CN104827685A - 熔融浸渍模头系统 - Google Patents

Abstract

熔融浸渍模头系统，包括熔体导流装置及设于其下方的玻纤浸渍装置，熔体导流装置包括内部设有熔体流道的外壳，熔体流道包括主流道、与主流道连通的分流道及设于分流道底部的多个下料口；玻纤浸渍装置设于下料口下方，其包括壳体及设于壳体内的框架，壳体内部为浸渍池，壳体上设有相对的两个与浸渍池连通的模腔口，框架设于浸渍池内。本发明可使聚丙烯熔体能够以均匀的压力、流量进入玻纤浸渍装置，并且避免了玻纤和浸渍池边缘的接触及刮擦，降低了毛羽产生的可能，框架可以整体抽出和塞入浸渍池，其本身也可拆卸，便于更换框架内的导向辊与张力轴，加快了拆卸和安装的速度，改善了玻纤和聚丙烯熔体的融合效果，总体提升了生产效率。

Description

熔融浸渍模头系统

技术领域

本发明涉及复合材料改性生产设备，具体是一种玻纤浸渍处理用的熔融浸渍模头系统。

背景技术

长玻纤增强热塑性塑料是一种轻质高强的新材料，目前已被广泛应用于汽车、白色家电等行业中。长玻纤增强聚丙烯的生产关键在于玻纤和聚丙烯之间的界面结合，要求玻纤在熔融的聚丙烯中能够做到有效的开束、浸渍以达到良好的界面结合效果。

现有生产工艺中，聚丙烯通过双螺杆挤出机熔融、剪切后成为液态，通过挤出机出口处的连接法兰进入流道，在流道中向浸渍模腔流动，最后在浸渍模腔中与玻纤接触、包覆。但是目前的工艺方案存在聚丙烯熔体在流道中流动不均匀，在浸渍模腔中填充不充分等问题。聚丙烯在熔融状态下，粘度大于100厘泊，这样的粘度下，其在浸渍模腔中的分布是不均一的。聚丙烯熔体从双螺杆挤出机被输送到流道时，是从较小的空间向较大的空间扩散，因此熔体压力下降较多，流速也会下降，往往在流道中，远离双螺杆挤出机出料口的位置，获得的压力最低，熔体充满的时间也最长，而流道并非一个封闭的空间，流道的出口与浸渍模腔相通，熔体在流道中流动、填充的时候，也在向浸渍模腔流动，因此压力分布不均匀且流道中会存在熔体不能达到的死角。当流道中熔体填充不充分时，相对应的浸渍模腔内的熔体填充也不充分，由此导致在浸渍模腔中的玻纤不能充分的和熔体融合，起不到良好的界面结合效果。并且，当玻纤在熔体较少的位置与熔体结合时，产生的料条玻纤含量是偏高的，拉条时会发现该处的料条直径明显小于熔体填充量充分、压力大的位置，产生产品质量不稳定的问题。

并且现有的浸渍模腔若要让玻纤达到充分的开束、浸渍的效果，需要较长的时间，存在生产效率低下、缺乏商业价值等问题。现有技术有一些浸渍模腔，以导丝辊的方式，对玻纤进行开束，开束(指玻纤从较宽的、紧密排列的状态，变为松散的状态，也称作开纤)后的玻纤在熔融的聚丙烯中进行浸渍，这些浸渍模腔存在一些问题。

1、玻纤在进入和离开浸渍模腔的浸渍池时水平高度相同，为了保证玻纤和聚丙烯的充分接触，浸渍池中熔融聚丙烯的液位高度必然高于玻纤进入浸渍池的高度，正常拉条时，玻纤被导辊开束，同时被聚丙烯浸渍，形成复合料条后离开浸渍池，但是一旦发生玻纤断裂，或给料过多，则浸渍池中的液体压力增加，由于玻纤的出口尺寸小于进口尺寸，因此浸渍池中的物料会反向涌出玻纤的进口位置，影响生产；

2、现有技术的浸渍模腔，依靠导辊开束及熔体回流对玻纤进行浸渍，所需熔体的体积很大，而聚丙烯被加热成熔体时，其在浸渍模腔中各部位的温度有高有低，在高温区域如模腔的四个角落，顶部和底部容易产生积碳，积碳将导致玻纤产品性能下降；

