CN108727689A - 一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统及制备方法。这种生产系统包括依次连接的混料机、双螺杆挤出机、长玻纤浸渍机、冷却水槽、吹干机、牵引联动机、切粒机、上料机和干燥机；还包括依次连接的自动控制退捻装置和纤维预处理装置，纤维预处理装置的纤维出料端与长玻纤浸渍机的机头相连接。同时还公开了一种使用该生产系统制备长玻纤增强聚丙烯材料的方法。通过本发明的长玻纤增强聚丙烯材料生产系统制备聚丙烯，可有效改善聚丙烯的性能，减少断纤、玻纤缠结、玻纤毛和白班等现象。所制得的聚丙烯质轻、价廉且加工容易，可代替金属制件应用于汽车和电器行业。

Description

一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统及制备方法
技术领域
本发明涉及一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统及制备方法。
背景技术
长玻纤增强聚丙烯指的是纤维单向排布的粒料，其纤维长度与粒料长度相等，一般大于5mm。在国内，长玻纤的研究仍处于起步阶段，长玻纤一般用于改善高分子材料的力学性能。
与金属材料和热固性复合材料相比，长玻纤塑料密度低，相同部件重量可减轻20～50％；长玻纤塑料能为设计人员提供更大的设计灵活性，比如可成型形状复杂的部件，集成零部件使用数量，节约模具成本(一般长玻纤塑料注塑模具的成本约为金属冲压模具成本的20％)，减少能耗(长玻纤塑料的生产能耗仅为钢制品的60～80％、铝制品的35～50％)，简化装配工序。在实际应用中可以以塑代钢和取代增强工程塑料，满足轻武器包装箱、汽车领域、家电等领域使用要求。
在材料替代方面，长玻纤塑料类制品可同时起到减重、降本的作用。之前是短玻纤尼龙材料代替金属材料，近几年随着轻量化材料应用开发，长玻纤增强聚丙烯材料在越来越多的汽车部件上逐步代替了短玻纤尼龙塑料，这样进一步推广了LGFPP材料在汽车上的研究与应用。但现有的长玻纤增强聚丙烯生产技术和设备仍然存在不足，长玻纤增强聚丙烯胶粒外观不光滑，露纤，长玻纤容易缠结，产生白斑(透明件)，生产不稳定，容易断纤，这些缺陷限制的长玻纤增强聚丙烯的产能和应用，设备和工艺急需改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统及制备方法，通过该生产系统制备聚丙烯材料能够减少甚至消除玻纤缠结和断纤，提高生产效率，提高产品的性能和外观。
本发明所采取的技术方案是：
一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，包括依次连接的混料机、双螺杆挤出机、长玻纤浸渍机、冷却水槽、吹干机、牵引联动机、切粒机、上料机和干燥机；还包括依次连接的自动控制退捻装置和纤维预处理装置，纤维预处理装置的纤维出料端与长玻纤浸渍机的机头相连接。
生产系统中，自动控制退捻装置和牵引联动机分别与PLC控制装置相连接。
生产系统中，双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机；双螺杆挤出机的螺杆直径为52mm～95mm，长径比为36:1～44:1。
生产系统中，双螺杆挤出机的加料段设有冷却装置，冷却装置的冷却温度为80℃～110℃。
生产系统中，纤维预处理装置由6～10个张力辊组成，张力辊设有加热装置。
一种长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，是使用上述的生产系统进行制备长玻纤增强聚丙烯材料。
本发明的有益效果是：
通过本发明的长玻纤增强聚丙烯材料生产系统制备聚丙烯，可有效改善聚丙烯的性能，减少断纤、玻纤缠结、玻纤毛和白班等现象。所制得的聚丙烯质轻、价廉且加工容易，可代替金属制件应用于汽车和电器行业。
具体而言，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)长玻纤增强聚丙烯生产更稳定，断纤情况减少；
2)玻纤在PP中分散均匀，长玻纤增强聚丙烯成品粒子表面光滑，没有玻纤毛；
3)通过本发明系统制备得到的长玻纤增强聚丙烯其性能比普通设备提高10％；
4)玻纤缠结减少甚至消失，注塑制件没有出现白斑。
附图说明
图1是长玻纤增强聚丙烯材料生产系统的示意图。
具体实施方式
