CN108602224A - 注射将热塑性树脂和强化用纤维混合熔融后的熔融树脂的注塑成型机以及注塑成型机用螺杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种注塑成型机及其螺杆,在将强化用纤维与熔融树脂混合并进行注塑成型时,能够使强化用纤维在熔融树脂内均匀分散。设置于注塑成型机1的螺杆7在压缩部18的下游侧设置有混炼部17。在混炼部17设置有3条螺旋状的螺棱17a(x、y、z),并在与该螺棱17a、17a’的朝向相反的方向或相同的方向上形成有3条被配置为螺旋状的槽部17b、17b’。通过该槽部17b、17b’,能够将强化用纤维的纤维长度保持得长,即使压缩部18中的强化用纤维缠绕在一起,也能够在混炼部17内被解纤,在熔融树脂内的长纤维的剪切得到缓和且使强化用纤维均匀分散,从而得到良好的产品。

Description

注射将热塑性树脂和强化用纤维混合熔融后的熔融树脂的注 塑成型机以及注塑成型机用螺杆
技术领域
本发明涉及向合模后的模具的腔室内注射将热塑性树脂和强化用纤维混合熔融后的熔融树脂的注塑成型机以及用于该注塑成型机的螺杆,尤其涉及能够使用纤维长度更长的强化用纤维的注塑成型机以及用于该注塑成型机的螺杆。
背景技术
近年来,为了提高树脂成形品的强度,将被称为填料的竹子或纸浆等天然纤维、玻璃纤维、碳纤维等纤维与树脂混合来进行注塑成型。具体来说,有时向注塑成型机内投入纤维材料,将熔融的树脂与纤维混炼来进行注塑成型,对于更长的强化纤维来说,有时将预先含有长纤维的被称为长纤维强化热塑性树脂颗粒的树脂颗粒作为材料进行熔融来进行注塑成型。
本申请的发明人等作为课题,提供一种注塑成型机,该注塑成型机能够抑制向模具的腔室内注射填充的纤维强化热塑性树脂中所包含的强化用纤维断裂并且提高分散性,从而得到规定强度的成形体,并公开了以下内容:一种注塑成型机,从注塑喷嘴向合模后的模具的腔室内注射由热塑性树脂和强化用纤维形成的纤维强化热塑性树脂,其中,具有加热缸和能够旋转地设置于加热缸内的螺杆,在螺杆上具有压缩部和计量部,该压缩部将从供给口供给的纤维强化热塑性树脂向注塑喷嘴侧输送并且将其熔融和混炼,该计量部对从压缩部搬送来的被熔融和混炼后的纤维强化热塑性树脂进行计量,在计量部与压缩部之间形成有使强化用纤维分散的杜尔麦基(Dulmadge)部(专利文献1)。
对于专利文献1中的注塑成型机,描述有以下效果。
(1)通过在螺杆的计量部与压缩部之间形成有杜尔麦基部,能够在紧邻经由注塑喷嘴向模具的腔室注射填充之前,使加热缸内中被熔融和混炼后的纤维强化热塑性树脂中的强化用纤维的解纤作用变大,因此纤维分散性变得良好。因此,能够通过提高强化用纤维的分散性来得到规定强度的成形体。
(2)进一步,通过在螺杆的计量部与压缩部之间形成有杜尔麦基部,能够有效地分散强化用天然纤维,另一方面,即使是比较容易弯折、断裂的强度弱的强化用天然纤维(竹、黄麻、麻等天然纤维),也能够使其不会变得比规定尺寸短。因此,即能够使强化用天然纤维的残存纤维长度不变短,还能够保证强化用天然纤维对热塑性树脂的混炼分散性,从而能够得到规定强度的成形体。
(3)进一步,螺杆的杜尔麦基部并不是远离注塑喷嘴的压缩部,其形成在靠近注塑喷嘴的计量部与压缩部之间,由此,即使伴随着螺杆的旋转,强化用纤维在压缩部缠绕在一起,也能够通过杜尔麦基部将缠绕在一起的强化用纤维解开并使其分散,并将包含有被分散后的强化用纤维的纤维强化热塑性树脂,经由注塑喷嘴向模具的腔室注射填充,因此能够更可靠地得到规定强度的成形体。
当前,在汽车部件以及飞机部件等中,大量使用玻璃纤维强化热塑性树脂(GFRTP)以及碳纤维强化热塑性树脂(CFRTP)等。这些强化热塑性树脂的强度严重依赖成形品中的纤维的长度,优选在留下尽可能长的纤维的状态下成型。
