CN106426968A - 一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法 - Google Patents

一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法 Download PDF

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Abstract

一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法。该加工装置包括：挤出机、衣架式挤出机头、冷却定型模、板材矫直机、牵引装置和切割装置；挤出机与衣架式挤出机头相连，冷却定型模与衣架式挤出机头相连，从冷却定型模挤出的板材经过板材矫直机，依次进入牵引装置和切割装置。采用本发明可以制备厚度较大、表面光洁的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材，所制备的纤维增强聚醚醚酮板材具有较高的结晶度、耐热性、强度高和尺寸稳定性。本发明可通过调整冷却定型模高度和宽度或更换冷却定型模制备纤维增强聚醚醚酮复合材料不同厚度的板材。本发明生产的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材可广泛应用于航空航天、电子电气、汽车、化工及机械等领域。

Description

一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法
技术领域
本发明属于塑料制品及型材技术领域，特别是涉及通过挤出成型制备一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法。
背景技术
聚醚醚酮树脂是芳香族半结晶聚合物，具有冲击强度高、耐腐蚀、耐摩擦、耐疲劳性好、耐热等级高、阻燃、尺寸稳定性好等优点，纤维增强聚醚醚酮，性能获得极大提高，在航空航天、汽车制造、电子电气、机械化工和医疗等领域得到广泛应用。应用上述领域的纤维增强聚醚醚酮制品一般是通过注塑成型的方法制造结构型制品，但有些应用领域需要聚醚醚酮制品数量少，尺寸规格较多及形状各异，涉及到模具多和生产成本高的问题，因此可通过板材进行加工，制备零部件，这些零部件一般要求具有很高的精度、而且数量不是很多，往往需要通过精密机械加工制造，这就需要用聚醚醚酮板材进行加工。本发明的目的是为了制备满足不同领域需求的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材，特别是厚壁板材的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置及成型方法，利用挤出成型的方法制备聚醚醚酮复合材料板材，可通过调节冷却定型模尺寸或更换冷却定型模控制板材的厚度和宽度，能够为不同的用户提供聚醚醚酮复合材料板材，以进行机械加工的方法制造零部件及制品，满足用户使用需求。
通过挤出成型的方法挤出纤维增强聚醚醚酮复合材料板材，由于原料黏度较大、流动性差，在工艺上存在较多问题，特别是厚壁超过10mm纤维增强聚醚醚酮复合材料板材，因为需要通过冷却散出所挤出板材内部的大量热量，达到足够的结晶度从而达到尺寸形状稳定性。
为了克服上述现有技术的不足，本发明第一个目的是提供了一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置包括：挤出机、衣架式挤出机头、冷却定型模、板材矫直机、牵引装置和切割装置；挤出机与衣架式挤出机头相连，冷却定型模与衣架式挤出机头相连，从冷却定型模挤出的板材经过板材矫直机，依次进入牵引装置和切割装置。
优选地，冷却定型模和牵引装置与板材的接触面上均设有金属板。
本发明第二个目的是请求保护利用上述加工装置加工纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的方法，具体包括如下步骤：
S1.将金属板装入冷却定型模和牵引装置中；
S2.将纤维增强聚醚醚酮复合材料树脂颗粒投放到挤出机料斗中，在挤出机中加热熔融，经衣架式挤出机头进入与衣架式挤出机头相连接的冷却定型模中，并在恒定逆向力金属板的作用下，树脂熔体充满冷却定型模；
S3.冷却定型模分三段温度控制，连接衣架式挤出机头加热段温度由陶瓷加热片进行加热，温度控制在380-400℃，过渡段由陶瓷加热片进行加热，温度控制在150-260℃，定型段由水温机进行控制，温度控制在20-100℃，树脂熔体在冷却定型模中冷却定型，成型纤维增强聚醚醚酮复合材料板材；
