CN106273052B - 一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备及应用其的挤出方法 - Google Patents

一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备及应用其的挤出方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其技术方案要点是：包括依次连接的双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，双螺杆挤出机包括具有加热功能的一阶筒体，一阶筒体的前部设有用于进料的一阶入料口，一阶筒体后部设有滤网，滤网用于对熔融聚合物进行过滤，一阶筒体内靠近滤网处还设有混炼单元，单螺杆挤出机包括具有加热功能的二阶筒体，二阶筒体的前部设有二阶入料口，二阶入料口用于接收短玻纤和经滤网过滤后的聚合物，二阶筒体的后部设有挤出机头，挤出机头上设有用于促进玻纤和聚合物混合的超声波振动机构。本发明提供一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，有效保护了短切玻纤，有效提高了产物的物性指标。

Description

一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备及应用其的挤出 方法
【技术领域】
本发明涉及一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备及应用其的挤出方法。
【背景技术】
目前聚合物的应用日渐广泛，小到日常生活用品，大到汽车都大量的应用，随着社会对环保意识的增加，如何循环利用废旧塑料及下脚料的问题就出现，简单的混合造粒，不但塑料的性能差、应用的范围也很有限，经济效益不佳，较为专业的改性塑料企业，通过双螺杆挤出机进行深加工，加入玻纤增强塑料的强度，使塑料改性材料的应用有了很大的提升，如医疗康复器材、电器、家具、开关等领域都可以应用，为社会环保做出了贡献，也节省了企业的生产成本。
循环再用经济是国家鼓励发展的产业，作为其中的一个重要分支是废塑料及其下脚料的循环再用有着十分广阔的前景，尽管现有双螺杆挤出工艺可以满足循环再利用的需求，但还有改进的空间，首先双螺杆挤出玻纤增强塑料的玻纤加入，是在双螺杆挤出机中加入，双螺杆挤出的混炼对玻纤进行分散混合的同时也折断了玻纤，影响了玻纤的有效长度(应大于0.3mm)，使玻纤增强塑料的物性受影响，其次废塑料中有杂料，在螺杆的机头位置需加滤网，以除去杂料，在除去杂料的同时，玻纤也在滤网上发生堵塞，影响了物料的通过，从而缩短更换滤网的时间，由于堵塞发生，造成玻纤过渡剪切，使玻纤发生折断的情况更严重，降低了改性塑料的物理性能，并影响生产，增加了工人的劳动强度。
【发明内容】
本发明目的是克服现有技术中的不足，提供一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，物料经熔融剪切过滤后，再与短玻纤混合，有效保护了短切玻纤，并采用超声波促进玻纤与聚合物的混合，有效提高了产物的物性指标。
本发明还提供一种应用上述挤出设备的挤出方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：包括依次连接的双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机包括具有加热功能的一阶筒体，所述一阶筒体的前部设有用于进料的一阶入料口，所述一阶筒体后部设有滤网，所述滤网用于对熔融聚合物进行过滤，所述一阶筒体内靠近所述滤网处还设有混炼单元，所述单螺杆挤出机包括具有加热功能的二阶筒体，所述二阶筒体的前部设有二阶入料口，所述二阶入料口用于接收短玻纤和经所述滤网过滤后的聚合物，所述二阶筒体的后部设有挤出机头，所述挤出机头上设有用于促进玻纤和聚合物混合的超声波振动机构。
如上的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述挤出机头内设有振动混合腔，所述超声波振动机构包括一端由外部插入所述振动混合腔内的超声波振动棒，所述挤出机头内还设有与所述二阶筒体连通的入口流道，所述入口流道的输送方向与所述超声波振动棒的插入方向垂直，所述振动混合腔的输送方向与所述超声波振动棒的插入方向相同，所述挤出机头上还设有多个挤出口，熔融聚合物经所述超声波振动棒与振动混合腔的间隙流向所述挤出口。