因此,也在尝试使用长纤维的强化热塑性树脂。但是,若将玻璃纤维或碳纤维与热塑性树脂混合并进行注塑成型,则由于通过螺杆进行的混炼可塑化工序中的剪切作用,纤维容易折断,且纤维长度变短至百分之几的长度。而且,若混入树脂的纤维的长度变长,则在注塑成型机的压缩部内,被混炼在熔融树脂的纤维可能缠绕在一起,难以使纤维分散。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-131042号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于,对注射将热塑性树脂和强化用纤维混合熔融后的熔融树脂的注塑成型机以及该注塑成型机所使用的螺杆进行改良。详细地说,其目的在于提供一种注塑成型机及其使用的螺杆,在将作为填料的强化用纤维与熔融树脂混合、熔融并注射时,不会因熔融树脂内的剪切力而切断强化用纤维,能够均匀地搅拌混合。更详细地说,其目的在于提供一种注塑成型机以及该注塑成型机所使用的螺杆,即使与树脂混合的强化用纤维的长度变长,长纤维也难于被截断为短纤维,并能够使长纤维在树脂内均匀分散。即,本发明的课题在于,使熔融树脂中的长纤维均匀分散来影响注塑成型机,其作用效果归属于注塑成型机的效果。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的,本发明的注塑成型机,具有能够旋转地设置于加热缸内的螺杆,从安装于该加热缸前端的注塑喷嘴向合模后的模具的腔室内注射将热塑性树脂和强化用纤维混合熔融后的熔融树脂,其特征在于,
在所述螺杆上具有压缩部和混炼部,所述压缩部向前方输送材料并且将其熔融、混炼和压缩,所述混炼部对从该压缩部输送来的由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融材料进行搅拌和混炼并使其分散,所述压缩部以及该压缩部的下游侧的混炼部分别由螺旋状的螺棱构成,
所述压缩部的螺旋状的螺棱由一条连续的螺旋状的螺杆螺棱形成,所述螺杆螺棱的螺距沿着材料的输送方向逐渐变窄,
所述混炼部的螺旋状的螺棱在所述螺棱的表面上形成有多个槽部,而不形成为连续的螺旋状的螺棱。
进一步,根据本发明的注塑成型机,其特征在于,形成于所述混炼部的螺棱的表面上的多个槽部被配置为螺旋状,该螺旋状的方向与该螺棱的螺旋方向以交叉角度α交叉,从而发挥所述混炼部的对材料进行搅拌和混炼并使其分散的功能,其中,30°≤α≤150°。
本发明的注塑成型机用螺杆,能够旋转地设置于注塑成型机的加热缸内,其特征在于,
该螺杆具有压缩部和混炼部,所述压缩部从后端侧向前方输送由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融材料并且将其熔融、混炼和压缩,所述混炼部对由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融材料进行搅拌和混炼并使其分散,
所述压缩部以及该压缩部的下游侧的混炼部分别由螺旋状的螺棱构成,
所述压缩部的螺旋状的螺棱由一条连续的螺旋状的螺杆螺棱形成,所述螺杆螺棱的螺距沿着材料的输送方向逐渐变窄,
所述混炼部的螺旋状的螺棱在所述螺棱的表面上形成有多个槽部,而不形成为连续的螺旋状的螺棱。
进一步,在本发明的注塑成型机用螺杆中,优选形成于所述混炼部的螺棱上的多个槽部的螺旋状的配置以30°~150°的角度与所述混炼部的螺棱的螺旋方向交叉。通过将所述槽的角度设置在上述范围内,即使是纤维长度长的纤维材料,也能够容易地解纤。
进一步,在本发明的注塑成型机用螺杆中,其特征在于,对于配置多个所述槽部而形成的螺旋状配置的螺距Pa与所述混炼部的螺棱的螺距Pb的比,若将所述螺棱的螺旋状的螺距Pb设定为1,则配置多个所述槽部而形成的螺旋状配置的螺距Pa形成为1Pb≤Pa≤3Pb。