3、现有技术的导辊安装在浸渍模腔内，很难清理残留物料，拆卸及组装效率低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种熔融浸渍模头系统。

技术方案：一种熔融浸渍模头系统，包括熔体导流装置及设于其下方的玻纤浸渍装置，所述熔体导流装置包括内部设有熔体流道的外壳，所述熔体流道包括主流道、与主流道连通的分流道及设于分流道底部的多个下料口；所述玻纤浸渍装置设于下料口下方，其包括长方形壳体及设于壳体内的框架，所述壳体内部为浸渍池，壳体上设有相对的两个与浸渍池连通的模腔口，框架设于浸渍池内；所述框架的一边设有前挡板，前挡板上均匀设有多个玻纤入口，框架插入浸渍池后，前挡板将其中一个模腔口封堵；所述框架上与前挡板相对的边上设有多个玻纤出口，所述玻纤出口与玻纤入口数量一致；所述玻纤入口倾斜设置在前挡板上，玻纤入口的中心轴线与水平面之间的夹角为0～60°；所述框架内依次设有张力轴及多个相互平行的导向辊；所述壳体上另一个模腔口处设有后挡板，所述后挡板上设有与各个玻纤出口对应的铜嘴，所述铜嘴内部设有通道；所述壳体上方还设有熔体入口，所述熔体导流装置的下料口设于熔体入口上方。

进一步地，所述主流道为设于外壳内的圆柱形通孔，所述分流道为V型流道，分流道的V型开口与主流道下方连通，多个下料口依次设于分流道底部；所述主流道内部穿有流道内芯，所述流道内芯为圆柱形，流道内芯的一端设有圆锥形头部，其顶角角度为45～90°，另一端设有与外壳连接的内芯法兰，所述主流道一端设有进料口法兰，流道内芯的内芯法兰与外壳连接后，锥形头部面对进料口法兰的位置；流道内芯的外径为主流道内径的0.3～0.7倍。

进一步地，设于分流道底部的多个下料口的直径依次递增，以最靠近进料口法兰位置的下料口为第一个下料口，设其直径D₁＝a，则其余下料口的直径依次为D_n＝(1.02～1.05)^n-1*a,其中n＝2,3,4,……，48。

进一步地，所述导向辊以每两个为一组均布于框架内，导向辊包括辊体及设于辊体两端的支撑轴，辊体可以支撑轴为转轴转动；所述框架上设有卡槽，所述支撑轴的端部卡装于卡槽内。

进一步地，所述玻纤入口为锥形，玻纤进入玻纤入口的部位尺寸小于玻纤从玻纤入口中穿出部位的尺寸，玻纤入口的两个外边缘作圆角处理。

进一步地，所述框架内最接近后挡板的导向辊上切面与玻纤出口的底面处于同一水平面。

进一步地，所述外壳上设有感温探头，所述感温探头的端部与主流道连通；所述外壳与壳体的外侧均设有加热板，所述加热板为电热式加热板。

进一步地，所述通道包括喇叭形通道口与圆形通孔，铜嘴设有喇叭形通道口的一端面对玻纤出口。

有益效果：本发明的熔融浸渍模头系统，聚丙烯熔体自双螺杆挤出机进入熔体流道后，能够以稳定的压力在熔体流道中分布，并且流量均匀，从而使聚丙烯熔体能够以均匀的压力、流量进入玻纤浸渍装置，玻纤从高位进入浸渍池，在浸渍池的低位开始进行开束、浸渍，最后在浸渍池的中心位置经过铜嘴传出，加入张力轴，避免了玻纤和浸渍池边缘的接触及刮擦，降低了毛羽产生的可能，框架可以整体抽出和塞入浸渍池，其本身也可拆卸，便于更换框架内的导向辊与张力轴，加快了拆卸和安装的速度，改善了玻纤和聚丙烯熔体的融合效果，总体提升了生产效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为熔体导流装置结构示意图；

