热塑性塑料的浸渍设备和方法。中国专利公开号CN102367004A，一种串联型连续长纤维增强热塑性塑料的浸渍设备及方法，采用多个长纤维加入口分别入纤维，并且长纤维加入口设置在侧壁，从而长纤维加入口与浸渍流道的转角处分散纤维，使得每束纤维分别浸渍后重新聚集，提高了浸渍效果。现有技术均存在长纤维在树脂中难以分散或分散不均匀的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中长纤维在树脂中难以分散或分散不均匀的难题，提供一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置及方法，利用螺杆挤出机剪切能力弱，生产稳定性好的特点，解决了长纤维复合材料混熔过程中容易折断纤维的难题，提高了纤维长度的同一性，实现连续生产长纤维增强热塑性树脂复合板材或片材的制备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置，包括第一螺杆挤出机、薄膜机头、纤维分布器、复合装置、切断装置、第二螺杆挤出机和板材/片材机头，第一螺杆挤出机的挤出口安装薄膜机头，所述的薄膜机头的上方安装纤维分布器，所述的纤维分布器上开设有多个穿设长纤维的线槽，所述的薄膜机头出口与第二螺杆挤出机的进口之间安装复合装置和切断装置，所述的第二螺杆挤出机的挤出口安装板材/片材机头，板材/片材机头出口安装有用于板材/片材定型的双棍定型装置。
作为优选，第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机为单螺杆挤出机。
作为优选，使长纤维与薄膜分布均匀，所述的纤维分布器上开设的多个线槽呈圆周方向均匀分布。
所述的复合装置具有呈上大下小的锥形筒，锥形筒上设有加热装置，锥形筒的底部为复合料出口，所述的复合料出口为方形。复合装置的主要功能：一是对长纤维进行加热，防止树脂与长纤维复合时温度下降过多；二是将薄膜与纤维复合后逐步挤压成方形，便于进入切割装置及便于切割；三是设计长纤维在外层，可使操作方便，而且防止树脂粘结在复合装置的内壁，以免影响连续生产。
一种采用上述长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置进行生产的方法，具有如下步骤：
①将热塑性树脂加入第一螺杆挤出机，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，并被第一螺杆挤出机挤出进入薄膜机头挤出薄膜；
②纤维分布器（3）上的线槽中穿设1-10根长纤维（31），通过纤维分布器（3）向复合装置（4）中放线；
③将薄膜机头挤出的薄膜与纤维分布器分布的长纤维在复合装置中复合得到长纤维热塑性树脂复合材料；
④经经复合装置（4）中复合好的长纤维热塑性树脂复合材料经切断装置（5）切断，获得长度为5-50mm的纤维。
⑤将经过步骤④切断的长纤维热塑性树脂复合材料经第二螺杆挤出机进一步熔化并混合挤出，输送至板材/片材机头；
⑥长纤维热塑性树脂复合材料经板材/片材机头挤出成型获得所需的板材/片材尺寸；
⑦长纤维热塑性树脂复合材料的板材/片材经双棍定型装置尺寸定型，即获得长纤维热塑性树脂复合材料板材/片材产品。
进一步的，优选热塑性树脂材料，步骤①中的热塑性树脂选用聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺玻璃纤维、聚烯烃弹性体、聚碳酸酯、ABS树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚中的一种。
进一步的，优选长纤维材料，步骤②中的长纤维选用玻璃纤维、碳纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维中的一种或二种以上。
作为优选，所述的长纤维以每股3~5根单线的形式进入纤维分布器。
步骤③中复合装置进行复合时长纤维紧贴复合装置的内壁，薄膜位于圆周形分布的长纤维内侧。使长纤维在外层，可使操作方便，而且防止树脂粘结复合装置的内壁，以免影响连续生产。
本发明的有益效果是，本发明的一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置及方法利用螺杆挤出机剪切能力弱，生产稳定性好的特点，解决了长纤维复合材料在混熔过程中容易折断纤维的难题，提高了纤维长度的同一性。薄膜机头的膜管直径与薄膜厚度、纤维分布器的线槽数均可依据长纤维热塑性树脂复合材料中的纤维含量和单根纤维质量来设计，复合材料中纤维质量含量可以设计在10-50%范围内。
具有如下特征：一是长纤维能均匀分散到复合材料中，而且长纤维的质量含量可在10-50%范围内任意调节；二是能确保长纤维在复合材料中的纤维长度，可以按要求设计和生产；三是可以连续、高效生产长纤维增强热塑性树脂复合板材或片材，不用先造粒、后生产制品工艺。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置的最佳实施例的结构示意图；
图2是本发明的所述的复合装置的放大内部示意图。
图中：1.第一螺杆挤出机，2.薄膜机头，3.纤维分布器，31.长纤维，4.复合装置，5.切断装置，6.第二螺杆挤出机，7.板材/片材机头，8.双棍定型装置，9.板材/片材，10.薄膜。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1图2所示，本发明的一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置的最佳实施例，包括第一螺杆挤出机1、薄膜机头2、纤维分布器3、复合装置4、切断装置5、第二螺杆挤出机6和板材/片材机头7，第一螺杆挤出机1的挤出口安装薄膜机头2，薄膜机头2的上方安装纤维分布器3，纤维分布器3上开设有多个穿设长纤维31的线槽，薄膜机头2出口与第二螺杆挤出机6的进口之间安装复合装置4和切断装置5，第二螺杆挤出机6的挤出口安装板材/片材机头7，板材/片材机头7出口安装有用于板材/片材9定型的双棍定型装置8。第一螺杆挤出机1和第二螺杆挤出机6为单螺杆挤出机。纤维分布器3上开设的多个线槽呈圆周方向均匀分布。复合装置4具有呈上大下小的锥形筒，锥形筒上设有加热装置，锥形筒的底部为复合料出口，所述的复合料出口为方形。