一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，包括依次连接的混料机、双螺杆挤出机、长玻纤浸渍机、冷却水槽、吹干机、牵引联动机、切粒机、上料机和干燥机；还包括依次连接的自动控制退捻装置和纤维预处理装置，纤维预处理装置的纤维出料端与长玻纤浸渍机的机头相连接。
优选的，生产系统中，自动控制退捻装置和牵引联动机分别与PLC控制装置相连接。
进一步的，生产系统中，自动控制退捻装置由PLC装置控制，放纤速率由玻纤捆内径大小和玻纤牵引速率决定，具有可修正的解捻系数。
进一步的，生产系统中，自动控制退捻装置和牵引联动机同步联动，通过调整牵引速度控制玻纤退捻速度。
优选的，生产系统中，双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机；双螺杆挤出机的螺杆直径为52mm～95mm，长径比为36:1～44:1。
优选的，生产系统中，双螺杆挤出机的加料段设有冷却装置，冷却装置的冷却温度为80℃～110℃。
优选的，生产系统中，纤维预处理装置由6～10个张力辊组成，张力辊设有加热装置。
优选的，生产系统中，纤维预处理装置的张力辊可以在0～90°调整。
优选的，生产系统中，上料机为真空上料机。
一种长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，是使用上述的生产系统进行制备，包括以下步骤：
1)将聚丙烯树脂和助剂在混料机混合后，送至双螺杆挤出机中熔融塑化，所得的胶料送至长玻纤浸渍机的机头；
2)长玻璃纤维从自控控制退捻装置中牵引出来，送至纤维预处理装置处理，预处理后的长玻璃纤维送至长玻纤浸渍机的机头；
3)胶料和长玻璃纤维在长玻纤浸渍机中混合挤出，挤出料经冷却水槽冷却，吹干机处理成型，再通过牵引联动机进入切粒机切成胶粒，然后通过上料机将胶粒吸附到干燥机干燥，出料，得到长玻纤增强聚丙烯材料。
优选的，长玻纤增强聚丙烯材料中，聚丙烯树脂、助剂和长玻璃纤维的质量比为(4～6)：1：(3～5)。
优选的，长玻纤增强聚丙烯材料中，长玻璃纤维的直径为5μm～15μm，长度为6mm～25mm。
优选的，长玻纤增强聚丙烯材料中，助剂为抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、阻燃剂、润滑剂、成核剂、相容剂、填充剂、增塑剂中的至少一种。
附图1是长玻纤增强聚丙烯材料生产系统的示意图。下面结合图1，对本发明的生产系统做进一步说明。
本发明的主要生产工艺为挤出成型工艺。使用双螺杆挤出机，可以更好的塑化胶料，长玻纤增强聚丙烯的助剂一般含有较多抗氧剂和润滑剂等低熔点助剂，但是长玻纤增强聚丙烯的加工温度一般在250～275℃，加料段的温度偏高，会使低熔点助剂软化在进料端，不能更好的输送到混料段，成为配方的重要部分，所以加料段配置强冷却装置，使低熔点助剂不容易融化，同PP胶粒一起输送到混料段。
通常玻纤的放纤方式是内抽式。内抽式的放纤方式速率快，但是由于纤维在抽出的过程中，伴随有螺旋生成，每抽出一圈，便会生成一个螺旋，纤维束在后续受到拉伸作用，螺旋会积聚成一个扭结，进而在制件中产生白斑，而且玻纤分散不均匀，性能下降。本发明采用自动控制退捻装置，通过PLC编程控制，玻纤捆会有规律退捻，退捻速度会根据牵引速度和玻纤捆内径大小而变化，玻纤退捻的作用使消除玻纤内抽时螺旋生成扭结，提高了玻纤在制件中的分散，生产过程中还可以通过调整解捻系数来使退捻速率与牵引速度和玻纤捆内径大小匹配。
本发明采用纤维预处理装置为带有预加热的张力辊组合，给纤维预加热，其目的在于给纤维表面一个接近熔体料的温度，防止冷纤维进入机头后，熔融料发生急冷，造成断纤概率增加，同时影响浸润效率，张力辊组合通过角度变化可以使纤维束展开，减少熔体横向渗透浸润距离，如果在进入机头之前，将纤维进行预展宽，将会使机头的浸润效率大大提升，为此研制了长纤预处理装置，同时可以根据不同的玻纤调整张力辊角度来决定预展宽度。
本发明采用牵引联动装置，通过PLC编程控制系统与退捻装置形成联动，通过调整牵引速度控制玻纤退捻速度。
以下通过具体的实施例对本发明的内容再作进一步详细的说明。实施例中所用原料均为本领域的常用原料，生产制备的具体工艺条件均为本领域的常规技术。
实施例1：
实施例1的长玻纤增强聚丙烯材料按以下质量份配比混合得到：聚丙烯树脂60份、助剂10份、玻纤30份。其中，助剂包括1份抗氧剂，1份光稳定剂，3份阻燃剂、3份相容剂和2份润滑剂；玻纤的直径为6μm，长度为10mm。