如上的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述振动混合腔的内轮廓为与所述超声波振动棒外轮廓形状相仿的圆弧形，所述振动混合腔与超声波振动棒间容留聚合物通过的间隙为15-25mm。
如上的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述超声波振动机构还包括一端与所述超声波振动棒连接的隔热连接件，所述隔热连接件的另一端连接有超声波发生器。
如上的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述混炼单元包括与双螺杆挤出机同轴转动的多块混炼螺纹块。
如上的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述滤网为10-20目的不锈钢滤网或镀锌铁网。
应用上述设备的挤出方法，其特征在于由以下步骤组成：
a)、将干燥的聚合物及助剂混合均匀，由一阶入料口送入双螺杆挤出机中，混炼熔融；
b)、在双螺杆挤出机中，经混炼单元对混炼熔融物进行高剪切混炼；
c)、在双螺杆挤出机中，经高剪切分散后，熔融聚合物通过滤网，对杂质进行过滤；
d)、将经过滤的熔融物与为3-6mm的短玻纤，一同送入单螺杆挤出机的二阶入料口混合，单螺杆挤出机中温度分三段控制，根据不同材质聚合物混合分别设定；
e)、经单螺杆挤出机末端，通过超声波振动机构振动分散后挤出。
如上所述的一种挤出方法，其特征在于：所述短玻纤为热塑性长玻纤经干燥后短切得到。
如上所述的一种挤出方法，其特征在于：所述聚合物为聚丙烯PP、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PC、PET、PBT中的一种。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
1、本发明的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，使聚合物熔融后再进行剪切混炼，在混炼单元混合后，在对熔融聚合物进行一次过滤，可有效去除非熔融的杂质，然后从单螺杆入料口加入短玻纤与熔融聚合物混合，单螺杆选用弱剪切的结构，减少了因混炼剪切而造成玻纤折断，本装置适合不同的聚合物，配合不同温度条件下，适宜长时间连续作业，无堵塞现象，且聚合物产品的各项物性指标较高；
2、本发明的回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，在单螺杆挤出机挤出前通过超声波振动机构对聚合物中的玻纤进一步分散，利用超声波良好的分散特性，使玻纤在聚合物中分散的同时，保留原有玻纤的长度，在挤出机头的振动混合腔内有15-25mm的间隙距离，能保证聚合物均匀接受振动，且接受振动的强度均匀，促进在聚合物中的分散，提高混合效果，可保证成品内的玻纤有效长度，维持大部分长度在0.3-3mm以内，极大提升挤出成型物的物性指标，保证最终挤出物的品质，且玻纤使用范围也不再局限于专用短玻纤，可以使用价格更有优势的长玻纤进行短切所得的普通短玻纤，降低了生产成本。
3、本发明的挤出方法，能够满足不同材质回收塑料的挤出生产需求，提升了产品性能，扩大了玻纤增强聚合物的应用范围，有利于下游产品的设计和节省原料的应用，节能环保。
【附图说明】
图1是本发明平面示意图；
图2是本发明挤出机头立体图；
图3是本发明挤出机头剖面示意图；
图4是本发明挤出机头剖面示意图；
图5是本发明挤出机头局部立体图。
【具体实施方式】
如图所示的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，包括依次连接的双螺杆挤出机1和单螺杆挤出机2，所述双螺杆挤出机1包括具有加热功能的一阶筒体11，所述一阶筒体11的前部设有用于进料的一阶入料口12，所述一阶筒体11后部设有滤网13，所述滤网13用于对熔融聚合物进行过滤，所述一阶筒体11内靠近所述滤网(12)处还设有用于高剪切聚合物的混炼单元14，所述单螺杆挤出机2包括具有加热功能的二阶筒体21，所述二阶筒体21的前部设有二阶入料口22，所述二阶入料口22用于接收短玻纤和经所述滤网13过滤后的聚合物，所述二阶筒体21的后部设有挤出机头3，所述挤出机头3上设有用于促进玻纤和聚合物混合的超声波振动机构4。