复合装置4用于使薄膜机头2挤出的薄膜10和纤维分布器3分布的长纤维31进行复合，切断装置5使复合料定长切断的。
一种采用上述长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置进行生产的方法，具有如下步骤：
①将热塑性树脂加入第一螺杆挤出机1，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，并被第一螺杆挤出机1挤出进入薄膜机头2挤出薄膜10；
②纤维分布器（3）上的线槽中穿设1-10根长纤维（31），通过纤维分布器（3）向复合装置（4）中放线；
③将薄膜机头2挤出的薄膜10与纤维分布器3分布的长纤维31在复合装置4中复合得到长纤维热塑性树脂复合材料；
④经复合装置（4）中复合好的长纤维热塑性树脂复合材料经切断装置（5）切断，获得长度为5-50mm的纤维；
⑤将经过步骤④切断的长纤维热塑性树脂复合材料经第二螺杆挤出机6进一步熔化并混合挤出，输送至板材/片材机头7；
⑥长纤维热塑性树脂复合材料经板材/片材机头7挤出成型获得所需的板材/片材9尺寸；
⑦长纤维热塑性树脂复合材料的板材/片材9经双棍定型装置8尺寸定型，即获得长纤维热塑性树脂复合材料板材/片材9产品。
步骤①中的热塑性树脂选用聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚酰胺玻璃纤维（PA6）、聚烯烃弹性体（POE）、聚碳酸酯（PC）、ABS树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯硫醚中的一种。
步骤②中的长纤维31选用玻璃纤维、碳纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维中的一种或二种以上。
作为优选，长纤维31以每股3~5根单线的形式进入纤维分布器3。
步骤③中复合装置4进行复合时长纤维31紧贴复合装置4的内壁，薄膜10位于圆周形分布的长纤维31内侧。使长纤维31在外层，可使操作方便，而且防止树脂粘结复合装置的内壁，以免影响连续生产
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置，其特征是：包括第一螺杆挤出机(1)、薄膜机头(2)、纤维分布器(3)、复合装置(4)、切断装置(5)、第二螺杆挤出机(6)和板材/片材机头(7)，第一螺杆挤出机(1)的挤出口安装薄膜机头(2)，所述的薄膜机头(2)的上方安装纤维分布器(3)，所述的纤维分布器(3)上开设有多个穿设长纤维(31)的线槽，所述的纤维分布器(3)上开设的多个线槽呈圆周方向均匀分布，且所述的多个穿设长纤维的线槽的分布位置为，设计长纤维在外层；所述的薄膜机头(2)出口与第二螺杆挤出机(6)的进口之间安装复合装置(4)和切断装置(5)，所述的第二螺杆挤出机(6)的挤出口安装板材/片材机头(7)，板材/片材机头(7)出口安装有用于板材/片材(9)定型的双棍定型装置(8)。
2.如权利要求1所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置，其特征是：第一螺杆挤出机(1)和第二螺杆挤出机(6)为单螺杆挤出机。
3.如权利要求1或2所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置，其特征是：所述的复合装置(4)具有呈上大下小的锥形筒，锥形筒上设有加热装置，锥形筒的底部为复合料出口，所述的复合料出口为方形。
4.一种采用权利要求1所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备装置进行生产的方法，其特征是具有如下步骤：
①将热塑性树脂加入第一螺杆挤出机(1)，按树脂的工艺要求设定工艺条件，使树脂充分熔融，并被第一螺杆挤出机(1)挤出进入薄膜机头(2)挤出薄膜(10)；
②纤维分布器(3)上的线槽中穿设1-10根长纤维(31)，通过纤维分布器(3)向复合装置(4)中放线；
③将薄膜机头(2)挤出的薄膜(10)与纤维分布器(3)分布的长纤维(31)在复合装置(4)中复合得到长纤维热塑性树脂复合材料；
④经复合装置(4)中复合好的长纤维热塑性树脂复合材料经切断装置(5)切断，获得长度为5-50mm的纤维；
⑤将经过步骤④切断的长纤维热塑性树脂复合材料经第二螺杆挤出机(6)进一步熔化并混合挤出，输送至板材/片材机头(7)；
⑥长纤维热塑性树脂复合材料经板材/片材机头(7)挤出成型获得所需的板材/片材(9)尺寸；
⑦长纤维热塑性树脂复合材料的板材/片材(9)经双棍定型装置(8)尺寸定型，即获得长纤维热塑性树脂复合材料板材/片材(9)产品。
5.如权利要求4所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备方法，其特征是：步骤①中的热塑性树脂选用聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃弹性体、聚碳酸酯、ABS树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚中的一种。
6.如权利要求4所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备方法，其特征是：步骤②中的长纤维(31)选用玻璃纤维、碳纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维中的一种或二种以上。
7.如权利要求4或6所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备方法，其特征是：所述的长纤维(31)以每股3～5根单线的形式进入纤维分布器(3)。
8.如权利要求4所述的长纤维增强热塑性树脂复合板材/片材的制备方法，其特征是：步骤③中复合装置4进行复合时长纤维(31)紧贴复合装置4的内壁，薄膜(10)位于圆周形分布的长纤维(31)内侧。
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