使用本发明的生产系统制备长玻纤增强聚丙烯材料，具体为：首先聚丙烯树脂和助剂在混料桶混合均匀，通过喂料系统喂入双螺杆挤出机熔融塑化，塑化均匀的胶料流入浸渍机头，玻纤从自动控制退捻装置牵引出来，输送到纤维预处理装置，进入浸渍机头与胶料混合，挤出冷却成型，再通过牵引联动装置牵引进入切粒机切成粒子，最后通过真空上料机将胶粒吸附到干燥桶，100℃干燥2h后放料包装。
实施例2：
实施例2的长玻纤增强聚丙烯材料按以下质量份数配比混合得到：聚丙烯树脂40份、助剂10份、玻纤50份。其余与实施例1的相同。
对比例1：
对比例1的长玻纤增强聚丙烯材料生产系统，包括双螺杆挤出机、高速混料机、内抽式放纤架、玻纤过渡输送架、长玻纤浸渍机头、冷却水槽、吹干机、牵引机、长玻纤专用切粒机、真空上料机和干燥桶。
对比例1的长玻纤增强聚丙烯材料组成与实施例1的相同，其具体制备方法为：聚丙烯树脂和助剂在混料桶混合均匀，通过喂料系统喂入双螺杆挤出机熔融塑化，塑化均匀的胶料流入浸渍机头，玻纤从内抽式放纤架牵引出来，玻纤过渡输送架，进入浸渍机头与胶料混合，挤出冷却成型，再通过牵引机牵引进入切粒机切成粒子，最后通过真空上料机将胶粒吸附到干燥桶，100℃干燥2h后放料包装。
对比例2：
对比例2的长玻纤增强聚丙烯材料组成与实施例2的相同，其制备方法与对比例1相同。
将实施例1～2和对比例1～2制备所得的长玻纤增强聚丙烯材料进行性能检测。采用CG110E卧式注射机注射成型标准试样，成型工艺条件：注射温度(加料口)220/225/225/230℃(喷嘴)，注射压力55MPa，保压时间8s；冷却时间8s。各性能的测试标准如下：
拉伸强度：按照ISO 527标准进行。
弯曲性能：按照ISO 178标准进行。
悬臂粱缺口冲击强度：按照ISO 179标准进行。
平板白斑对比：平板为200*200mm方板，目测。
实施例1～2和对比例1～2的长玻纤增强聚丙烯材料测试结果如表1所示。
表1长玻纤增强聚丙烯材料的性能对比
性能 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
拉伸强度(MPa) 105 141 100 129
弯曲强度(MPa) 140 214 124 194
弯曲模量(MPa) 6350 11100 5800 10642
缺口冲击强度(KJ/m2) 18 29 16 26
白斑数量(个) 0～2 0～4 ＞20 ＞35
由表1可知，使用改进后的长玻纤增强聚丙烯生产系统制备聚丙烯材料，与对比例相比，实施例的材料其力学强度提高了10％，白斑基本上消除。
根据以上说明书中的阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，其特征在于：包括依次连接的混料机、双螺杆挤出机、长玻纤浸渍机、冷却水槽、吹干机、牵引联动机、切粒机、上料机和干燥机；还包括依次连接的自动控制退捻装置和纤维预处理装置，纤维预处理装置的纤维出料端与长玻纤浸渍机的机头相连接。
2.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，其特征在于：自动控制退捻装置和牵引联动机分别与PLC控制装置相连接。
3.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，其特征在于：双螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机；双螺杆挤出机的螺杆直径为52mm～95mm，长径比为36:1～44:1。
4.根据权利要求3所述的一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，其特征在于：双螺杆挤出机的加料段设有冷却装置，冷却装置的冷却温度为80℃～110℃。
5.根据权利要求1所述的一种长玻纤增强聚丙烯材料的生产系统，其特征在于：纤维预处理装置由6～10个张力辊组成，张力辊设有加热装置。
6.一种长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：使用权利要求1～5任一项所述的生产系统进行制备长玻纤增强聚丙烯材料。
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