进一步,在本发明的注塑成型机用螺杆中,其特征在于,对于配置多个所述槽部而形成的螺旋状配置的螺距Pb与螺杆径D的比,若将所述螺杆径D设定为1,则形成为1D≤Pb≤2D。
发明的效果
本发明提供一种注塑成型机以及该注塑成型机所使用的螺杆,即使与树脂混合的强化用纤维的长度变长,也能够使长纤维难以被截断为短纤维,并使长纤维在树脂内均匀分散。
在本发明中,混炼部的螺棱在与该螺棱的螺旋方向交叉的螺旋方向上形成有多个槽部,而不形成为连续的螺旋状的螺棱,因此在向注塑成型机内投入树脂时,熔融后的树脂产生沿着混炼部的螺棱输送而形成的流动(图6的箭头A)和沿着槽部与输送方向交叉的逆向的流动(图6的箭头B)。由此,在混炼部内的树脂流被分散且被充分地搅拌混合。
另外,在使用作为材料的树脂中混合有纤维材料的树脂颗粒时,即使在压缩部中纤维材料缠绕在一起,也能够在混炼部通过分散和搅拌来使缠绕解开。因此,在本发明的注塑成型机中,即使是混合有长纤维材料的材料,也能够使纤维材料在树脂中均匀分散并对其搅拌。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的注塑成型机的概略结构图。
图2是示出本发明的一个实施方式的注塑成型机中的成型工序的图。
图3是示出本发明的一个实施方式的注塑成型机所使用的螺杆的说明图。
图4是示出图3的螺杆的混炼部的说明图。
图5是示出与图3不同的实施方式的螺杆的混炼部的说明图。
图6是用于示出图3的螺杆的压缩部的螺旋状螺棱与混炼部的螺棱的配置关系的螺杆在圆周方向上的展开图。
图7是示出图6的混炼部中的螺棱的螺旋状与槽部的螺旋状配置的交叉关系的说明图。
图8是示出第一成形品以及第二成形品的纤维长度的分布的柱状图。
具体实施方式
以下,参照图1~7说明本发明的一个实施方式的注塑成型机以及用于该注塑成型机的螺杆。图1所示的注塑成型机1是处于向合模后的模具的腔室内注射熔融树脂的状态的注塑成型机。注塑成型机1具有机座2、设置于机座2上的注塑单元3和合模单元4。
对于本说明书中的“前方”、“后方”的用语,“前方”是图1所示的左侧方向的意思,“后方”是图1所示的右侧方向的意思。
本发明与之前的申请的发明进行比较,其结构并没有不同,通过对基于该结构的功能以及作用进行详细研究来明确地说明。
注塑单元3具有筒型的加热缸5、设置于加热缸5的前端的注塑喷嘴6、设置于加热缸5的内部的螺杆7、驱动螺杆7进行旋转的旋转驱动装置8、用于投入材料的料斗9和将从料斗9投入的材料向螺杆7供给的料斗区(hopper block)10。一般来说,从料斗9投入的材料是被称作长纤维强化热塑性树脂颗粒的材料。
在加热缸5的周围,设置有用于对加热缸5加热的加热器11。另外,在料斗区10的内部,设置有用于将料斗9内的材料向加热缸5以及螺杆7供给的供给口10a。
合模单元4具有固定模板12、可动模板13和肘杆机构14,在固定模板12上安装有固定模具15,在可动模板13上安装有可动模具16。通过未图示的马达驱动肘杆机构14,使可动模板13向图1中的左方移动进行开模,使可动模板13向右方移动进行合模。
接着,参照图3至图7,说明本实施方式的注塑成型机所使用的螺杆7的结构。对于螺杆7,将图3的左侧称为前方,将右侧称为后方。在图3中,从材料的供给侧朝向前方,在螺杆上按顺序设置有将材料熔融、混炼和压缩的压缩部18、在其前方将材料搅拌和混炼并使其分散的混炼部17和挡环部20。
对于设置于螺杆7的后方的压缩部18,在螺杆7的表面上形成有1条连续的螺旋状的螺杆螺棱18a,该螺棱18a的供给侧的后方部分的螺距大,越向前方螺距逐渐变得越窄。通过这样朝向前方螺距逐渐变窄的连续的1条螺旋状的螺杆螺棱18a,能够发挥对熔融后材料的混炼功能和压缩功能。在此,“1条螺旋”的用语是一个连续的螺旋状的意思。