图3为图2的A-A向视图；

图4为玻纤浸渍装置结构示意图；

图5为图4的B-B向视图；

图6为导向辊结构示意图；

图7为壳体结构示意图；

图8为框架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，熔融浸渍模头系统，包括熔体导流装置及设于其下方的玻纤浸渍装置，熔体导流装置包括内部设置有熔体流道的外壳1，熔体流道包括主流道2、与主流道2连通的分流道3及设置在分流道3底部的多个下料口4，主流道2为开在外壳1内的圆柱形通孔，分流道3为V型流道，分流道3的V型开口与主流道2下方连通，多个下料口4依次设置在分流道3底部，主流道2内部穿有流道内芯5，流道内芯5为圆柱形，其一端为圆锥形的头部，圆锥形头部的顶角角度为45～90°，另一端安装有内芯法兰6，流道内芯5插入主流道2内后，内芯法兰6与外壳1固定连接将流道内芯5固定在主流道2内部。主流道2一端为进料口法兰7，流道内芯5的内芯法兰6与外壳1连接后，其圆锥形头部面对进料口法兰7的位置。

从最靠近进料口法兰7的位置起，在分流道3底部的多个下料口4的直径是依次递增的，其直径的递增遵循以下规律：

以最靠近进料口法兰7位置的下料口4为第一个下料口，设其直径D₁＝a，则其余下料口的直径依次为D_n＝(1.02～1.05)^n-1*a,其中n＝2,3,4,……，48，具体地，下料口4的数量应该与本发明的装置所配套使用的模腔内通过的玻纤数量一致，如，根据实际应用的经验，模腔内同时通过最多48根玻纤，则下料口便相应地设置48个。

流道内芯5使用圆锥形头部，能够保证聚丙烯熔体均匀地进入主流道。流道内芯5的外径为主流道2内径的0.3～0.7倍，从进料口法兰7进入主流道2的聚丙烯熔体，可以经流道内芯5的圆锥形头部后，沿着流道内芯5的外表面与主流道2之间的间隙向主流道2远端继续扩散，同时，分流道3的截面形状为V型，可增加聚丙烯熔体从下料口4进入模腔的压力，便于聚丙烯熔体在模腔中有效均匀分散。从聚丙烯熔体进入主流道2的位置开始，在V型的分流道3底部设置的下料口4直径逐渐增加，越远离进料口法兰7的位置，下料口4的直径越大，以此保证各个下料口4的下料速度与下料数量基本一致。流道内芯5与主流道2之间有一定的间隙，在保证聚丙烯熔体可在主流道2内顺利流动的同时，还能使聚丙烯熔体在远离进料口法兰7的位置仍然能保证一定的压力，以此保证聚丙烯熔体从远端也能均匀地从下料口4进入模腔内。在外壳1外侧安装电热式的加热板8，具体为在外壳1的上方及侧面安装加热板8；外壳1上还安装感温探头9，感温探头9的端部与主流道2连通。感温探头可以安装两个，其中一个靠近进料口法兰7，另一个设置在远离进料口法兰7，接近最后一个下料口4的位置。由于聚丙烯熔体在熔体流道内流经距离较长，流动速度较慢的情况下，其温度会下降，因此为了保证熔体能始终保持熔融状态，在外壳1上设置加热板8作为辅助加温装置。通过感温探头9，测定熔体流道内聚丙烯熔体的温度，可选择使用或者不使用加热板8，目的在于保证聚丙烯熔体始终保持熔融状态。

在主流道2内安装流道内芯5，使流入熔体流道内的聚丙烯熔体在短时间内保持一定压力，借助该压力，聚丙烯熔体能够较快的充满整个熔体流道，由于越靠近进料口法兰7的位置熔体压力越大，而该位置的下料口4直径较小，因此，即使有较大的压力，较小直径的下料口4阻碍了熔体向模腔内流入，使熔体能继续向远离进料口法兰7的位置流动，而越远离进料口法兰7，下料口4直径越大，对熔体进入模腔的阻力就越小，因此使得不论在远离还是靠近进料口法兰7，熔体从各个下料口4进入模腔的速度都非常接近，熔体流道中也不会有未被熔体填充的位置，并且熔体流道内各位置熔体的压力大致相同。

