CN110511559A - 混合型纤维塑胶及其制作方法、混炼注塑设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种混合型纤维塑胶及其制作方法、混炼注塑设备，所述混合型纤维塑胶包括：树脂、20％～40％的玻璃纤维、5％～40％的碳纤维及相容剂。本发明提高了混合型纤维塑胶成品的冲击韧性，降低了混合型纤维塑胶成品的成本。

Description

混合型纤维塑胶及其制作方法、混炼注塑设备

技术领域

本发明涉及纤维塑胶技术领域，特别涉及一种混合型纤维塑胶及其制作方法、混炼注塑设备。

背景技术

碳纤维塑胶具有密度低、强度高的优点，广泛用于汽车行业，但因为材料成本较高，无法普及使用。目前，汽车行业内常用的碳纤维塑胶由碳纤维及树脂作为原材料生成而成，根据纤维长度，碳纤维可分为短碳纤维及长碳纤维，这两种碳纤维的价格都十分昂贵，尤其是长碳纤维，而目前的碳纤维塑胶中，为了达到对强度、模量和冲击强度的需求，碳纤维的比重通常达到30％以上，因此，生产成本居高不下。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种混合型纤维塑胶，旨在解决现有技术中的纤维塑胶中碳纤维的含量过高，导致生产成本居高不下的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种混合型纤维塑胶，所述混合型纤维塑胶包括：

树脂、20％～40％的玻璃纤维、5％～40％的碳纤维及相容剂。

可选的，所述碳纤维为长碳纤维，所述长碳纤维的纤维长度为0.8～3mm。

可选的，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维或高强度玻璃纤维中的至少一种。

可选的，所述玻璃纤维的纤维长度为1～10mm。

可选的，所述相容剂的含量为1％～5％，所述树脂的含量为35％～69％。

可选的，所述树脂为聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚之中的一种或几种。

本发明还提出一种如上任意一项所述的混合型纤维塑胶的混炼注塑设备，所述混炼注塑设备包括：

注塑基体，所述注塑基体内设有搅拌腔，所述注塑基体上依次开设有树脂进料口、玻璃纤维进料口及碳纤维进料口；

螺杆，包括玻璃纤维混合部及碳纤维混合部，所述螺杆位于所述搅拌腔内，所述玻璃纤维混合部位于所述玻璃纤维进料口及碳纤维进料口之间，所述碳纤维混合部位于所述碳纤维进料口之后。

可选的，所述螺杆包括杆体及螺纹套，所述螺纹套可拆卸连接在所述杆体上，所述玻璃纤维混合部及碳纤维混合部上均设置有所述螺纹套，且所述玻璃纤维混合部上的螺纹套数量大于所述碳纤维混合部上的螺纹套数量。

可选的，所述玻璃纤维混合部包括第一剪切区与第一搅拌区，所述碳纤维混合部包括第二剪切区与第二搅拌区，其中，所述第一剪切区的长度大于所述第二剪切区的长度。

本发明还提出一种混合型纤维塑胶的制作方法，所述混合型纤维塑胶的制作方法包括如下步骤：

将树脂加热熔化；

将相容剂加入所述树脂中并以5-25kg/h的速度填入混炼注塑设备的搅拌腔内，且混炼注塑设备的螺杆以30～120r/min的转速转动；

加入玻璃纤维并进行剪切搅拌以使所述树脂与所述相容剂的混合物浸润所述玻璃纤维；

加入碳纤维并进行剪切搅拌，以使各组份混合均匀形成熔融混合物；

对所述熔融混合物进行消泡处理；

将所述熔融混合物注塑成型。

本发明技术方案通过在树脂中加入20％～40％的玻璃纤维40、5％～40％的碳纤维及相容剂，提高了混合型纤维塑胶成品的冲击韧性，降低了混合型纤维塑胶成品的成本。

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，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明混炼注塑设备的一实施例的结构示意图；

图2为本发明混合型纤维塑胶的制作方法的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	注塑基体	20	螺杆
11	树脂进料口	21	螺纹套
				12	玻璃纤维进料口	22	杆体
13	碳纤维进料口	30	碳纤维
				14	搅拌腔	40	玻璃纤维
15	出料口	50	树脂及相容剂

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种混合型纤维塑胶，所述混合型纤维塑胶包括：树脂、20％～40％的玻璃纤维40、5％～40％的碳纤维及相容剂。

在本实施例中，混合型纤维塑胶包括树脂、玻璃纤维、碳纤维以及相容剂，其中树脂的含量最高，为混合型纤维塑胶的基体，相容剂的含量最低。相容剂用于增加树脂、玻璃纤维以及碳纤维之间的分子间键合力，使三者混合后能够得到稳定的混合物，具体可以为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚酰胺或马来酸酐接枝高分子量聚乙烯中的任意一种。

玻璃纤维的纤维长度较长，碳纤维的纤维长度较短，玻璃纤维的含量大于碳纤维的含量，因此，相较于仅含碳纤维的纤维塑胶，增加了玻璃纤维的混合型纤维塑胶具有良好的冲出韧性，经性能测试，冲击韧性由14kJ/m²提升至22kJ/m²，提升幅度高达57.12％。而玻璃纤维的成本远低于碳纤维的成本，碳纤维的含量降低后，混合型纤维塑胶成品的成本降低明显，由原来的67.8元/kg下降到37.8元/kg，

