CN103786278A

CN103786278A - 连续长玻璃纤维增强pet的制备方法及其设备

Info

Publication number: CN103786278A
Application number: CN201410041001.0A
Authority: CN
Inventors: 郭建鹏; 杨涛
Original assignee: Shanghai Rizhisheng New Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shanghai Rizhisheng New Technology Development Co Ltd
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: CN103786278B

Abstract

本发明提供了一种连续长玻璃纤维增强PET的制备方法及其设备；所述方法包括如下步骤：步骤一，将玻璃纤维与PET相容剂加入反应槽，进行接枝反应，得产物A；步骤二，所述产物A进入浸润单元处理，牵出，冷却、烘干，即可。本发明还涉及前述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，所述设备包括：壳体，反应槽，浸润单元，所述反应与浸润单元相通连接，所述壳体为经过渗碳和氮化处理过的耐磨钢材。本发明设备加设了一个对玻璃纤维进行预处理的反应槽，增强了PET与玻璃纤维之间的结合力，使得最终制品的性能会非常高。本发明的特点是更低的加工成本，更高的产量，更高的生产稳定性，更高的材料性能。

Description

连续长玻璃纤维增强PET的制备方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种PET的制备方法及生产设备，尤其是一种连续长玻璃纤维增强PET的制备方法及其设备。

背景技术

传统的改性方法生产的玻璃纤维增强热塑性PET的玻璃纤维长度一般小于0.5mm，平均长度是2～3mm，其制品的受力破坏主要是玻璃纤维从基体拔出，玻璃纤维越短越容易从基体PET中拔出，制品的强度就越低。上个世纪末期，国外改性PET行业开始涌现出连续长玻璃纤维增强热塑性PET（LFT）。与传统的玻璃纤维增强热塑性PET相比，LFT的玻璃纤维长度明显大于传统方法生产的增强PET中玻璃纤维的长度。由于LFT中玻璃纤维的长度较长，更好地发挥了玻璃纤维的增强能力，从而赋予制品更高的刚性、机械强度、抗冲击强度、抗蠕变性，同时由于玻璃纤维的长度较长，在成型的过程中，玻璃纤维不容易发生取向，所以改善了传统玻璃纤维增强制品容易翘曲变形的缺陷。与传统的材料相比，LFT具有明显高的性能优势和制品的尺寸稳定性，所以LFT材料很快成为复合材料市场中正在突起的一类新产品。

这类材料作为以塑代钢的最佳解决方案，被大量用于汽车工业，以减轻汽车的重量，节能减排。如用于汽车的保险杠、仪表板承重支架，蓄电池承重槽，座椅骨架，发动机罩盖等部件。除了用于汽车领域以外还用于家电、环保机械、建筑、工程、航空、航天等众多领域。

目前，LFT材料的生产以熔融浸润法为主。其工艺过程是玻璃纤维在牵引力的作用下穿过充满熔体的模腔，玻璃纤维束在模腔内在内部装置的作用下散开，然后被PET浸润到玻璃纤维束的内部，和每个玻璃纤维丝充分接触。然后经过浸润的玻璃纤维束从浸润装备玻璃纤维出口牵出，再经冷却、烘干后切成所需长度的连续长玻璃纤维增强热塑性PET颗粒。然而该材料生产的关键技术就在于PET能否对玻璃纤维进行充分快速的浸润。关键技术具体表现为：1）玻璃纤维通过浸润装备过程中，磨损程度较小，因为如果磨损程度严重容易堵塞浸润设备，导致生产不稳定；2）玻璃纤维在经过浸润装备过程中，要被内部的熔融PET充分浸润，甚至PET包覆到每根玻璃纤维单丝，因为浸润效果不好，制品的外观浮纤严重，同时制品的强度不高；3）玻璃纤维通过浸润装置的线速度越快,LFT材料的产量越高，同时单位重量的LFT材料的加工成本越低。只有以上三个关键技术都能达到的浸润装备才算得上成功的设备。

