CN102873882A

CN102873882A - 一种长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备

Info

Publication number: CN102873882A
Application number: CN2012103304423A
Authority: CN
Inventors: 董擎之; 张彦庆; 高楠; 陈福涛; 汪根龙; 张三喜
Original assignee: XUANCHENG FUMEIDA NEW MATERIAL CO Ltd; East China University of Science and Technology
Current assignee: XUANCHENG FUMEIDA NEW MATERIAL CO Ltd; East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明公开了一种基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，包括以下几部分：第一阶同向双螺杆挤出机1、第二阶异向双螺杆挤出机2、玻纤表面处理机3、衣架式模头4、三辊压延机5、定型机6和切割机7，热塑性塑料、助剂、填料喂入第一阶同向双螺杆挤出机1，经第一阶同向双螺杆挤出机1配混、预塑化后，送入第二阶异向双螺杆挤出机2，玻纤经表面处理机3处理后，也引入第二阶异向双螺杆挤出机2，与树脂均匀混合，进一步塑化，从衣架式模头4挤出后，再经三辊压延机5、定型机6、切割机7后包装；采用该设备得到的玻纤增强热塑性塑料复合板材中的玻纤长度分布合理，玻纤束完全开松，树脂均匀渗透。

Description

一种长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备

技术领域

本发明属于塑料加工设备技术领域，涉及一种长玻纤增强热塑性塑料板材的成型设备，特别涉及一种基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备。

背景技术

目前长玻纤增强热塑性塑料存在两种类型的加工技术：一种是先加工成长玻纤增强热塑性塑料粒料，再经过注射或挤出成型的二步法制备；另一种是在生产线上配混树脂、添加剂、玻纤，直接成型为制品的一步法制备。长玻纤增强热塑性塑料一步法成型的优点主要有两个：1、减少了一次冷却和加热过程，相比传统二步法成型至少减少20％能耗，生产的大结构部件比长玻纤毡片热塑性塑料(GMT)压塑部件的成本低20％～50％，国外有报道美国GE塑料公司生产的商标为Aedel的聚丙烯GMT的售价为1.3美元/磅，而一步法长玻纤增强热塑性塑料的成本低于1美元/磅；2、制品综合性能优异，由于提高并保证了制品中玻纤的长度，使制品的强度，刚度得到改善，另外还有成型周期短，制品没有边角废物，回收方便等优点，国外正在逐步推广应用。德国的Krauss-Maffei公司和加拿大的Husky公司均开发了一步法注塑机并实现了产品系列化，Krauss-Maffei公司的产品已经用于制造克莱斯勒(DaimlerChrysler)汽车仪表盘的通气道，Krauss-Maffei公司已在全球售出30多台注塑配混机，其中约1/3被美国企业购进，主要用于生产汽车配件和包装材料。

近年来，国内外有专利报道采用玻纤增强热塑性塑料以提高其综合性能，美国专利US4588538和US4640861公开了一种采用包覆法的粒料制备技术，将连续玻纤束通过挤出机的出料口被熔融的树脂包覆，再切成颗粒，由于热塑性塑料的熔体粘度太大，难于渗透到紧密的玻纤束的芯部，所以材料的性能难以得到显著提高；中国发明专利201210043789.X公开了一种通过添加浸润剂处理后的短切玻纤原丝的热塑性塑料干混料，经过一台异向双螺杆挤出机和挤出模具制得玻纤增强热塑性塑料型材，在玻纤增强热塑性塑料的制造过程中，玻纤在挤出机中与树脂混炼时，由于螺杆和机筒之间的剪切，纤维会受到损伤。原来为6mm的纤维，成型后的长度变成0.2～1mm。由于增强塑料的性能与纤维长度有关，所以纤维短时，很难用于结构用途。为了弥补这一缺陷，有关厂商开发了长纤维增强热塑性塑料，纤维长度可达5～25mm，这种材料是当今复合材料市场中发展最快的材料之一，在过去10年中以30％的年增长率上升。