如图4以及图6所示,在本实施方式中,与压缩部18连续的混炼部17形成为螺旋状且具有3条(图6中的x、y、z)。即,混炼部17的螺棱17a由3条螺旋状的螺棱形成,且成为与压缩部18的螺杆螺棱18a相同方向的螺旋结构。
本实施方式中的混炼部17由3条螺旋状的螺棱17a(x、y、z)构成。虽然被分别配置为连续的3条螺旋状的螺棱,但为了不形成为分别连续的螺旋状的螺棱而通过槽部17b截断,从而构成配置在各条螺旋状的螺棱上的多个独立的螺棱单元17c。分别在3条螺旋状的螺棱17a(x、y、z)上形成有多个槽部17b,多个槽部配置为螺旋状且具有3条(m、n、o),其方向形成为以α的角度与压缩部18的螺旋状的螺旋方向交叉的相反方向(图6)。
图6是螺杆7在圆周方向上的展开图,示出了设置于压缩部18的1条螺旋状的螺棱18a、设置于与其连续的混炼部17的3条螺旋状的螺棱17a(x、y、z)以及分别形成于3条螺旋状的螺棱17a上的槽部所构成的3条螺旋状的配置(m、n、o)之间的关系。这样形成的螺旋状的螺棱的形状,一般被称作杜尔麦基型。
该槽部17b从螺棱17a的表面向内部凹入,且被配置为螺旋状且具有3条(m、n、o),与螺棱17a的螺旋状(x、y、z)的交叉角度α形成在30°~150°的范围内。在本实施方式中,作为优选的例子,以51.04°交叉。在此,“凹入”这个用语并没有限定其加工方法的意思,只要是通过槽部17b截断连续的螺旋状的螺棱17a,构成独立的多个螺棱单元17c即可。
如图7所示,允许螺旋状的螺棱17a与配置为螺旋状的多个螺棱单元17c之间的交叉角度α在30°≤α≤150°的范围内是指以下两种状态:
(1)30°≤α<多个螺棱单元17c的螺旋状配置与螺杆轴垂直的状态;
(2)多个螺棱单元17c的螺旋状配置与螺杆轴垂直的状态<α≤150°。
上述状态(1)中的交叉的情况是,配置为螺旋状的多个螺棱单元17c的螺旋方向与螺旋状的螺棱17a形成为相同方向,上述状态(2)中的交叉的情况是,配置为螺旋状的多个螺棱单元17c的螺旋方向与螺旋状的螺棱17a形成为相反方向。
这样,在本发明的注塑成型机用螺杆中,优选混炼部的槽部的螺旋状排列成为在与混炼部的螺棱的螺旋方向相反的方向(上述(2))上交叉的状态。另外,能够使混炼部的槽部的螺旋状排列成为在与混炼部的螺棱的螺旋方向相同的方向(上述(1))上交叉的状态。在本发明中,通过这样的结构,在通过所述槽部17b输送熔融树脂时,熔融材料的流动被分流为沿着流动方向的输送方向A和相反方向B,由此能够使长纤维分散并提升搅拌效果。
另外,混炼部的槽部17b的螺旋状配置的螺距Pb能够形成为与混炼部的螺旋状的1条螺棱17a的螺距Pa相同或不同的螺距。即,对于混炼部的槽部17b的螺旋状配置的螺距Pb与混炼部的螺棱17a的螺距Pa之间的比,若将螺棱的螺距Pa设定为1,则优选使Pb形成为1~3。
1Pa≤Pb≤3Pa
此外,在图6的展开图所示的实施方式中,Pa=Pb=36mm。
此外,作为优选的一个实施例,若将螺旋状的螺棱17a的螺距Pa设定为Pa=1,则可以使槽部17b的螺旋状配置的螺距Pb形成为Pb=2。如图4所示,槽部17b的深度Hb与螺棱17a的高度Ha的尺寸基本相同。此外,对于螺棱17a的螺旋状螺距Pa,若将螺杆径D设定1,则
优选1D≤Pa≤2D。
此外,在图6的展开图所示的实施方式中,Pa=1.5D=36mm。
此外,在本发明中,在说明混炼部17的螺棱的功能和作用的说明中,在说明各个螺棱单元的功能时,将其作为螺棱单元17c的作用进行说明,在说明混炼部17的螺棱整体的功能时,将其作为螺棱17a的作用进行说明。
接着,参照图1,说明本实施方式的注塑成型机1的动作。