如图4至图8所示的玻纤浸渍装置，包括长方形壳体313及壳体内的框架31，壳体313上方开有熔体入口316，熔体入口316处用于安装熔体导流装置，其与下料口4连通。壳体313类似于火柴盒外盒的形状，具有四个面及两个模腔口314，四个面所围成的内部空间为浸渍池，框架31可从模腔口314插入浸渍池内；框架31为组合式框架，其各个部分可拆卸，便于对框架31内安装的部件进行更换或清理。框架31的一边安装有前挡板32，前挡板32上均匀开有多个玻纤入口33，多个玻纤入口33处于同一条直线上，玻纤入口33为锥形，玻纤312进入玻纤入口33的部位尺寸小于玻纤312从玻纤入口33中穿出部位的尺寸，玻纤入口33的两个外边缘作圆角处理。倾斜设置的锥形玻纤入口33，可有效避免熔体导流涌出玻纤入口33导致生产中断的问题。框架31插入浸渍池后，前挡板32将其中一个模腔口封堵；框架31上与前挡板32相对的边上开有多个玻纤出口34，玻纤出口34与玻纤入口33数量一致；玻纤入口33倾斜设置在前挡板32上，玻纤入口33的中心轴线与水平面之间的夹角为0～60°；框架31内依次安装有张力轴35及多个相互平行的导向辊39，张力轴35设置在靠近玻纤入口33的位置，玻纤从玻纤入口33斜向下进入浸渍池，从张力轴35下方通过，运动方向改为水平方向。壳体313上另一个模腔口314处安装有后挡板36，后挡板36上安装有与各个玻纤出口34对应的铜嘴37，铜嘴37内部有通道38，通道38通道包括喇叭形通道口与圆形通孔，铜嘴38上设置喇叭形通道口的一端面对玻纤出口34，圆形通孔的直径与喇叭形通道口的小端开口直径相同，其目的在于对玻纤出口34出来的玻纤进行成型处理，使玻纤从铜嘴38中引出后由原来的扁平状成为圆形截面的材料；在框架31内还安装有多个导向辊39，导向辊39以每两个为一组均布于框架31内，从张力轴35下方牵出的玻纤绕在各个导向辊39上，导向辊39除具备导向的功能以外，还具有调整玻纤张力的功能。导向辊39包括辊体91及安装于辊体91两端的支撑轴92，辊体91可以以支撑轴92为转轴转动；框架31上开有卡槽311，支撑轴92的端部卡装于卡槽311内，这种结构的导向辊39相对于现有技术，具有可拆卸，易清理或更换的优点。框架31内最接近后挡板36的导向辊39的上切面与玻纤出口34的底面处于同一水平面，目的在于保证玻纤最后是以水平的方式穿过铜嘴37，不会与其他零件或者设备的边缘产生摩擦，导致玻纤磨损，产生毛羽的问题，堵塞浸渍池进而使生产中断。前挡板32与后挡板36将壳体313的两个模腔口封堵起来。壳体313上还可设置温度探头310，温度探头310可分别设置在靠近玻纤入口33及玻纤出口34的位置，测定不同位置的聚丙烯熔体的温度，便于调整设置在壳体313外表面上的加热板8的加热温度，确保浸渍池内聚丙烯熔体的温度满足生产需求，不会产生积碳的问题。

在使用时，玻纤312从高位进入浸渍池，在浸渍池内的低位开始进行开束、浸渍，最后在浸渍池的中心位置经过铜嘴37传出。加入张力轴35，避免了玻纤和浸渍池边缘的接触及刮擦，降低了毛羽产生的可能；玻纤入口33的尺寸整体为上小下大，为锥形结构，两个边缘全部倒圆角，也可降低的玻纤的磨损；玻纤从高位进入，玻纤入口33的高度高于浸渍池最大高度，避免了发生堵塞时，大量的熔体倒流涌出玻纤入口33而导致生产中断，在此条件下，玻纤可以以更快的速度进行拉条，提升了生产速度，目前拉条速度可以达到50米/分钟，比现有方案提升了80％，同时降低了停机可能；此外，后挡板36与前挡板32均可随意拆卸，框架31可以整体抽出和塞入浸渍池，框架31本身也可拆卸，便于更换框架31内的导向辊39与张力轴35，加快了拆卸和安装的速度，总体提升了生产效率。并且，在保证玻纤能够被充分浸渍的情况下，利用加热板8对壳体31内的熔体进行加热，减小内部温差，避免浸渍池内产生积碳、影响产品性能。

