CN102729492B - 长纤维增强热塑性树脂的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长纤维增强树脂的成型方法。该方法，包括如下步骤：将长纤维束由螺杆挤出机机筒上的纤维喂料口喂入，将树脂由加料斗喂入，所述长纤维束和所述树脂在所述螺杆挤出机的螺杆的旋转作用下混合均匀，由成型模具完成所述长纤维增强树脂的成型。该方法由于纤维束在螺杆内与热塑性树脂复合，可实现长玻璃纤维的充分分散、浸渍；对树脂粘度无特殊要求，适应范围更宽，并适用于热敏性树脂。

Description

长纤维增强热塑性树脂的成型方法
技术领域
本发明涉及一种长纤维增强热塑性树脂的成型方法。
背景技术
长玻璃纤维增强热塑性树脂是指纤维长度大于3mm的增强树脂，树脂均匀地分布在纤维之间，形成连续相，以固定纤维的空间位置，并在材料内部传递载荷。它与普通的短玻璃纤维增强热塑性树脂相比，具有更加突出的机械性能、耐热性能、抗翘曲性能、尺寸稳定性等，因而可制造出机械性能卓越的产品，如汽车零部件、电子器件、化工机械部件等。
已经有一些公开的制备连续长玻璃纤维增强热塑性树脂的成型方法，如CN101152767A，CN1017693B，CN103769等。这些成型方法的共同特点是连续长玻璃纤维在机头位置处加入，并通过特殊的浸渍机头与热塑性树脂复合，连续纤维在机头内实现分散、浸渍。这些成型方法的缺点主要包括：1)由于纤维在机头内停留时间过短，导致纤维分散、浸渍不理想，而停留时间过长，则容易拉断纤维；2)对树脂粘度要求高，一般要求热塑性树脂的流动指数为50-100g/10min或以上，树脂粘度大则造成浸渍效果差，而且容易导致纤维束断头、断丝，造成生产中断；3)不适宜制备增强热敏性树脂，如聚甲醛，因该成型方法的浸渍机头易聚积过多的树脂，加热时间过长易导致热敏性树脂的分解；4)该成型方法只适宜制备长玻璃纤维增强热塑性树脂增强粒子，而不能成型制品。
在线配混法制备长玻璃纤维增强热塑性树脂可有效避免上述缺点，由于纤维束在螺杆内与热塑性树脂复合，可实现纤维的充分分散、浸渍；由于长纤维喂入后的螺杆元件具有柔和的剪切，纤维可保持较大的长度，一般可在10mm以上；在线配混法制备长玻璃纤维增强热塑性树脂对树脂粘度无特殊要求，不会因为树脂粘度大而造成生产中断，适应范围更宽；同时，该成型方法挤出过程中因无任何积料和滞留，不会造成热敏性树脂的分解，因而，可适用于各种热敏性树脂。此外，因长玻璃纤维在螺杆内与热塑性树脂复合，对机头无特殊要求，因此，可配备造粒机头、棒材机头、板材机头、型材机头等，扩大长玻璃纤维增强热塑性树脂的成型范围。
已经有一些公开的制备短玻璃纤维增强热塑性树脂的成型方法，如CN1554528A。这些成型方法的特点是连续长玻璃纤维从近螺杆中部位置加入，距螺杆出口位置较远，螺杆组合中含有较多的剪切元件，长纤维在螺杆强剪切的作用下，被剪成较短长度，一般在0.3mm以下。
发明内容
本发明的目的是提供一种长纤维增强热塑性树脂的成型方法。
本发明的提供的长纤维增强热塑性树脂的成型方法，包括如下步骤：将长纤维束由螺杆挤出机机筒上的纤维喂料口喂入，将树脂由加料斗喂入，所述长纤维束和所述树脂在所述螺杆挤出机的螺杆的旋转作用下混合均匀，由成型模具完成所述长纤维增强热塑性树脂的成型。