首先,在注塑单元3中,通过加热器11对加热缸5进行加热。在合模单元4中,通过肘杆机构14使可动模板13向图1中的右侧移动,从而使可动模具16与固定模具15合模。在该可动模具16与固定模具15的内部形成有未图示的腔室。
向这样的结构的注塑成型机1中投入材料(长纤维强化热塑性树脂颗粒)。被投入的材料是预先含有强化用纤维的热塑性树脂颗粒。
作为热塑性树脂,根据成形品的使用目的等适当选择聚酰胺树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、聚对苯二甲酸乙二酯树脂以及聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等。
另外,作为强化用纤维,除了竹子或纸浆等天然纤维,还可适当选择玻璃纤维、碳纤维、金属纤维或碳纳米纤维等的纤维。另外,也能够根据成形品的使用目的等来适当选择纤维长度。纤维长度为3mm以上的长度,优选5mm以上10mm左右的长纤维。
在图2中说明了本发明的实施方式的注塑成型机的注塑工序。对于热塑性树脂以及强化用纤维,强化用纤维的长度越长,则越难以均匀地混炼,因此能够想到从料斗9分别投入材料,或者在使其适当混合后的状态下投入材料,但一般来说,使用预先含有强化用纤维的热塑性树脂颗粒。
在S10中,投入料斗9内的材料颗粒经由供给口10a导入加热缸5内。在加热缸5内,通过旋转驱动装置8使螺杆7旋转,通过螺杆7的旋转,将从料斗9供给的原料从供给口10a的附近输送至加热缸5的前方。
在加热缸5内,通过设置于螺杆7的压缩部18的螺杆螺棱18a向前方输送材料,并且通过来自加热器11的热量逐渐熔融热塑性树脂,并将其与强化用纤维一起混炼。被螺杆7的压缩部18充分地熔融以及混炼的材料,借助螺杆螺棱18a的螺距逐渐变窄的压缩部18而被熔融、混炼和压缩(S20),并被输送至前方,从而到达混炼部17。
通过图6说明混炼部17的详细结构。图6是用于示出图3的螺杆压缩部的螺旋状的螺棱与混炼部的螺棱的配置关系的螺杆在圆周方向上的展开图,更详细地示出了混炼部17中的螺棱17a的结构。将图6的展开图绕O-O轴卷360°则变为螺杆7的各个螺棱在圆周上的配置位置。
在混炼部17中,熔融后的材料通过3条螺旋状的螺棱17a(x、y、z),接着压缩部18中的混炼继续被搅拌和混炼且使纤维分散。另外,混炼部17的各个螺棱17a并不形成分别连续的螺旋状,由于在与各个螺棱17a的螺旋方向相反的方向上被设置为螺旋状的槽部17b的3条螺旋状排列(m、n、o),所以各个螺棱17a由将连续的螺旋状切断而分别独立的多个螺棱单元17c的排列构成。由此能够发挥混炼部17的搅拌和混炼并分散的功能(S30)。在本说明书中,作为最佳实施例,形成槽部17b的3条螺旋状排列(m、n、o),但并不限于形成3条螺旋状排列。可以是1条螺旋状排列,也可以是其他的多条螺旋状排列。
如图6中的箭头A、箭头B所示,根据如上所述的混炼部17的螺棱17a的配置结构,例如若通过螺旋排列z的螺棱单元17c向材料的压缩和输送的方向送出的熔融树脂通过槽部17b被输送至前面的一个螺旋排列x,则向箭头A的方向和箭头B的方向分流。这样,在被各个螺棱单元17c输送的材料的方向的相反方向上,产生熔融材料的流动。通过这一部分的熔融材料的逆流B产生搅拌效果,从而使熔融树脂内的强化用纤维在熔融树脂内进一步地均匀分散。另外,因为一部分熔融材料向箭头B的方向逆流,并不是继续连续地压缩,因此作用于树脂的剪切力得到缓和,作用于长纤维的断裂力也得到缓和。由此达到搅拌、混炼以及分散动作(S30)。
在将强化纤维作为材料混入热塑性树脂内时,在加热缸5内,通过螺杆7的压缩部18使树脂熔融并与强化纤维混炼,但因为形成于螺杆7的螺棱18a的螺距逐渐变窄,树脂被混炼并被压缩,因此剪切力作用于强化纤维,根据强化纤维的长度,会出现在压缩部内缠绕在一起,长纤维被切断成短纤维等现象。在本实施方式中,因为在螺杆7的压缩部18的前方侧设置有上述结构的混炼部17,所以因混炼部17内的熔融材料的一部分逆流所形成的流动而解除剪切力,缠绕在一起的强化纤维被解纤,从而使长的强化纤维在熔融树脂内均匀分散。
