CN107738428A - 挤出机模具及生产连续长纤维增强复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤出机模具，包括模具本体，所述模具本体的中部设置有中空开孔，所述模具本体的正面中部设置有用于与机头末端相连接的进料口，所述模具本体的反面中部设置有用于与口模连接的出料口；所述模具本体的上侧和下侧分别开设有上进丝孔和下进丝孔，所述上进丝孔和下进丝孔均与所述中空开孔连通。本发明中，挤出机模具设置在挤出机机头和口模之间，模具本体上开设有进丝孔，在进丝孔处引入长纤维，避免了长纤维在料筒中被剪切破碎，从而得到连续长纤维增强复合材料，极大地提升了复合材料的性能。

Description

挤出机模具及生产连续长纤维增强复合材料的方法

技术领域

本发明涉及物料挤出成型技术领域，特别是涉及一种挤出机模具及生产连续长纤维增强复合材料的方法。

背景技术

挤出成型技术是指热塑型聚合物材料通过挤出机高温料筒与内部螺杆或柱塞的相互作用，边受热融化边受力推出挤出机机头、口模制备成特定横截面形状的加工方法。传统的挤出成型主要用于塑料制品的生产加工，包括制备塑料板材，长线，薄膜，片材以及不同塑料的共混改性体。

相对于此项成熟且运用广泛的加工技术，通过挤出成型方法来制备复合材料的新工艺近几年来正在崭露头角。这主要归功于复合材料优异的机械性能和热力学性能，促使其在航空、汽车、建筑、生物材料等高端产业得到了广泛运用。

现今通过挤出成型技术生产复合材料的增强材料主要是由短纤维、硬质颗粒、晶须、金属丝等不连续体构成。然而这些不连续增强材料在复合体中整体呈现无规则、随机的状态，其有限的长度经过挤出加工后在尺寸上也会相应缩小，从而对整体材料的增强效果起到了一定的限制作用，无法充分发挥复合材料的优异性能。这也在一定程度上限制了以挤出成型加工为基础所生产的纤维基等复合材料在工业上的应用。

因此，提供一种挤出机模具及生产连续长纤维增强复合材料的方法，以解决现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种挤出机模具及生产连续长纤维增强复合材料的方法，以解决上述现有技术存在的问题，避免了长纤维在料筒中被剪切破碎，得到连续长纤维增强复合材料，极大地提升了复合材料的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种挤出机模具，包括模具本体，所述模具本体的中部设置有中空开孔，所述模具本体的正面中部设置有用于与机头末端相连接的进料口，所述模具本体的反面中部设置有用于与口模连接的出料口；所述模具本体的上侧和下侧分别开设有上进丝孔和下进丝孔，所述上进丝孔和下进丝孔均与所述中空开孔连通。

优选的，所述进料口为内凹形成的中空圆形内腔，所述出料口为凸起形成的中空圆形外腔。

优选的，所述模具本体上还设置有左侧板、右侧板、上侧板和下侧板，所述左侧板和右侧板相互平行，所述上侧板和下侧板相互平行。

优选的，所述上进丝孔在所述上侧板的中部开口，所述下进丝孔在所述下侧板的中部开口；所述上进丝孔和下进丝孔上下垂直对称。

优选的，所述上进丝孔通过上通孔与所述中空开孔连通，所述下进丝孔通过下通孔与所述中空开孔连通。

优选的，所述上进丝孔和下进丝孔内插入有聚四氟乙烯塑料管。

优选的，所述模具本体的四个边角处还设置有用于连接机头和口模的直孔。

一种生产连续长纤维增强复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)选用适当内径的聚四氟乙烯塑料管插入上进丝孔和下进丝孔；

(2)按所需生产复合材料的要求，从上进丝孔和下进丝孔分别引入连续长纤维；

(3)当长纤维通过上通孔和下通孔分别引入模具本体的中空开孔后，将口模内侧的凹起部位与模具本体的出料口衔接，并将引入的长纤维从口模中央小孔拉出；

(4)将口模和挤出机模具整体与挤出机机头连接，挤出机模具本体的进料口和机头的凸起部位切合，通过六角螺丝将口模、模具本体和机头进行紧固；

(5)将从口模拉出的长纤维固定在与口模中央共轴的拉伸牵引装置上，并按预设速度运行；

(6)运行挤出机，投料口加入热塑型材料，设定相应的转速、压力和温度，热塑型材料经过料筒螺杆的挤压搅拌和高温加热的作用，形成混合均匀的塑料熔体；

(7)塑料熔体在料筒螺杆的推动下进入模具本体的中空开孔，并与上进丝孔和下进丝孔引入的长纤维混合，最后从口模中央小孔挤出，形成连续的长纤维增强的复合材料；

(8)将新制备的连续长纤维增强复合材料通过水冷却装置定型，并由拉伸牵引装置缠绕在滚筒上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、挤出机模具安装在挤出机机头和口模之间，模具本体上开设有进丝孔，在进丝孔处引入长纤维，避免了长纤维在料筒中被剪切破碎，得到连续长纤维增强复合材料，极大地提升了复合材料的性能