发明内容

本发明提供了一种基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，用于一步法制备长玻纤增强热塑性塑料板材，以克服现有技术存在的缺陷，提高玻纤增强热塑性塑料板材中玻纤的长度，使玻纤束在成型过程中顺利开纤，树脂均匀渗入，从而达到改善材料综合性能之目的，以满足工程领域的需要。

本发明的基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备包括以下几部分：第一阶同向双螺杆挤出机、第二阶异向双螺杆挤出机、玻纤表面处理机、衣架式模头、三辊压延机、定型机和切割机，热塑性塑料、助剂、填料喂入第一阶同向双螺杆挤出机，经第一阶同向双螺杆挤出机配混、预塑化后，送入第二阶异向双螺杆挤出机，玻纤经表面处理机处理后，也引入第二阶异向双螺杆挤出机，与树脂均匀混合，进一步塑化，从衣架式模头挤出后，再经三辊压延机、定型机、切割机后包装。

二台挤出机可分别调速、调温、调压，螺杆元件采用积木式组合。

本发明所述的双阶双螺杆挤出机的第一阶同向双螺杆挤出机，平均分为8～10个控温区，螺杆直径为20～90mm，长径比L/D为32～52，完成以下功能：热塑性塑料与各种助剂、填料等充分混合、搅拌、预塑化、均化、送入第二阶挤出机。采用具有优异混合能力的啮合同向双螺杆挤出机，针对热塑性塑料热稳定性差，采用积木式的元件组合使其具有多变性、适应性，剪切力的大小，塑化程度的合理性均可灵活调整，另外，同向双螺杆有良好的自洁作用，热塑性塑料混合料不会滞留在机筒内时间太长而碳化。

本发明所述的双阶双螺杆挤出机的第二阶异向平行挤出机需完成以下功能：将第一阶挤出机送来的物料进一步塑化、玻纤引入、剪切至合适的长度、开松、树脂渗入、均化、建压。玻纤增强热塑性塑料作用的好坏，其中最关键的技术问题之一是玻纤在复合材料中的长度以及分布均匀性。本发明的异向平行双螺杆挤出机平均分为4～6个控温区，螺杆直径为28～95mm，L/D为8～18，长径比较小，二根螺杆的异向旋转使物料与料筒之间产生剪切、摩擦较小，减小了对玻纤的剪切损伤；机头压力较高为5～25MPa，物料在螺纹前移的过程中受到更强的压延和拉伸作用，物料表面更新快，混合效果好，物料的内在结构更为均匀。

影响复合材料的力学性能的另一个关键问题是玻纤与树脂基体的粘结性能，本发明提供了一台玻纤表面处理机，玻纤无捻粗纱通过表面处理机顶端的偶联剂浸润槽，再引入表面处理机正面的2～8个热辊加热，热辊温度控制在100～125℃，停留时间为5～15min，然后以恒定温度100～125℃由集束管引入第二阶异向双螺杆挤出机，此时从第一阶挤出机送来的物料已塑化，熔体与纤维混合后，把纤维包起来，起到润湿保护作用，减少了纤维的过度折断以及纤维被螺杆、机筒的磨损，而且有利于玻纤与树脂基体粘结性能的提高，玻纤加入量可以通过螺杆转数计算。

本发明所述的热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、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物。

经试验证明，采用该基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，得到的玻纤增强热塑性塑料复合板材中的玻纤长度分布合理，玻纤束完全开松，树脂均匀渗透。