在本说明书中,“解纤”的用语表示通过对缠绕在一起的长纤维进行搅拌而解开的作用。
这样,对于强化纤维在混炼部17内被分散的熔融材料,从混炼部17被输送至挡环部20并被计量(S40)的材料,经由注塑喷嘴6被注射至合模后的模具15、16内(S50)。在模具15、16内,因为强化纤维均匀地分散于被注射的熔融材料中,所以形成强度均匀的成形品。
接着,参照图1以及图5,说明第二实施方式的注塑成型机1’及其使用的螺杆7’。对于注塑成型机1’,除了设置于加热缸5内部的螺杆的结构不同以外,具有与上述第一实施方式的注塑成型机1相同的结构。在该第二实施方式中,对于与第一实施方式相同的结构,标注相同的附图标记并省略详细的说明。注塑成型机1’的成型顺序与图2相同,因此不再次进行说明。
如图5所示,对于螺杆7’,沿着材料的输送方向设置有压缩部18,在其前方设置有混炼部17’,在其更靠前方的端部附近设置有挡环部20,以防止被计量的材料在注射时逆流。
如图5所示,在螺杆7’的压缩部18形成为1条螺旋状的螺棱18a,混炼部17的螺棱17a’与第一实施方式相同,形成为3条螺旋结构。压缩部18的1条螺旋状的螺棱18a形成为与混炼部17的螺棱17a’的螺旋方向相同的螺旋状结构。
附图示出了本实施方式的混炼部17在3条螺旋状的螺棱17a’上具有形成在与其螺旋方向相同的方向上的槽部17b’。该槽部17b’是从螺棱17a’的表面向内部凹入的3条螺旋状的切槽,来避免形成连续的螺棱的结构,多个独立的螺棱单元17c’以螺旋状配置构成混炼部17。
在具体的第二实施方式中,排列有多个螺棱单元17c’而形成的螺旋状配置的螺旋角度与螺棱17a’的螺旋状之间的交叉角度α’形成为30°(若以角度α的值来表示则为150°)。此外,对于槽部17b’的螺距Pb’,若将螺棱17a’的螺距Pa’设定为1,则形成为Pb’=3×Pa’。
另外,槽部17b’的深度与螺棱17a’的高度大致相同。另外,对于螺棱17a’的螺距Pa’,若将螺杆径D设定为1,则Pa’=1.5×D。
接着,说明通过具有上述第一实施方式的螺杆7的注塑成型机1以及具有第二实施方式的螺杆7’的注塑成型机1’得到的成形品。在此,将由第一实施方式的注塑成型机1制造的成形品作为第一成形品,将由第二实施方式的注塑成型机1’制造的成形品作为第二成形品。
作为原料,第一成形品以及第二成形品都使用玻璃纤维强化热塑性树脂(GFRTP)颗粒(FUNCSTER-LR22W,日本聚丙烯株式会社制造)。玻璃纤维的含有量为20质量%,颗粒内的纤维长度为10mm,纤维直径为16μm。另外,成型机使用东洋机械金属株式会社制造的注塑成型机(PLASTERET-40V)。通过该成型机注塑成型基于《JISK7161》的哑铃形试片。成型条件如表1所示。
(表1)
项目 单位
螺杆旋转速度 rpm 100
背压 MPa 2.7
保压 MPa 25
加热缸温度 200
工具温度 70
注塑速度 mm/s 50
保持时间 s 12
冷却时间 s 12
对于这些第一成形品以及第二成形品,测定残存纤维长度(mm)、纤维分散性、拉伸强度(MPa)以及拉伸强度偏差。
(表2)
如表2所示,第一成形品的残存纤维长度为6.37mm。第二成形品的平均残存纤维长度为5.34mm。通过以下的方法测定这些纤维长度。首先,在550℃的电炉内烘烤试片,仅使树脂气化,取出玻璃纤维。使取出的纤维在培养皿的水中分散,在立体显微镜中拍摄纤维。将拍摄的图像导入计算机,使用图像处理软件来测定纤维长度。测定根数为各螺杆1000根。在纤维长度的评价方法中使用式1的纤维重量平均长度LW。在此,L为各纤维长度。