上述方法中，所述纤维喂料口位于所述机筒正上方，且所述纤维喂料口位于螺杆长度的二分之一位置和螺杆头部位置之间，且所述纤维喂料口与所述螺杆头部位置之间的距离为螺杆直径的6-7倍。所述螺杆挤出机优选为双螺杆挤出机。所述长纤维束由螺杆挤出机机筒上的纤维喂料口喂入后，所述螺杆挤出机的螺杆的元件选自单头输送元件和双头输送元件中的至少一种，导程为所述螺杆直径的1-2倍，具体可为1.6-2倍。各种长纤维均适用于该成型方法，所述长纤维可为长玻璃纤维；各种热塑性树脂均适用于该方法，所述热塑性树脂选自聚丙烯、尼龙、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛和聚氯乙烯中的至少一种，更优选熔体流动指数为3-50g/10min的聚丙烯或熔体流动指数为9.7g/10min的聚甲醛。所述成型模具为各种常用的成型模具，可根据实际需要选择，如可为造粒模具、棒材模具、板材模具或型材模具。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)由于纤维束在螺杆内与热塑性树脂复合，可实现纤维的充分分散、浸渍；且由于长玻璃纤维喂入后的螺杆元件具有柔和的剪切，纤维可保持较大的长度，一般可在10mm以上；
(2)在线配混法制备长玻璃纤维增强热塑性树脂对树脂粘度无特殊要求，不会因为树脂粘度大而造成生产中断，适应范围更宽；
(3)该成型方法挤出过程中因无任何积料和滞留，不会造成热敏性树脂的分解，因而，可适用于各种热敏性体系的树脂。
(4)因长玻璃纤维在螺杆内与热塑性树脂复合，对机头无特殊要求，因此，可配备造粒机头、棒材机头、板材机头或型材机头等，扩大长纤维增强树脂的成型范围。
附图说明
图1为本发明提供的长纤维增强树脂的成型方法示意图，其中，1为长纤维束；2为机筒上的纤维喂料口；3为螺杆挤出机上的螺杆；4为热塑性树脂；5为加料斗；6为成型模具；7为螺杆头部位置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
图1为本发明提供的长纤维增强树脂的成型方法示意图，其中，1为长纤维束；2为机筒上的纤维喂料口；3为螺杆挤出机上的螺杆；4为热塑性树脂；5为加料斗；6为成型模具；7为螺杆头部位置。该成型方法的具体过程为：长纤维束(1)通过机筒纤维喂料口(2)喂入，长纤维束在挤出机螺杆(3)的旋转作用下被带入螺杆中，树脂(4)通过加料斗(5)喂入，并通过螺杆熔融塑化，长纤维束(1)在螺杆柔和的剪切作用下被剪断成较大长度，并与树脂(4)混合均匀，最后通过模具元件(6)成型。
下述实施例所得长玻璃纤维增强板材或颗粒中的玻璃纤维的质量百分含量，均是按照如下方法测试而得：取样放置于马弗炉中煅烧3小时，加热温度500℃，待聚甲醛挥发后，称量残余的玻纤质量，即可计算得到板材或颗粒中玻璃纤维的质量百分含量。
实施例1、
将长玻璃纤维束通过机筒纤维喂料口(2)喂入，该纤维喂料口(2)位于机筒的正上方，且距螺杆出口位置为6D(D为螺杆直径)，长玻璃纤维束在双螺杆挤出机(3)的旋转作用下被带入螺杆中，热塑性树脂聚丙烯(熔体流动指数为3.2g/10min)通过加料斗(5)喂入，并通过螺杆熔融塑化，该长玻璃纤维束在螺杆柔和的剪切作用下被剪断成20mm，并与热塑性树脂聚丙烯混合均匀，最后通过板材模具元件(6)成型，得到长玻璃纤维增强聚丙烯板材；其中，连续长纤维喂入后的螺杆元件为双头输送元件，导程为2D。该挤出机的温度设定从加料口到出口分别设定为：170℃-190℃-210℃-210℃-210℃。
按照上述成型方法制得的长玻璃纤维增强聚丙烯板材中，长玻璃纤维的质量百分含量为40％。
将该板材沿纤维取向方向切割成标准试条，经测定其力学性能为：拉伸强度为105MPa(按GB/T1042-92标准测试，10mm/min)，缺口冲击强度为10.6KJ/m2(按GB/T 13525-1992标准测试，23℃)，断裂伸长率为2.14％(按GB/T1042-92标准测试，10mm/min)。
实施例2