法国阿托公司1989在中国专利CN1021643C公开的相关专利，其特征为一类似正玄曲线的弯曲浸润流道。塑化好的PET进入到模腔内与玻璃纤维接触，玻璃纤维束在通过弯曲流道的波峰和波谷时，在张力的作用下散开，然后被熔融PET充分浸润。该专利设计的优点是，PET对玻璃纤维的浸润效果较好，但是存在着非常严重的缺陷，即玻璃纤维丝容易被磨损，尤其是牵引速度越快，玻璃纤维受到的张力越大，越容易磨损，造成生产不稳定，甚至造成停产。同时我们也查阅和验证了国内其他公司或高校的授权专利。都不同程度上存在着一些缺陷，能够实现上述3个关键技术的几乎没有。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种连续长玻璃纤维增强PET的制备方法及其设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种连续长玻璃纤维增强PET的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，将玻璃纤维与PET相容剂加入反应槽，进行接枝反应，得产物A；

步骤二，所述产物A进入浸润单元处理，牵出，冷却、烘干，即可。

第二方面，本发明还涉及前述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，所述设备包括：壳体，反应槽，浸润单元，所述反应与浸润单元相通连接，所述壳体为经过渗碳和氮化处理过的耐磨钢材。

优选地，所述反应槽设置有反应槽玻璃纤维入口和反应槽玻璃纤维出口。

优选地，所述浸润单元包括：PET导入通道入口、玻璃纤维入口、玻璃纤维出口、玻璃纤维分散辊轮、PET通道，所述玻璃纤维分散辊轮与PET通道配合连接，所述玻璃纤维入口设置在玻璃纤维分散辊轮上，所述PET导入通道入口设置在所述PET通道上。

优选地，所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为3～8mm，短轴为2～6mm的椭圆。

优选地，所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为3～6mm，短轴为2～4mm的椭圆。

优选地，所述PET导入通道入口为一条狭缝，狭缝的间隙为1～4mm。

优选地，所述玻璃纤维入口的横切面为长轴为3～6mm，短轴为2～7mm的椭圆。

优选地，所述玻璃纤维出口的横切面为长轴为2～8mm，短轴为2～6mm的椭圆。

优选地，所述玻璃纤维分散辊轮为带有螺旋状凹槽结构，其中，凹槽底部宽为6～20mm，凹槽的深度为3～10mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）玻璃纤维通过本发明设备过程中，磨损程度较小，如果磨损程度严重容易堵塞浸润设备，导致停产；

（2）玻璃纤维在经过本发明设备过程中，要被内部的熔融PET充分浸润，甚至PET包覆到每根玻璃纤维单丝，因为浸润效果不好，制品的外观浮纤严重，同时制品的强度不高；

（3）玻璃纤维通过本发明设备的线速度较快，LFT材料的产量高，同时单位重量的LFT材料的加工成本低；

（4）本发明设备加设了一个对玻璃纤维进行预处理的设备---反应槽（该反应槽将玻璃纤维与PET的相容剂接枝到玻璃纤维上），增强了PET与玻璃纤维之间的结合力，使得最终制品的性能会非常高。

（5）本发明的特点是更低的加工成本，更高的产量，更高的生产稳定性，更高的材料性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明设备中玻璃纤维分散浸润辊轮结构图；

图2为本发明设备的结构示意图；其中1为反应槽，2为纤维导向柱，3为纤维分散浸润辊轮，11为纤维入口，12为反应槽出口，31为浸润装备纤维入口，32为浸润装备纤维出口，34为PET通道，35为浸润装备通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种连续长玻璃纤维增强PET的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，将玻璃纤维与相容剂加入反应槽，进行接枝反应，得产物A；

本实施例还涉及前述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，所述设备包括：壳体，反应槽，浸润单元，所述反应与浸润单元相通连接，所述壳体为经过渗碳和氮化处理过的耐磨钢材，如图2所示。

所述反应槽设置有反应槽玻璃纤维入口和反应槽玻璃纤维出口。

所述浸润单元包括：PET导入通道入口、玻璃纤维入口、玻璃纤维出口、玻璃纤维分散辊轮、PET通道，所述玻璃纤维分散辊轮与PET通道配合连接，所述玻璃纤维入口设置在玻璃纤维分散辊轮（见图1所示）上，所述PET导入通道入口设置在所述PET通道上。玻璃纤维进入浸润单元内部的玻璃纤维分散辊轮后，沿着玻璃纤维分散辊轮缠绕在滚轮上，缠绕一周从相邻的玻璃纤维分散辊轮的轨道离开辊轮，然后引入下一个辊轮的凹槽轨道。