(式1)
通常,这种玻璃纤维残存纤维长度,最长也只有3mm左右,第一成形品以及第二成形品都得到良好的结果。另外,若将第一成形品与第二成形品进行比较,则发现第一成形品的残存纤维长度比第二成形品提高了大约19.2%。
在此,图8的柱状图示出第一成形品以及第二成形品的纤维长度的分布。在该柱状图中,第一成形品的纤维长度长的纤维的比率大。第二成形品虽然在3~5mm的部分观察到峰值,但与使用了现有螺杆而成的成形品相比较,其峰值向纤维长度长的一方偏移。
从该结果可知,第一成形品以及第二成形品与通过现有注塑成型机成型的成形品相比较,残存纤维长度变长。注塑成型中的纤维折损有多个主要原因,其中很大程度是因为剪切应力。对于该剪切应力,螺杆表面与树脂之间或加热缸内面与树脂之间的速度差等具有很大影响。在第一以及第二实施方式的螺杆7、7’的混炼部设置有槽部17b、17b’,其结果是熔融树脂的流路变宽、流速变低,变得难以受到剪切的影响,由此推测能够抑制纤维折损。
另外,如表2所示,第一成形品的纤维分散性为0.785,第二成形品为0.711。在纤维分散性的评价中使用了“分形维数”。首先,在中央部分切断试片,使用环氧树脂进行树脂填埋,再研磨断面的表面。在显微镜中拍摄研磨面,仅对图像内的纤维涂上颜色,使其二值化。将作为对象的分散图像的纵向以及横向分割n份,从而得到n2个的元素。算出各元素内中的纤维的面积率,并算出其平均值a以及标准偏差σa,通过下式求解变动系数Cv(n)。
(式2)
具体来说,使n进行各种变化来求解Cv(n),以x轴为1/n,y轴为Cv(n)来绘制双对数坐标图(图示省略)。当两者间形成线性关系时,其直线的斜率乘以-1就是分形维数D。分形维数D越大分散性越良好。在本实验中,设定n=27~34且其增量为1,根据8张照片算出维数。
通常,含有该种玻璃纤维的成形品的纤维分散性在0.6左右,第一成形品以及第二成形品都得到了良好的结果。另外,若将第一成形品与第二成形品进行比较,则发现第一成形品的纤维分散性比第二成形品提高大约10.4%。
另外,如表2所示,第一成形品的拉伸强度为90.73MPa,第二成形品为87.90MPa。以《JISK 7164》为基准测定拉伸强度。通常,含有这种玻璃纤维的成形品的拉伸强度是85左右,第一成形品以及第二成形品都得到了良好的结果。另外,若将第一成形品与第二成形品进行比较,则发现第一成形品的拉伸强度比第二成形品提高大约3.2%。
接着,若观察拉伸强度的偏差(标准偏差),则第一成形品的最大拉伸强度为94.11MPa,最小拉伸强度为85.00MPa,标准偏差为3.12。第二成形品的最大拉伸强度为92.30MPa,最小拉伸强度为78.91MPa,标准偏差为3.98。通常,含有这种玻璃纤维的成形品的拉伸强度的偏差超过4,第一成形品以及第二成形品都得到了良好的结果。另外,若将第一成形品与第二成形品进行比较,则发现第一成形品的拉伸强度的偏差比第二成形品提高大约25.5%。
此外,在上述实施方式中,使设置于混炼部17的槽部17b的配置形成为3条螺旋状,但不限于此,设置槽部而形成的螺旋的条数可以根据强化纤维的材质或长度进行适当变更。另外,能够将槽部17b与螺棱17a之间的角度α设定为30°~150°,优选50°~85°。
另外,槽部17b的螺距Pb相对于螺棱17a的螺距Pa的比例并不限定于图示的状态,能够是1:1至3:1左右的比例。另外,槽部17b的形状可以不是螺旋状,而是随机配置的槽部所形成的排列。
本发明涉及一种注塑成型机,从安装于加热缸前端的注塑喷嘴向合模后的模具的腔室注射由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融树脂,其特征在于,具有所述加热缸以及能够旋转地设置于该加热缸内的螺杆;所述螺杆具有:压缩部,将材料向前方输送并且将其熔融和混炼,计量部,对从所述压缩部输送过来的材料进行计量,杜尔麦基型的混炼部,在所述压缩部和所述计量部之间具有螺旋状的螺棱;所述混炼部在所述螺棱的表面形成有向内部凹入的槽,所述槽设置在与所述螺棱的螺旋方向交叉的方向上。
