CN109352948B - 一种挤出设备及lcp片材的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤出设备及LCP片材的成型方法，挤出设备包括螺杆和模头，所述螺杆包括熔融段和计量段，所述模头靠近所述计量段设置，其特征在于，所述熔融段和计量段之间设有第一过滤结构，所述计量段上设有第二过滤结构；所述模头内分别设有第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道的内侧壁上设有第一阻流结构，所述第二流道的内侧壁上设有第二阻流结构，所述第三流道的内侧壁上设有第三阻流结构。在螺杆上分别设置第一过滤结构和第二过滤结构，可以过滤掉未熔融的固体颗粒，提高熔体的塑化效果；在模头内分别设置第一流道、第二流道和第三流道，并且在流道内设置阻流结构，可以降低高分子材料的取向性，改善各向异性。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种挤出设备及LCP片材的成型方法。
背景技术
液晶聚合物(LCP)是一种介于固体结晶和液体之间的中间状态聚合物。液LCP是由刚性分子链构成，在一定的物理条件下表现出既有液体的流动性又有晶体的物理性能，呈现出各向异性状态的高分子物质。根据液晶形成的条件液晶聚合物分为溶致性液晶和热致性液晶。
目前，热致性液晶较聚酰亚胺(PI)材料具有更好的高频性能，介电损耗更低，并且尺寸稳定性，吸水率小于0.4％。
液晶聚合物在熔融状态下其分子受剪切力的作用容易发生取向。在平面型的薄膜或片材中，液晶分子取向会造成明显的各向异性，这是我们所不乐见的。因此，如何在LCP片材成型过程中尽量避免液晶分子取向非常重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种挤出设备及LCP片材的成型方法，可以有效改善液晶分子在成型过程中取向，提高LCP片材的均匀性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种挤出设备，包括螺杆和模头，所述螺杆包括熔融段和计量段，所述模头靠近所述计量段设置，所述熔融段和计量段之间设有第一过滤结构，所述计量段上设有第二过滤结构；所述模头内分别设有第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道的内侧壁上设有第一阻流结构，所述第二流道的内侧壁上设有第二阻流结构，所述第三流道的内侧壁上设有第三阻流结构。
本发明采用的另一技术方案为：
一种LCP片材的成型方法，将LCP原料通过所述的挤出设备进行挤出成型，得到所述LCP片材。
本发明的有益效果在于：在螺杆上分别设置第一过滤结构和第二过滤结构，可以过滤掉未熔融的固体颗粒，提高熔体的塑化效果；在模头内分别设置第一流道、第二流道和第三流道，并且在流道内设置阻流结构，可以降低高分子材料的取向性，改善各向异性；通过本发明的挤出设备可以得到随机取向或多轴取向的LCP片材，在垂直于挤出方向和平行于挤出方向上具有较好的均一性，使得LCP片材在各个方向上的拉伸强度和弹性模量等物理性能较为均衡，并且成型效率高，适用于批量化生产。
附图说明
图1为本发明实施例一的挤出设备中的螺杆的结构示意图；
图2为本发明实施例一的挤出设备中的模头的剖视图；
图3为本发明实施例一的挤出设备中的模头的部分剖视图；
图4为本发明实施例一的挤出设备中的模头的另一部分剖视图；
图5为本发明实施例一的挤出设备中的模头的另一部分剖视图。
标号说明：
1、螺杆；11、熔融段；12、计量段；13、第一过滤结构；131、凹槽；
132、凸条；14、第二过滤结构；141、凸包；2、模头；21、第一流道；
22、第二流道；23、第三流道；211、第一阻流结构；221、第二阻流结构；231、第三阻流结构；24、模唇。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：在模头内分别设置第一流道、第二流道和第三流道，并且在流道内设置阻流结构，可以降低高分子材料的取向性，改善各向异性。
请参照图1至图5，一种挤出设备，包括螺杆1和模头2，所述螺杆1包括熔融段11和计量段12，所述模头2靠近所述计量段12设置，所述熔融段11和计量段12之间设有第一过滤结构13，所述计量段12上设有第二过滤结构14；所述模头2内分别设有第一流道21、第二流道22和第三流道23，所述第一流道21的内侧壁上设有第一阻流结构211，所述第二流道22的内侧壁上设有第二阻流结构221，所述第三流道23的内侧壁上设有第三阻流结构231。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在螺杆上分别设置第一过滤结构和第二过滤结构，可以过滤掉未熔融的固体颗粒，提高熔体的塑化效果；在模头内分别设置第一流道、第二流道和第三流道，并且在流道内设置阻流结构，可以降低高分子材料的取向性，改善各向异性。