2模具本体上设置有直孔，通过四个螺栓衔接机头和口模之间的四个螺纹孔进行固定，组装、拆卸方便，极大得提高了更换效率，无需对直孔做相应的螺纹处理，简化了模具的制作；

3、上进丝孔和下进丝孔内插入有聚四氟乙烯塑料管，通过调节塑料管的内径从而调节进丝直径，满足不同的工作需求；

4、设置上进丝孔和下进丝孔两个进丝孔，可同时引入两种不同规格或不同材料的连续长纤维，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明挤出机模具在挤出机结构中的安装位置示意图；

图2为本发明挤出机模具的结构示意图；

图3为本发明挤出机模具的正视图；

图4为本发明挤出机模具的背视图；

图5为本发明挤出机模具的俯视图；

图6为本发明挤出机模具的仰视图；

图7为本发明挤出机模具的左视图；

图8为本发明挤出机模具的右视图；

其中，1-模具本体；2-直孔；3-进料口；4-出料口；5-中空开孔；6-上进丝孔；7-下进丝孔；8-上通孔；9-下通孔；10-左侧板；11-右侧板；12-上侧板；13-下侧板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种挤出机模具及生产连续长纤维增强复合材料的方法，以解决现有技术存在的问题，避免了长纤维在料筒中被剪切破碎，得到连续长纤维增强复合材料，极大地提升了复合材料的性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种挤出机模具，如附图1-8所示，包括模具本体1。模具本体1安装在挤出机机头和口模之间，模具本体1的中部设置有中空开孔5，方便物料通过。模具本体1的正面中部设置有用于与机头末端相连接的进料口3，进料口3为内凹形成的中空圆形内腔，与机头末端凸起部位能够完全整合，能够很好地实现模具本体1与挤出机机头的连接。模具本体1的反面中部设置有用于与口模连接的出料口4，与口模进料腔的凹起部位能够完全整合，提高了连接效果。模具本体1的上侧和下侧分别开设有上进丝孔6和下进丝孔7，上进丝孔6和下进丝孔7均与中空开孔5连通，以便于长纤维从模具本体1的上侧和下侧进入到中空开孔5内，与物料混合形成连续长纤维增强复合材料。

模具本体1的四个边角处还设置有用于连接机头和口模的直孔2，直孔2与机头和口模之间的四个螺纹孔相匹配，通过四个螺栓穿过四个直孔2将机头和口模之间的四个螺纹孔衔接就能对整个模具本体1进行固定，组装、拆卸方便，极大得提高了更换效率，而且无需对直孔2做相应的螺纹处理，简化了模具的制作。

模具本体1上还设置有左侧板10、右侧板11、上侧板12和下侧板13，左侧板10和右侧板11相互平行，上侧板12和下侧板13相互平行，各个侧板之间依次连接，形成矩形结构。其中，上进丝孔6在上侧板12的中部开口，下进丝孔7在下侧板13的中部开口；上进丝孔6和下进丝孔7上下垂直对称；上进丝孔6通过上通孔8与中空开孔5连通，下进丝孔7通过下通孔9与中空开孔5连通。

上进丝孔6和下进丝孔7内插入有聚四氟乙烯塑料管，聚四氟乙烯塑料管从上进丝孔6或下进丝孔7进入，贯穿上通孔8或下通孔9进入到中空开孔5的中部，长纤维经过聚四氟乙烯塑料管进入到中空开孔5内。聚四氟乙烯塑料管的外径与进丝孔直径一致，内径可自由调节，可在模具整体结构不变的情况下，仅通过更换不同内径的聚四氟乙烯塑料管来方便不同粗细连续长纤维的引入，满足不同的工作需求。

上进丝孔6和下进丝孔7可同时引入两种不同规格或不同材料的连续长纤维，提高工作效率。当需引入更多不同类型的长纤维时，也可通过在模具左右两侧加开相应的进丝孔，实现多材料连续体增强复合材料在挤出机上的生产。当生产无需长纤维增强的复合材料时，亦可更换成实心的聚四氟乙烯塑料管，堵住模具上下两侧的进丝孔，防止熔融聚合物从两侧进丝孔流出。