S4.从冷却定型模挤出板材经过板材矫直机，进入牵引装置，再进入切割装置中进行切割，得到纤维增强聚醚醚酮复合材料板材。
进一步的，还包括步骤S5：把切割好的板材放入退火炉中进行退火处理，去除内应力，即可得到尺寸稳定、结晶充分的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材。
进一步的，步骤S1中，装入冷却定型模和牵引装置中的金属板与挤出板材大小相同。
进一步的，步骤S2中，挤出机中加热熔融温度为360-400℃。
由于聚醚醚酮是半结晶性聚合物，板材的结晶度对板材的强度、尺寸精度及变形性影响较大，因此冷却定型模设置成两部分冷却，以提高板材的结晶度和较少内应力，防止发生开裂。
板材通过冷却定型模后，已冷却定型的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材进入板材矫正机，板材矫正机对板材进行矫正，防止变形过大。
当板材进入牵引装置后，金属板脱离牵引装置，可以从加工装置上撤出。牵引装置压紧纤维增强聚醚醚酮复合材料板材对板材提供逆向压力，从而保证纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的密度。
上面所述制备方法，纤维增强聚醚醚酮树脂在熔融挤出成型前进行干燥处理，干燥温度为150-160℃，时间为3-12小时。
本发明使用的挤出机为单螺杆挤出机，用于提供纤维增强聚醚醚酮熔体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明的装置和方法可以制备厚度较大、表面光洁的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材，所制备的纤维增强聚醚醚酮板材具有较高的结晶度、耐热性、强度高和尺寸稳定性。本发明可通过调整冷却定型模高度和宽度或更换冷却定型模制备纤维增强聚醚醚酮复合材料不同厚度的板材。本发明生产的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材可应用于航空航天、电子电气、汽车、化工及机械等领域，特别是用于加工上述领域所需要的各种部件及制品。
附图说明
图1纤维增强聚醚醚酮复合材料板材加工装置结构示意图。
其中：1、挤出机，2、衣架式挤出机头，3、冷却定型模，4、板材矫直机，5、牵引装置，6、切割装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明聚醚醚酮、碳纤维、玻璃纤维等原料为市售原料，纤维增强聚醚醚酮复合材料可以采用本领域公知的改性方法，也可以采用如下方法制备：
将聚醚醚酮70％，石墨10％，微粉10％加入到混料机中进行共混，共混时间15分钟，然后将共混物加入到双螺杆造粒机料斗中，调整造粒机转速，在造粒机加纤维位置加入碳纤维(或玻璃纤维，简称玻纤)，使含量达到10％，进行造粒，所得颗粒即为纤维增强聚醚醚酮复合材料，该复合材料用于进行挤出成型板材。
实施例1
如图1所示，将碳纤维增强聚醚醚酮复合材料树脂颗粒在单螺杆挤出机1中于390℃熔融，然后通过衣架式挤出机头2将熔体挤入到冷却定型模3中，冷却定型模3定型段宽度为200mm，高度为10mm，牵引装置5通过金属板对挤出原料熔体施加恒定的逆向压力，保证熔体充满定型模。在牵引装置5和挤出机1的共同作用下，纤维增强聚醚醚酮熔体树脂密度均匀地填充衣架式挤出机头2和冷却定型模3，在恒定速度下向前移动，该恒定速度与挤出机螺杆的转速相对应，板材的挤出速度为9-10mm/min。冷却定型模3设定加热段温度390℃，过渡段温度150℃，熔体经冷却定型模3过渡段第一次冷却定型，接着在冷却定型套冷却定型段温度40℃进一步冷却定型，经板材矫直机4进行矫直，经过牵引装置5进入切割装置6进行切割，板材的长度可根据需要切割成1米、2米、3米或4米等，从而得到宽200±2mm、高10±1mm的碳纤维增强聚醚醚酮复合材料板材。将切割好的板材在退火炉中进行退火处理，退火温度为255℃，处理时间4小时。
对本实施例制备的板材的宽度、高度、平直度进行研究，为此，在制备得到的板材厚度方向上、宽度方向上各取5个不同点，以及板材对角线进行测量长度，得到结果如下：
表1：实施例1制备的碳纤增强聚醚醚酮复合材料板材宽、高、对角线距离数据：
表中数据表明，制备的板材平直度较好，厚度均匀。
表2：实施例1制备的碳纤增强聚醚醚酮复合材料板材的机械性能数据：