进一步的，所述第一过滤结构13的外表面上分别设有凹槽131和至少两个的凸条132，至少两个的所述凸条132沿第一过滤结构13的圆周方向间隔设置。
由上述描述可知，凸条可以阻挡未熔融的固体颗粒，熔融的高分子可以通过凹槽流向计量段。
进一步的，所述第二过滤结构14的外表面上分别设有至少两个的凸包141。
由上述描述可知，凸包可以进一步起到过滤和提高塑化效果的作用，凸包的数目可以根据需要进行设置。
进一步的，所述第一阻流结构211相对于所述第一流道21的流动方向倾斜设置，所述第三阻流结构231相对于所述第三流道23的流动方向倾斜设置，所述第一流道21的流动方向与所述第三流道23的流动方向相同，且所述第一阻流结构211的倾斜方向与所述第三阻流结构231的倾斜方向相反。
由上述描述可知，第一阻流结构和第三阻流结构的倾斜方向相反，当两条流道的熔体混合在一起后可以改善其各向异性。
进一步的，所述第一阻流结构211相对于第一流道21的流动方向的倾斜角度以及所述第三阻流结构231相对于第三流道23的流动方向的倾斜角度均为45～60°。
由上述描述可知，倾斜角度可以根据具体的需要进行设置。
进一步的，所述第二阻流结构221相对于所述第二流道22的流动方向垂直设置，所述第二流道22的流动方向与所述第一流道21的流动方向相同。
由上述描述可知，第二阻流结构相对于第二流道的流动方向垂直设置，可以使熔体呈波浪形流动，避免高分子沿某一方向取向，第二阻流结构的数目可以根据需要进行设置。
进一步的，所述模头包括模唇24，所述第一流道21、第二流道22和第三流道23分别与所述模唇24连通，所述模唇24的宽度值为150～300mm，高度值为0.8～3mm。
本发明涉及的另一技术方案为：
一种LCP片材的成型方法，将LCP原料通过所述的挤出设备进行挤出成型，得到所述LCP片材。
由上述描述可知，通过本发明的挤出设备可以得到随机取向或多轴取向的LCP片材，在垂直于挤出方向和平行于挤出方向上具有较好的均一性，使得LCP片材在各个方向上的拉伸强度和弹性模量等物理性能较为均衡，并且成型效率高，适用于批量化生产。
进一步的，所述挤出成型的压力为3～10MPa。
进一步的，挤出成型之前将LCP原料在真空干燥箱中进行预处理，所述预处理的温度为155～165℃，时间为4～18h。
由上述描述可知，对LCP原料进行预处理，可以除去小分子物质和水分，提高后期成型效果。
实施例一
请参照图1至图5，本发明的实施例一为：
一种挤出设备，包括螺杆1和模头2。如图1所示，所述螺杆1包括熔融段11和计量段12，所述模头2靠近所述计量段12设置，所述熔融段11和计量段12之间设有第一过滤结构13，所述计量段12上设有第二过滤结构14。所述第一过滤结构13的外表面上分别设有凹槽131和至少两个的凸条132，至少两个的所述凸条132沿第一过滤结构13的圆周方向间隔设置，在第一过滤结构13上也设有螺纹。所述第二过滤结构14的外表面上分别设有至少两个的凸包141，凸包141的数目和排布方式可以根据需要进行设置。
如图2所示，所述模头2内分别设有第一流道21、第二流道22和第三流道23，第一流道21和第三流道23分别位于所述第二流道22相对的两侧，且第一流道21、第二流道22和第三流道23的流动方向均相同。如图3至图5所示，所述第一流道21的内侧壁上设有第一阻流结构211，所述第二流道22的内侧壁上设有第二阻流结构221，所述第三流道23的内侧壁上设有第三阻流结构231。所述第一阻流结构211相对于所述第一流道21的流动方向倾斜设置，所述第三阻流结构231也相对于所述第三流道23的流动方向倾斜设置，且所述第一阻流结构211的倾斜方向与所述第三阻流结构231的倾斜方向相反。优选的，所述第一阻流结构211相对于第一流道21的流动方向的倾斜角度以及所述第三阻流结构231相对于第三流道23的流动方向的倾斜角度均为45～60°。所述第二阻流结构221相对于所述第二流道22的流动方向垂直设置。本实施例中，所述第一阻流结构211、第二阻流结构221和第三阻流结构231的数目可以根据需要进行设置。所述模头包括模唇24，所述第一流道21、第二流道22和第三流道23分别与所述模唇24连通，所述模唇24的宽度值为150～300mm，高度值为0.8～3mm。当熔体进入模头2后分流进入第一流道21、第二流道22和第三流道23，在熔体流入第一流道21、第二流道22和第三流道23之前均经过静态混合器，静态混合器为苏泽尔式的静态混合器，具有高效混合、均化熔体的特点。熔体从第一流道21、第二流道22和第三流道23流出后在模唇24处混合，同时挤出。本实施例中，挤出设备的螺杆1直径在20～30mm的范围，熔融管线以及模头2均可承受400～450℃的高温。