本发明中挤出机模具主要通过电脑数控机床进行制作，试件规整，模具构造简单，安装操作方便。

采用挤出机模具生产连续长纤维增强复合材料的具体方法，包括如下步骤：

(1)选用适当内径的聚四氟乙烯塑料管插入上进丝孔6和下进丝孔7；

(2)按所需生产复合材料的要求，从上进丝孔6和下进丝孔7分别引入连续长纤维；

(3)当长纤维通过上通孔8和下通孔9分别引入模具本体1的中空开孔5后，将口模内侧的凹起部位与模具本体1的出料口4衔接，并将引入的长纤维从口模中央小孔拉出；

(4)将口模和挤出机模具整体与挤出机机头连接，挤出机模具本体1的进料口3和机头的凸起部位切合，通过六角螺丝将口模、模具本体1和机头进行紧固；

(5)将从口模拉出的长纤维固定在与口模中央共轴的拉伸牵引装置上，并按预设速度运行；

(6)运行挤出机，投料口加入热塑型材料，设定相应的转速、压力和温度，热塑型材料经过料筒螺杆的挤压搅拌和高温加热的作用，形成混合均匀的塑料熔体；

(7)塑料熔体在料筒螺杆的推动下进入模具本体1的中空开孔5，并与上进丝孔6和下进丝孔7引入的长纤维混合，最后从口模中央小孔挤出，形成连续的长纤维增强的复合材料；

(8)将新制备的连续长纤维增强复合材料通过水冷却装置定型，并由拉伸牵引装置缠绕在滚筒上。

本发明中，在挤出机机头和口模之间设置挤出机模具，模具本体1上开设有进丝孔，在进丝孔处引入长纤维，避免了长纤维在料筒中被剪切破碎，得到连续长纤维增强复合材料，极大地提升了复合材料的性能。

本发明生产的连续长纤维增强复合材料丝不仅可服务于结构机械上的直接利用，也可作为三维打印的原材料，相比于现在通过改造三维打印头的方法来分别引入长纤维丝和塑料丝，本发明挤出机模具生产的长纤维增强丝可直接作为原材料，无需改造现有商业化的三维打印机便可生产长纤维增强复合材料的物件，使用更加方便，适于推广应用。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种挤出机模具，其特征在于：包括模具本体，所述模具本体的中部设置有中空开孔，所述模具本体的正面中部设置有用于与机头末端相连接的进料口，所述模具本体的反面中部设置有用于与口模连接的出料口；所述模具本体的上侧和下侧分别开设有上进丝孔和下进丝孔，所述上进丝孔和下进丝孔均与所述中空开孔连通。

2.根据权利要求1所述的挤出机模具，其特征在于：所述进料口为内凹形成的中空圆形内腔，所述出料口为凸起形成的中空圆形外腔。

3.根据权利要求1所述的挤出机模具，其特征在于：所述模具本体上还设置有左侧板、右侧板、上侧板和下侧板，所述左侧板和右侧板相互平行，所述上侧板和下侧板相互平行。

4.根据权利要求3所述的挤出机模具，其特征在于：所述上进丝孔在所述上侧板的中部开口，所述下进丝孔在所述下侧板的中部开口；所述上进丝孔和下进丝孔上下垂直对称。

5.根据权利要求1所述的挤出机模具，其特征在于：所述上进丝孔通过上通孔与所述中空开孔连通，所述下进丝孔通过下通孔与所述中空开孔连通。

6.根据权利要求5所述的挤出机模具，其特征在于：所述上进丝孔和下进丝孔内插入有聚四氟乙烯塑料管。

7.根据权利要求1所述的挤出机模具，其特征在于：所述模具本体的四个边角处还设置有用于连接机头和口模的直孔。

8.一种生产连续长纤维增强复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)选用适当内径的聚四氟乙烯塑料管插入上进丝孔和下进丝孔；

(2)按所需生产复合材料的要求，从上进丝孔和下进丝孔分别引入连续长纤维；

(3)当长纤维通过上通孔和下通孔分别引入模具本体的中空开孔后，将口模内侧的凹起部位与模具本体的出料口衔接，并将引入的长纤维从口模中央小孔拉出；

(4)将口模和挤出机模具整体与挤出机机头连接，挤出机模具本体的进料口和机头的凸起部位切合，通过六角螺丝将口模、模具本体和机头进行紧固；

(5)将从口模拉出的长纤维固定在与口模中央共轴的拉伸牵引装置上，并按预设速度运行；

(6)运行挤出机，投料口加入热塑型材料，设定相应的转速、压力和温度，热塑型材料经过料筒螺杆的挤压搅拌和高温加热的作用，形成混合均匀的塑料熔体；

(7)塑料熔体在料筒螺杆的推动下进入模具本体的中空开孔，并与上进丝孔和下进丝孔引入的长纤维混合，最后从口模中央小孔挤出，形成连续的长纤维增强的复合材料；

(8)将新制备的连续长纤维增强复合材料通过水冷却装置定型，并由拉伸牵引装置缠绕在滚筒上。