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中采用玻纤增强聚醚醚酮复合材料，挤出机1温度设置成390℃，冷却定型模3加热段温度设置为390℃，过渡段温度为100℃，冷却段温度为20℃，在恒定速度10-11mm/min下向前移动，该恒定速度与挤出机螺杆的转速相对应，即板材的挤出速度，采用实施例1中的方法得到玻纤增强聚醚醚酮复合材料板材。
对本实施例制备的板材的宽度、高度、平直度进行研究，为此，在制备得到的板材厚度方向上、宽度方向上各取5个不同点，以及板材对角线进行测量长度，得到结果如下：
表3：实施例2制备的玻纤增强聚醚醚酮复合材料板材宽、高、对角线距离数据
表中数据表明，制备的板材平直度较好，厚度均匀。
表4：实施例2制备的玻纤增强聚醚醚酮板材的机械性能数据：
实施例3
与实施例1相比，本实施例的区别在于：冷却定型模3尺寸与退火处理条件不同，将冷却定型模3定型尺寸制作为宽600mm，高20mm，采用同样的方法，在恒定速度(与挤出机螺杆的转速相对应)下向前移动，同样可得到碳纤增强聚醚醚酮复合材料板材，将切割好的板材在退火炉中进行退火处理，温度为255℃，处理时间6小时。
同实施例1的测试方法对本实施例制备的板材的宽度、高度、平直度进行研究，为此，在制备得到的板材厚度的5个不同点，宽度上5个不同点、对角线进行测量长度，得到结果如下：
表5：实施例3制备的碳纤增强聚醚醚酮复合材料板材宽、高、对角线距离数据
表中数据表明，制备的碳纤增强聚醚醚酮复合材料板材平直度较好，厚度均匀。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置，其特征在于，包括：挤出机(1)、衣架式挤出机头(2)、冷却定型模(3)、板材矫直机(4)、牵引装置(5)和切割装置(6)；挤出机(1)与衣架式挤出机头(2)相连，冷却定型模(3)与衣架式挤出机头(2)相连，从冷却定型模(3)挤出的板材经过板材矫直机(4)，依次进入牵引装置(5)和切割装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的加工装置，其特征在于，冷却定型模(3)和牵引装置(5)与板材的接触面上均设有金属板。
3.一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的成型方法，其特征在于，采用权利要求1中的加工装置加工成型，具体包括如下步骤：
S1.将金属板装入冷却定型模和牵引装置中；
S2.将纤维增强聚醚醚酮复合材料树脂颗粒投放到挤出机(1)料斗中，在挤出机(1)中加热熔融，经衣架式挤出机头(2)进入与衣架式挤出机头(2)相连接的冷却定型模(3)中，并在恒定逆向力金属板的作用下，树脂熔体充满冷却定型模；
S3.冷却定型模(3)分三段温度控制，连接衣架式挤出机头(2)加热段温度由陶瓷加热片进行加热，温度控制在380-400℃，过渡段由陶瓷加热片进行加热，温度控制在150-260℃，定型段由水温机进行控制，温度控制在20-100℃，树脂熔体在冷却定型模(3)中冷却定型，成型纤维增强聚醚醚酮复合材料板材；
S4.从冷却定型模(3)挤出板材经过板材矫直机(4)，进入牵引装置(5)，再进入切割装置(6)中进行切割，得到纤维增强聚醚醚酮复合材料板材。
4.根据权利要求3所述的一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的成型方法，其特征在于，还包括步骤S5：把切割好的板材放入退火炉中进行退火处理，去除内应力，即可得到尺寸稳定、结晶充分的纤维增强聚醚醚酮复合材料板材。
5.根据权利要求3所述的一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的成型方法，其特征在于，纤维增强聚醚醚酮树脂在熔融挤出成型前还需进行干燥处理，干燥温度为150-160℃，时间为3-12小时。
6.根据权利要求3所述的一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的成型方法，其特征在于，步骤S1中，装入冷却定型模(3)和牵引装置(5)中的金属板与挤出板材大小相同。
7.根据权利要求3所述的一种纤维增强聚醚醚酮复合材料板材的成型方法，其特征在于，步骤S2中，挤出机(1)中加热熔融温度为360-400℃。
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