本挤出设备将玻纤从双螺杆挤出机的玻纤口加入，改为从单螺杆挤出机的入料口加入，这样就可将具有高剪切功能的混炼单元后移，至真空口与挤出机头之间，并在混炼单元前部增加反向剪切块，促进混炼效果，同时更好的保留聚合物中原有玻纤的长度，聚合物在经过一阶双螺杆挤出机的热熔混合，可以充分加热熔融，再经混炼单元剪切后，各组分充分混合，消除了局部结块等状况，位于一阶双螺杆挤出后部的混炼单元，混炼单元设于双螺杆挤出机的后端，使聚合物熔融后再做剪切，混合分散效果较好，在混炼单元混合后，在对熔融聚合物进行一次过滤，可有效去除杂质，保证最终挤出物的品质，由于单螺杆挤出机选用剪切力较弱的螺纹，以减少对聚合物中所含玻纤长度的破坏，这样发挥了单螺杆挤出机能更好的保留短玻纤长度的特点，同时也克服了单螺杆挤出机不易分散专用短玻纤的缺点，短玻纤与经过滤的熔融物一同加入并混合，此时聚合物为熔融态，与玻纤混合后，不易使玻纤发生断损，避免了硬接触对玻纤造成的损伤，经单螺杆挤出混合后，在挤出前，还会通过超声波振动机构对玻纤进一步进行分散，加强玻纤与聚合物的分散混合效果，可保证成品内的玻纤有效长度，维持大部分在0.3-3.0mm之间，极大提升挤出成型物的物性指标，在二阶单螺杆挤出机中，温度控制分三段，靠近二阶入料口位置为入料段，靠近二阶筒体中部为中段，靠近机头位置和机头处为机头段，可根据不同材质聚合物，控制不同条件的温度作业。
所述挤出机头3内设有振动混合腔31，所述超声波振动机构4包括一端由外部插入所述振动混合腔31内的超声波振动棒41，所述挤出机头3内还设有与所述二阶筒体21连通的入口流道32，所述入口流道32的输送方向与所述超声波振动棒41的插入方向垂直，所述振动混合腔31的输送方向与所述超声波振动棒41的插入方向相同，所述挤出机头3上还设有多个挤出口33，熔融聚合物经所述超声波振动棒41与振动混合腔31的间隙流向所述挤出口33。短玻纤与聚合物混合后，通过入口流道进入振动混合腔，在进入振动混合腔后改变输送方向，并通过振动混合腔与超声波振动棒的间隙流向挤出口，而在经过超声波振动棒的周围时，超声波振动棒通过聚合物将振动传递给玻纤，使玻纤在振动混合腔内进一步分散混合，并更好的保留玻纤原有的长度，使聚合物的物性有更大的提升。
所述振动混合腔31的内轮廓为与所述超声波振动棒41外轮廓形状相仿的圆弧形，所述振动混合腔31与超声波振动棒41间容留聚合物通过的间隙为15-25mm。可使聚合物与超声波振动棒保持一个更接近的距离，减少超声波在聚合物中的衰减影响，同时均匀的间隙有利于保证产品成型的一致性，为保证短玻纤与聚合物的分散混合，控制短玻纤的长度大部分介于0.3-3mm间，设计振动混合腔与超声波振动棒间，间隙为15-25mm，可有效促使玻纤分散，又不会使玻纤发生断损，挤出机头包括前板、后板和机头板，前板和后板间设置振动混合腔，图5为前板和机头板的装配组合示意图。
所述超声波振动机构4还包括一端与所述超声波振动棒41连接的隔热连接件42，所述隔热连接件42的另一端连接有超声波发生器43。超声波发生器不适合高温环境作业，当超声波振动棒插入振动混合腔内作业时，不可避免的会向超声波发生器传导热量，隔热连接件向超声波振动棒传递振动的同时，可有效隔绝热量向超声波发生器的传递，保护后者长时间在高温条件下作业。
所述混炼单元14包括与双螺杆挤出同轴转动的多块混炼螺纹块。本挤出设备将常用的螺杆组合加以调整，将原来的下料口到玻纤口之间的剪切块部分后移，进而将混炼单元的剪切块后移到真空口与机头之间，设于滤网的前端，并在混炼单元的剪切块前部设置反向剪切块，既能充分混炼，也能更好的保留原始物料的性能，聚合物有一定粘度，经剪切混炼后，可以得到更好分散效果的聚合物。
所述滤网13为10-20目的不锈钢滤网。使用原材料或回收料中，不可避免的有其他杂质，或熔点不同的杂质，选择在聚合物熔融后，在加入短玻纤前进行过滤，可有效过滤杂质，又不影响短玻纤与聚合物的混合。
所述短玻纤为热塑性长玻纤经干燥后短切得到。选用分散性很好的双螺杆挤出用的长玻纤经干燥后，根据需要短切为3-6mm长度的短玻纤，直接与聚合物在单螺杆挤出机的入料口一同加入，专用短玻纤中含有较多的粘胶，不利于玻纤与聚合物的分散混合，但长玻纤中含胶量较少，长玻纤短切所得的短玻纤成本较低，且易于和聚合物分散混合，使得回收玻纤增强塑料的应用范围进一步扩大。
结合实施例，进一步说明本发明的高温挤出方法：
a)、将干燥的聚合物及助剂混合均匀，由一阶入料口送入双螺杆挤出机中，混炼熔融；
b)、在双螺杆挤出机中，经混炼单元对混炼熔融物进行高剪切混炼；
c)、在双螺杆挤出机中，经高剪切分散后，熔融聚合物通过滤网，对杂质进行过滤；