实施例二
本发明的实施例二为一种LCP片材的成型方法，采用实施例一的所述挤出设备挤出成型LCP片材时，主要包括如下步骤：
对LCP原料在真空干燥箱中进行预处理，所述预处理的温度为155～165℃，时间为4～18h。本实施例中的LCP原料为芳香族LCP树脂，树脂的熔点在250～380℃范围，在真空干燥时，可以加入少量的添加剂，防止树脂老化。
打开挤出设备的抽真空装置，保持排气段真空度在-0.1～-0.3MPa左右，控制挤出转速在80～140转/分钟，调节模唇的间隙在0.8～2mm的范围。然后对螺杆和静态混合器等进行升温，温度升至290℃左右，将模头的温度升至265℃左右。进一步将模头的温度从265℃升温至285℃左右，开启挤出设备，用熔融树脂清理挤出设备中残余已碳化物质。待温度稳定后，提高螺杆转速，控制熔体压力至3～10MPa，通过风刀或静电力方式进行附片，调节冷辊温度在40～100℃，并且调节冷辊转速，用合适大小的牵引力控制流出片，对挤出的LCP片材进行收卷。
通过上述方式得到的LCP片材厚度在1000±10um左右，片材致密，横向厚度均匀，气孔少，纵向直条纹和横向条纹较少，翘曲度较低，非常适用于双向拉伸工艺制备LCP薄膜。
实施例三
本发明的实施例三为一种LCP片材的成型方法，与实施例二的不同之处在于：
预处理的温度为160℃，时间为12h。所述挤出成型的熔体压力为8MPa。
实施例四
本发明的实施例四为一种LCP片材的成型方法，与实施例二的不同之处在于：
预处理的温度为165℃，时间为4h。所述挤出成型的熔体压力为3MPa。
实施例五
预处理的温度为155℃，时间为18h。所述挤出成型的熔体压力为10MPa。
实施例三至实施例五均能得到致密、横向厚度均匀、气孔少、纵向直条纹和横向条纹较少以及翘曲度较低的LCP片材。
综上所述，本发明提供的一种基础设备及LCP片材的成型方法，可以得到随机取向或多轴取向的LCP片材，均一性好，使得LCP片材在各个方向上的拉伸强度和弹性模量等物理性能较为均衡，并且成型效率高，适用于批量化生产。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种挤出设备，包括螺杆和模头，所述螺杆包括熔融段和计量段，所述模头靠近所述计量段设置，其特征在于，所述熔融段和计量段之间设有第一过滤结构，所述计量段上设有第二过滤结构；所述模头内分别设有第一流道、第二流道和第三流道，所述第一流道的内侧壁上设有第一阻流结构，所述第二流道的内侧壁上设有第二阻流结构，所述第三流道的内侧壁上设有第三阻流结构；
所述第一阻流结构相对于所述第一流道的流动方向倾斜设置，所述第三阻流结构相对于所述第三流道的流动方向倾斜设置，所述第一阻流结构相对于第一流道的流动方向的倾斜角度以及所述第三阻流结构相对于第三流道的流动方向的倾斜角度均为45-60°；所述第一流道的流动方向与所述第三流道的流动方向相同，且所述第一阻流结构的倾斜方向与所述第三阻流结构的倾斜方向相反；
所述第二阻流结构相对于所述第二流道的流动方向垂直设置，所述第二流道的流动方向与所述第一流道的流动方向相同。
2.根据权利要求1所述的挤出设备，其特征在于，所述第一过滤结构的外表面上分别设有凹槽和至少两个的凸条，至少两个的所述凸条沿第一过滤结构的圆周方向间隔设置。
3.根据权利要求1所述的挤出设备，其特征在于，所述第二过滤结构的外表面上分别设有至少两个的凸包。
4.根据权利要求1所述的挤出设备，其特征在于，所述模头包括模唇，所述第一流道、第二流道和第三流道分别与所述模唇连通，所述模唇的宽度值为150~300mm，高度值为0.8~3mm。
5.一种LCP片材的成型方法，其特征在于，将LCP原料通过权利要求1-4任意一项所述的挤出设备进行挤出成型，得到所述LCP片材。
6.根据权利要求5所述的LCP片材的成型方法，其特征在于，所述挤出成型的压力为3~10MPa。
7.根据权利要求5所述的LCP片材的成型方法，其特征在于，挤出成型之前将LCP原料在真空干燥箱中进行预处理，所述预处理的温度为155~165℃，时间为4~18h。
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