在本实施例中设备中的参数如下：

所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为3mm，短轴为2mm的椭圆。

所述PET导入通道入口为一条狭缝，狭缝的间隙为1mm。

所述玻璃纤维入口的横切面为长轴为3mm，短轴为2mm的椭圆。

所述玻璃纤维出口的横切面为长轴为2mm，短轴为2mm的椭圆。

所述玻璃纤维分散辊轮为带有螺旋状凹槽结构，其中，凹槽底部宽为6mm，凹槽的深度为3mm。

实施例2

在本实施例中设备中的参数如下：

所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为8mm，短轴为6mm的椭圆。

所述PET导入通道入口为一条狭缝，狭缝的间隙为4mm。

所述玻璃纤维入口的横切面为长轴为6mm，短轴为7mm的椭圆。

所述玻璃纤维出口的横切面为长轴为8mm，短轴为6mm的椭圆。

所述玻璃纤维分散辊轮为带有螺旋状凹槽结构，其中，凹槽底部宽为20mm，凹槽的深度为10mm。

实施例3

在本实施例中设备中的参数如下：

所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为6mm，短轴为6mm的椭圆。

所述PET导入通道入口为一条狭缝，狭缝的间隙为4mm。

所述玻璃纤维入口的横切面为长轴为6mm，短轴为7mm的椭圆。

所述玻璃纤维出口的横切面为长轴为8mm，短轴为6mm的椭圆。

本实施例1～3制备的产品的性能测试如表1所示。

表1

测试项目	测试方法	单位	测试条件	实施例1	实施例2	实施例3
							拉伸强度	ASTM D638	MPa	5mm/min	200	240	250
断裂伸长率	ASTM D638	%	5mm/min	2.1	1.8	1.5
							弯曲强度	ASTM D790	MPa	2mm/min	310	380	400
弯曲模量	ASTM D790	MPa	2mm/min	14000	16000	15000
							缺口冲击强度	ASTM D256	J/m		260	200	250
无缺口冲击强度	ASTM D256
							洛氏硬度	ASTM D785	R	23℃	120	130	120
灰份	ASTM D5630	%		40	50	60

本发明设备的工作原理为：玻璃纤维先通过反应槽与相容剂发生接枝反应，然后经浸润玻璃纤维入口进入到浸润单元中。熔融PET经PET导入通道进入到浸润单元模腔中。在充满熔体的模腔内玻璃纤维束在张力牵引下错位绕过浸润辊轮，同时由于浸润辊轮能够使玻璃纤维充分散开，促进熔融PET浸润到玻璃纤维束内部，然后被充分浸润的玻璃纤维束从玻璃纤维出口牵出。浸润好的玻璃纤维束经冷却、烘干后切成所需长度的连续长玻璃纤维增强PET颗粒。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种连续长玻璃纤维增强PET的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.一种如权利要求1所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述设备包括：壳体，反应槽，浸润单元，所述反应与浸润单元相通连接，所述壳体为经过渗碳和氮化处理过的耐磨钢材。

3.如权利要求2所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述反应槽设置有反应槽玻璃纤维入口和反应槽玻璃纤维出口。

4.如权利要求2所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述浸润单元包括：PET导入通道入口、玻璃纤维入口、玻璃纤维出口、玻璃纤维分散辊轮、PET通道，所述玻璃纤维分散辊轮与PET通道配合连接，所述玻璃纤维入口设置在玻璃纤维分散辊轮上，所述PET导入通道入口设置在所述PET通道上。

5.如权利要求3所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为3～8mm，短轴为2～6mm的椭圆。

6.如权利要求3所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述反应槽玻璃纤维入口的横切面是长轴为3～6mm，短轴为2～4mm的椭圆。

7.如权利要求4所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述PET导入通道入口为一条狭缝，狭缝的间隙为1～4mm。

8.如权利要求4所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述玻璃纤维入口的横切面为长轴为3～6mm，短轴为2～7mm的椭圆。

9.如权利要求4所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述玻璃纤维出口的横切面为长轴为2～8mm，短轴为2～6mm的椭圆。

10.如权利要求4所述的连续长玻璃纤维增强PET的制备方法的设备，其特征在于，所述玻璃纤维分散辊轮为带有螺旋状凹槽结构，其中，凹槽底部宽为6～20mm，凹槽的深度为3～10mm。