d)、将经过滤的熔融物与为3-6mm的短玻纤，一同送入单螺杆挤出机的二阶入料口混合，单螺杆挤出机中温度分三段控制，根据不同材质聚合物混合分别设定；
e)、经单螺杆挤出机末端，通过超声波振动机构振动分散后挤出。
表1：实施例1-6的温度
名称 入料段/℃ 中段/℃ 机头段/℃
实施例1 聚丙烯PP 220 200 220
实施例2 聚酰胺PA6 260 245 250
实施例3 聚酰胺PA66 280 260 275
实施例4 PC 250 245 250
实施例5 PBT 250 240 250
实施例6 PET 280 260 275
表2：实施例的产品物性指标
综上：针对不同材质聚合物，配合不同温度条件，能够得到物性指标较好的塑料产品，将各实施例的产品物性指标，与常规生产方式产品比较，本发明方法所得产品的品质具有较大优势。

Claims (9)

1.一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：包括依次连接的双螺杆挤出机(1)和单螺杆挤出机(2)，所述双螺杆挤出机(1)包括具有加热功能的一阶筒体(11)，所述一阶筒体(11)的前部设有用于进料的一阶入料口(12)，所述一阶筒体(11)后部设有滤网(13)，所述滤网(13)用于对熔融聚合物进行过滤，所述一阶筒体(11)内靠近所述滤网(12)处还设有用于高剪切聚合物的混炼单元(14)，所述单螺杆挤出机(2)包括具有加热功能的二阶筒体(21)，所述二阶筒体(21)的前部设有二阶入料口(22)，所述二阶入料口(22)用于接收短玻纤和经所述滤网(13)过滤后的聚合物，所述二阶筒体(21)的后部设有挤出机头(3)，所述挤出机头(3)上设有用于促进玻纤和聚合物混合的超声波振动机构(4)。
2.根据权利要求1所述的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述挤出机头(3)内设有振动混合腔(31)，所述超声波振动机构(4)包括一端由外部插入所述振动混合腔(31)内的超声波振动棒(41)，所述挤出机头(3)内还设有与所述二阶筒体(21)连通的入口流道(32)，所述入口流道(32)的输送方向与所述超声波振动棒(41)的插入方向垂直，所述振动混合腔(31)的输送方向与所述超声波振动棒(41)的插入方向相同，所述挤出机头(3)上还设有多个挤出口(33)，熔融聚合物经所述超声波振动棒(41)与振动混合腔(31)的间隙流向所述挤出口(33)。
3.根据权利要求2所述的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述振动混合腔(31)的内轮廓为与所述超声波振动棒(41)外轮廓形状相仿的圆弧形，所述振动混合腔(31)与超声波振动棒(41)间容留聚合物通过的间隙为15-25mm。
4.根据权利要求1所述的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述超声波振动机构(4)还包括一端与所述超声波振动棒(41)连接的隔热连接件(42)，所述隔热连接件(42)的另一端连接有超声波发生器(43)。
5.根据权利要求1所述的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述混炼单元(14)包括与双螺杆挤出机同轴转动的多块混炼螺纹块。
6.根据权利要求1所述的一种回收玻纤增强塑料熔融造粒挤出设备，其特征在于：所述滤网(13)为10-20目的不锈钢滤网或镀锌铁网。
7.一种应用权利要求1-6任一项设备的挤出方法，其特征在于由以下步骤组成：
a)、将干燥的聚合物及助剂混合均匀，由一阶入料口送入双螺杆挤出机中，混炼熔融；
b)、在双螺杆挤出机中，经混炼单元对混炼熔融物进行高剪切混炼；
c)、在双螺杆挤出机中，经高剪切分散后，熔融聚合物通过滤网，对杂质进行过滤；
d)、将经过滤的熔融物与为3-6mm的短玻纤，一同送入单螺杆挤出机的二阶入料口混合，单螺杆挤出机中温度分三段控制，根据不同材质聚合物混合分别设定；
e)、经单螺杆挤出机末端，通过超声波振动机构振动分散后挤出。
8.根据权利要求7所述的一种挤出方法，其特征在于：所述短玻纤为热塑性长玻纤经干燥后短切得到。
9.根据权利要求7所述的一种挤出方法，其特征在于：所述聚合物为聚丙烯PP、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PC、PET、PBT中的一种。
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