将长玻璃纤维束通过机筒纤维喂料口(2)喂入，该纤维喂料口(2)位于机筒的正上方，且距螺杆出口位置为7D(D为螺杆直径)，长玻璃纤维束在双螺杆挤出机(3)的旋转作用下被带入螺杆中，热塑性树脂聚丙烯(熔体流动指数为50g/10min)通过加料斗(5)喂入，并通过螺杆熔融塑化，该长玻璃纤维束在螺杆柔和的剪切作用下被剪断成30mm，并与热塑性树脂聚丙烯混合均匀，最后通过造粒模具元件(6)成型，得到长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒；其中，长玻璃纤维喂入后的螺杆元件为双头输送元件，导程为1.6D。该挤出机的温度设定从加料口到出口分别设定为：170℃-190℃-210℃-210℃-210℃。
按照上述成型方法制得的长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒中，长玻璃纤维的质量百分含量为35％。
将该长玻璃纤维增强聚丙烯颗粒由注塑机注塑为标准试条，注塑温度：175℃-180℃-180℃。经测定其力学性能为：拉伸强度为108MPa(按GB/T1042-92标准测试，10mm/min)，缺口冲击强度为15.7KJ/m2(按GB/T 13525-1992标准测试，23℃)，断裂伸长率为3.14％(按GB/T1042-92标准测试，10mm/min)。
实施例3
将长玻璃纤维束通过机筒纤维喂料口(2)喂入，该纤维喂料口(2)位于机筒的正上方，且距螺杆出口位置为6.5D(D为螺杆直径)，长玻璃纤维束在双螺杆挤出机(3)的旋转作用下被带入螺杆中，热塑性树脂聚甲醛(熔体流动指数为9.7g/10min)通过加料斗(5)喂入，并通过螺杆熔融塑化，该长玻璃纤维束在螺杆柔和的剪切作用下被剪断成28mm，并与热塑性树脂聚甲醛混合均匀，最后通过板材模具元件(6)成型，制成长玻璃纤维增强聚甲醛板材；其中，长玻璃纤维喂入后的螺杆元件为双头输送元件，导程为1.5D。该挤出机的温度设定从加料口到出口分别设定为：170℃-170℃-170℃-190℃-190℃。
按照上述成型方法制得的长玻璃纤维增强聚甲醛板材中，长玻璃纤维的质量百分含量为25％。
将该长玻璃纤维增强聚甲醛板材在200℃下经注射机制成标准试条，测得其力学性能为：拉伸强度为112MPa(按GB/T1042-92标准测试，10mm/min)，缺口冲击强度为6.3KJ/m2(按GB/T 13525-1992标准测试，23℃)，断裂伸长率为2.5％(按GB/T1042-92标准测试，10mm/min)。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从那一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，与本发明的权利要求书相当的含有和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种长纤维增强树脂的成型方法，包括如下步骤：将长纤维束由螺杆挤出机机筒上的纤维喂料口喂入，将树脂由加料斗喂入，所述长纤维束和所述树脂在所述螺杆挤出机的螺杆的旋转作用下混合均匀，由成型模具完成所述长纤维增强树脂的成型；
所述纤维喂料口位于所述机筒正上方，且所述纤维喂料口位于螺杆长度的二分之一位置和螺杆头部之间，且所述纤维喂料口与所述螺杆头部之间的距离为螺杆直径的6-7倍；
所述长纤维为长玻璃纤维；
所述树脂为熔体流动指数为3-50g/10min的聚丙烯或熔体流动指数为9.7g/10min的聚甲醛。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述长纤维束由螺杆挤出机机筒上的纤维喂料口喂入后，所述螺杆挤出机的螺杆的元件选自单头输送元件和双头输送元件中的至少一种，导程为所述螺杆直径的1-2倍。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：所述成型模具为造粒模具、棒材模具、板材模具或型材模具。
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