当需要拆卸时，可以先拆卸下前挡板32及后挡板36，然后抽出框架31，对装配在框架31上的导向辊39、张力轴35等零件进行拆卸；需要安装时，可先将各个零件组装到框架31上，穿好玻纤312，然后推入浸渍池所在的腔体中，再安装后挡板36及前挡板32即可。

本发明的熔融浸渍模头系统，在主流道2内安装流道内芯5，使流入熔体流道内的聚丙烯熔体在短时间内保持一定压力，借助该压力，聚丙烯熔体能够较快的充满整个熔体流道，由于越靠近进料口法兰7的位置熔体压力越大，而该位置的下料口4直径较小，因此，即使有较大的压力，较小直径的下料口4阻碍了熔体向模腔内流入，使熔体能继续向远离进料口法兰7的位置流动，而越远离进料口法兰7，下料口4直径越大，对熔体进入模腔的阻力就越小，因此使得不论在远离还是靠近进料口法兰7，熔体从各个下料口4进入模腔的速度都非常接近，熔体流道中也不会有未被熔体填充的位置，并且熔体流道内各位置熔体的压力大致相同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种熔融浸渍模头系统，其特征在于：包括熔体导流装置及设于其下方的玻纤浸渍装置，所述熔体导流装置包括内部设有熔体流道的外壳，所述熔体流道包括主流道、与主流道连通的分流道及设于分流道底部的多个下料口；所述玻纤浸渍装置设于下料口下方，其包括长方形壳体及设于壳体内的框架，所述壳体内部为浸渍池，壳体上设有相对的两个与浸渍池连通的模腔口，框架设于浸渍池内；所述框架的一边设有前挡板，前挡板上均匀设有多个玻纤入口，框架插入浸渍池后，前挡板将其中一个模腔口封堵；所述框架上与前挡板相对的边上设有多个玻纤出口，所述玻纤出口与玻纤入口数量一致；所述玻纤入口倾斜设置在前挡板上，玻纤入口的中心轴线与水平面之间的夹角为0～60°；所述框架内依次设有张力轴及多个相互平行的导向辊；所述壳体上另一个模腔口处设有后挡板，所述后挡板上设有与各个玻纤出口对应的铜嘴，所述铜嘴内部设有通道；所述壳体上方还设有熔体入口，所述熔体导流装置的下料口设于熔体入口上方。

2.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：所述主流道为设于外壳内的圆柱形通孔，所述分流道为V型流道，分流道的V型开口与主流道下方连通，多个下料口依次设于分流道底部；所述主流道内部穿有流道内芯，所述流道内芯为圆柱形，流道内芯的一端设有圆锥形头部，其顶角角度为45～90°，另一端设有与外壳连接的内芯法兰，所述主流道一端设有进料口法兰，流道内芯的内芯法兰与外壳连接后，锥形头部面对进料口法兰的位置；流道内芯的外径为主流道内径的0.3～0.7倍。

3.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：设于分流道底部的多个下料口的直径依次递增，以最靠近进料口法兰位置的下料口为第一个下料口，设其直径D₁＝a，则其余下料口的直径依次为D_n＝(1.02～1.05)^n-1*a,其中n＝2,3,4,……，48。

4.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：所述导向辊以每两个为一组均布于框架内，导向辊包括辊体及设于辊体两端的支撑轴，辊体可以支撑轴为转轴转动；所述框架上设有卡槽，所述支撑轴的端部卡装于卡槽内。

5.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：所述玻纤入口为锥形，玻纤进入玻纤入口的部位尺寸小于玻纤从玻纤入口中穿出部位的尺寸，玻纤入口的两个外边缘作圆角处理。

6.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：所述框架内最接近后挡板的导向辊上切面与玻纤出口的底面处于同一水平面。

7.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：所述外壳上设有感温探头，所述感温探头的端部与主流道连通；所述外壳与壳体的外侧均设有加热板，所述加热板为电热式加热板。

8.根据权利要求1所述的熔融浸渍模头系统，其特征在于：所述通道包括喇叭形通道口与圆形通孔，铜嘴设有喇叭形通道口的一端面对玻纤出口。