另外,本发明涉及一种螺杆,能够旋转地设置于注塑成型机的加热缸内,其特征在于,所述螺杆具有:压缩部,将材料向前方输送并且将其熔融和混炼,计量部,对从所述压缩部输送过来的材料进行计量,杜尔麦基型的混炼部,在所述压缩部和所述计量部之间具有螺旋状的螺棱;所述混炼部在所述螺棱的表面形成有向内部凹入的槽,所述槽设置在与所述螺棱的螺旋方向交叉的方向上。
即,对于本发明,无论是注塑成型机还是其使用的螺杆,都不是必须在压缩部与计量部之间具备具有螺旋状的螺棱的混炼部,在压缩部的下游侧设置混炼部是发明的本质技术特征。即,并不是必须设置计量部。
附图标记说明
1、1’…注塑成型机
5…加热缸
7、7’…螺杆
17…混炼部
17a、17a’…螺棱(混炼部)
17b、17b’…槽部
18…压缩部
18a…螺棱(压缩部)
20…挡环部

Claims (6)

1.一种注塑成型机,具有能够旋转地设置于加热缸内的螺杆,从安装于该加热缸前端的注塑喷嘴向合模后的模具的腔室内注射将热塑性树脂与强化用纤维混合熔融后的熔融树脂,其特征在于,
在所述螺杆上具有压缩部和混炼部,所述压缩部向前方输送材料并且将其熔融、混炼和压缩,所述混炼部对从该压缩部输送来的由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融材料进行搅拌和混炼并使其分散,所述压缩部以及该压缩部的下游侧的混炼部分别由螺旋状的螺棱构成,
所述压缩部的螺旋状的螺棱由一条连续的螺旋状的螺杆螺棱形成,所述螺杆螺棱的螺距沿着材料的输送方向逐渐变窄,
所述混炼部的螺旋状的螺棱在所述螺棱的表面上形成有多个槽部,而不形成为连续的螺旋状的螺棱。
2.根据权利要求1所述的注塑成型机,其特征在于,
形成于所述混炼部的螺棱的表面上的多个槽部被配置为螺旋状,该螺旋状的方向与该螺棱的螺旋方向以交叉角度α交叉,从而发挥所述混炼部的对材料进行搅拌和混炼并使其分散的功能,其中,30°≤α≤150°。
3.一种注塑成型机用螺杆,能够旋转地设置于注塑成型机的加热缸内,其特征在于,
该螺杆具有压缩部和混炼部,所述压缩部从后端侧向前方输送由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融材料并且将其熔融、混炼和压缩,所述混炼部对由热塑性树脂和强化用纤维形成的熔融材料进行搅拌和混炼并使其分散,
所述压缩部以及该压缩部的下游侧的混炼部分别由螺旋状的螺棱构成,
所述压缩部的螺旋状的螺棱由一条连续的螺旋状的螺杆螺棱形成,所述螺杆螺棱的螺距沿着材料的输送方向逐渐变窄,
所述混炼部的螺旋状的螺棱在所述螺棱的表面上形成有多个槽部,而不形成为连续的螺旋状的螺棱。
4.根据权利要求3所述的注塑成型机用螺杆,其特征在于,
形成于所述混炼部的螺棱上的多个槽部的螺旋状的配置以30°~150°的角度与所述螺棱的螺旋方向交叉。
5.根据权利要求3或4所述的注塑成型机用螺杆,其特征在于,
对于配置多个所述槽部而形成的螺旋状配置的螺距Pa与所述混炼部的螺棱的螺距Pb的比,若将所述螺棱的螺旋状的螺距Pb设定为1,则配置多个所述槽部而形成的螺旋状配置的螺距Pa形成为1Pb≤Pa≤3Pb。
6.根据权利要求3或4所述的注塑成型机用螺杆,其特征在于,
对于配置多个所述槽部而形成的螺旋状配置的螺距Pb与螺杆径D的比,若将所述螺杆径D设定为1,则形成为1D≤Pb≤2D。
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