附图说明

图1是本发明的基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备的结构示意图；

图2是本发明的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备的玻纤表面处理机的结构示意图；

图3是实施例1制备的长纤维增强热塑性塑料板材的断面扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

由附图1，本发明的基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备包括以下几部分：第一阶同向双螺杆挤出机1、第二阶异向双螺杆挤出机2、玻纤表面处理机3、衣架式模头4、三辊压延机5、定型机6和切割机7，热塑性塑料、助剂、填料喂入第一阶同向双螺杆挤出机1，经第一阶同向双螺杆挤出机1配混、预塑化后，送入第二阶异向双螺杆挤出机2，玻纤经表面处理机3处理后，也引入第二阶异向双螺杆挤出机2，与树脂均匀混合，进一步塑化，从衣架式模头4挤出后，再经三辊压延机5、定型机6、切割机7后包装。其中第一阶同向双螺杆挤出机1，平均分为8～10个控温区，螺杆直径为20～90mm，长径比L/D为32～52；第二阶异向双螺杆挤出机2平均分为4～6个控温区，螺杆直径为28～95mm，L/D为8～18，二台挤出机可分别调速、调温、调压，螺杆元件采用积木式组合；由附图2，玻纤无捻粗纱通过表面处理机3顶端的偶联剂浸润槽31，再引入表面处理机正面的2～8个热辊32加热，热辊32温度控制在100～125℃，停留时间为5～15min，然后以恒定温度100～125℃由集束管33引入第二阶异向双螺杆挤出机2；衣架式模头4压力较高为5～25MPa。

实施例1

采用了垂直排列的双阶双螺杆挤出机，第一阶同向双螺杆挤出机分为10个控温区，螺杆直径为30mm，L/D为38，第二阶异向平行双螺杆挤出机分为6个控温区，螺杆直径为38mm，L/D为18，计量的聚丙烯、助剂喂入第一阶同向双螺杆挤出机，玻纤无拈粗纱(占热塑性塑料质量的10％)在表面处理机上引入偶联剂浸润槽，绕经8道热辊(100℃)停留15分钟，然后喂入第二阶双螺杆第3区，玻纤经剪切、开松，并与第一阶同向双螺杆挤出机送来的物料均匀混合，由第二阶双螺杆衣架式模头挤出(机头压力8MPa)，再由三辊将其压制成板材，定型、切割、装箱。

测量板材中玻纤长度及其分布。

实施例2

采用了垂直排列的双阶双螺杆挤出机，第一阶同向双螺杆挤出机分为10个控温区，螺杆直径为30mm，L/D为38，第二阶异向平行双螺杆挤出机分为6个控温区，螺杆直径为38mm，L/D为18，计量的聚丙烯、助剂喂入第一阶同向双螺杆挤出机，玻纤无拈粗纱(占热塑性塑料质量的10％)在表面处理机上引入偶联剂浸润槽，绕经8道热辊(100℃)停留15分钟，然后喂入第二阶双螺杆第3区，玻纤经剪切、开松，并与第一阶同向双螺杆挤出机送来的物料均匀混合，由第二阶双螺杆衣架式模头挤出(机头压力16MPa)，再由三辊将其压制成板材，定型、切割、装箱。

测量板材中玻纤长度及其分布。

实施例3

采用了垂直排列的双阶双螺杆挤出机，第一阶同向双螺杆挤出机分为9个控温区，螺杆直径为65mm，L/D为40，第二阶异向平行双螺杆挤出机分为4个控温区，螺杆直径为75mm，L/D为9，计量的聚氯乙烯、助剂、活化碳酸钙喂入第一阶同向双螺杆挤出机，玻纤无拈粗纱(占热塑性塑料质量的10％)在表面处理机上引入偶联剂浸润槽，绕经6道热辊(110℃)停留10分钟，然后喂入第二阶双螺杆第2区，玻纤经剪切、开松，并与第一阶同向双螺杆挤出机送来的物料均匀混合，由第二阶双螺杆衣架式模头挤出(机头压力8MPa)，再由三辊将其压制成板材，定型、切割、装箱。

测量板材中玻纤长度及其分布。

实施例4

采用了垂直排列的双阶双螺杆挤出机，第一阶同向双螺杆挤出机分为9个控温区，螺杆直径为65mm，L/D为40，第二阶异向平行双螺杆挤出机分为4个控温区，螺杆直径为75mm，L/D为9，计量的聚氯乙烯、助剂、活化碳酸钙喂入第一阶同向双螺杆挤出机，玻纤无拈粗纱(占热塑性塑料质量的20％)在表面处理机上引入偶联剂浸润槽，绕经6道热辊(110℃)停留10分钟，然后喂入第二阶双螺杆第2区，玻纤经剪切、开松，并与第一阶同向双螺杆挤出机送来的物料均匀混合，由第二阶双螺杆衣架式模头挤出(机头压力8MPa)，再由三辊将其压制成板材，定型、切割、装箱。

测量板材中玻纤长度及其分布。

实施例5

采用了垂直排列的双阶双螺杆挤出机，第一阶同向双螺杆挤出机分为9个控温区，螺杆直径为65mm，L/D为40，第二阶异向平行双螺杆挤出机分为4个控温区，螺杆直径为75mm，L/D为9，计量的聚氯乙烯、助剂、活化碳酸钙喂入第一阶同向双螺杆挤出机，玻纤无拈粗纱(占热塑性塑料质量的30％)在表面处理机上引入偶联剂浸润槽，绕经6道热辊(110℃)停留10分钟，然后喂入第二阶双螺杆第2区，玻纤经剪切、开松，并与第一阶同向双螺杆挤出机送来的物料均匀混合，由第二阶双螺杆衣架式模头挤出(机头压力8MPa)，再由三辊将其压制成板材，定型、切割、装箱。

测量板材中玻纤长度及其分布。

测量板材中玻纤长度及其分布的试验方法：

将本发明基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备制备的长玻纤增强热塑性塑料板材置于微波辐射炉中或马弗炉中600℃下进行裂解，在裂解物中将玻纤剥离出来，然后将其分散于丙酮中，随机挑500根，置于底面涂黑的表面皿中，采用光学显微镜进行观察，测量其长度及其分布。

测试结果如下：

由上表结合附图3可以看出，得到的玻纤增强热塑性塑料复合板材中的玻纤长度分布合理(5～25mm)，玻纤束完全开松，树脂均匀渗透。

本发明以聚丙烯和聚氯乙烯为例说明该基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备的使用及其效果，但不仅仅限于聚丙烯和聚氯乙烯，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、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物等热塑性塑料均可以利用本发明的成型设备进行长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型加工。

Claims

1.一种基于双阶双螺杆挤出的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，其特征在于：主要由第一阶同向双螺杆挤出机(1)、第二阶异向双螺杆挤出机(2)、玻纤表面处理机(3)、衣架式模头(4)、三辊压延机(5)、定型机(6)和切割机(7)构成，热塑性塑料、助剂、填料喂入第一阶同向双螺杆挤出机(1)，配混、预塑化后，送入第二阶异向双螺杆挤出机(2)，玻纤经表面处理机(3)处理后，也引入第二阶异向双螺杆挤出机(2)，与树脂均匀混合，进一步塑化，从衣架式模头(4)挤出后，再经三辊压延机(5)、定型机(6)、切割机(7)后包装。

2.根据权利要求1所述的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，其特征在于：所述的第一阶同向双螺杆挤出机(1)平均分为8～10个控温区，螺杆直径为20～90mm，L/D为32～52。

3.根据权利要求1所述的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，其特征在于：所述的第二阶异向双螺杆挤出机(2)平均分为4～6个控温区，螺杆直径为28～95mm，L/D为8～18。

4.根据权利要求1所述的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，其特征在于：所述的玻纤表面处理机(3)由浸润槽(31)、热辊(32)和集束管(33)组成，玻纤无捻粗纱通过表面处理机(3)顶端的偶联剂浸润槽(31)，再引入表面处理机正面的2～8个热辊(32)加热，以恒定温度由集束管(33)引入第二阶异向双螺杆挤出机(2)。

5.根据权利要求1所述的长玻纤增强热塑性塑料板材的一步法成型设备，其特征在于：所述的第一阶同向双螺杆挤出机(1)和第二阶异向双螺杆挤出机(2)可分别调速、调温、调压，螺杆元件采用积木式组合。