玻璃纤维的含量与混合型纤维塑胶的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击韧性及材料成本直接相关，其中，提高玻璃纤维的含量，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量等性能及材料成本均下降，冲击韧性升高。玻璃纤维的含量为20％～40％，处于这一范围内的任意数值均可，如25％、30％或35％等，碳纤维的含量为5％～40％，处于该范围内的任意数值均可，如7％或15％等，具体依据对产品的性能需求而定。

碳纤维可以为T300级别、T700级别或T800级别中的至少一种，碳纤维的丝束为12K、24K或48K中的至少一种。

进一步的，所述碳纤维为长碳纤维，所述长碳纤维的纤维长度为0.8～3mm。

碳纤维可以为长碳纤维也可以为短碳纤维，短碳纤维的纤维长度比长碳纤维短，对于混合型纤维塑胶成品的冲击韧性而言，长碳纤维优于短碳纤维。在较佳实施例中，长碳纤维的纤维长度为0.8～3mm。

具体的，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维或高强度玻璃纤维中的至少一种。

高强度玻璃纤维与无碱玻璃纤维均可增强混合型纤维塑胶成品的冲击韧性。

作为一种实施例，所述玻璃纤维的纤维长度为1～10mm。

一般的，玻璃纤维的纤维长度增加，拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量会有所提高，特别是冲击韧性提高非常明显，本实施例中，玻璃纤维的长度为1～10mm，以使拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量及冲击韧性处于合适的范围内。

所述相容剂的含量为1％～5％，所述树脂的含量为35％～69％；所述树脂为聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚之中的一种或几种。

作为基体，树脂的含量较高，达到35％～69％，可以为聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚之中的任意一种或几种，玻璃纤维的含量为20％～40％，碳纤维的含量为5％～40％，相容剂的含量最低，相容剂用于增加树脂、玻璃纤维以及碳纤维之间的分子间键合力，使三者混合后能够得到稳定的混合物。在一实施例中，相容剂的含量为1％，树脂的含量为69％，碳纤维与玻璃纤维的含量之和为30％。

如图1所示，本发明还提出一种生产如上所述的混合型纤维塑胶的混炼注塑设备，所述混炼注塑设备包括：

注塑基体10，所述注塑基体10内设有搅拌腔14，所述注塑基体10上依次开设有树脂进料口11、玻璃纤维进料口12及碳纤维进料口13；

螺杆20，包括玻璃纤维混合部(图中未标示)及碳纤维混合部(图中未标示)，所述螺杆20位于所述搅拌腔14内，所述玻璃纤维混合部位于所述玻璃纤维进料口12及碳纤维进料口13之间，所述碳纤维混合部位于所述碳纤维进料口13之后。

本实施例中，混炼注塑设备由注塑基体10及螺杆20组成，注塑基体10内开设有搅拌腔14，树脂、玻璃纤维40、碳纤维30及相容剂在该搅拌腔14内搅拌混合均匀。注塑基体10上依次开设有树脂进料口11、玻璃纤维进料口12及碳纤维进料口13，其中，树脂及相容剂50的混合物从树脂进料口11进入搅拌腔14，玻璃纤维40从玻璃纤维进料口12进入搅拌腔14，碳纤维30从碳纤维进料口13进入搅拌腔14。树脂流经玻璃纤维进料口12后与玻璃纤维40混合，树脂需要充分浸润玻璃纤维40，因此琉璃纤维40需要比碳纤维30先进入搅拌腔14，且玻璃纤维进料口12与碳纤维进料口13之间的长度较长，以使树脂与玻璃纤维40能够充分混合。

螺杆20安装在搅拌腔14内，包括玻璃纤维混合部与碳纤维混合部，玻璃纤维混合部位于玻璃纤维进料口12及碳纤维进料口13之间，对树脂、玻璃纤维40及相容剂的混合物进行搅拌形成混匀混合物，碳纤维混合部位于碳纤维进料口13之后，对树脂、玻璃纤维40、碳纤维30及相容剂的混合物进行搅拌形成均匀混合物。

进一步的，所述螺杆20包括杆体22及螺纹套21，所述螺纹套21可拆卸连接在所述杆体22上，所述玻璃纤维混合部及碳纤维混合部上均设置有所述螺纹套21，且所述玻璃纤维混合部上的螺纹套21数量大于所述碳纤维混合部上的螺纹套21数量。

螺杆20包括杆体22以及螺纹套21，螺纹套21与杆体22可拆卸连接，如卡扣连接或通过螺钉固定。由于玻璃纤维40的强度大于碳纤维30的强度(碳纤维30易断)，在具体的实施中，玻璃纤维混合部上的螺纹套21数量大于碳纤维混合部上的螺纹套21数量，螺杆20在转动的过程中会将玻璃纤维进料口12中的玻璃纤维40以及碳纤维进料口13中的碳纤维30卷入搅拌腔14，玻璃纤维40及碳纤维30在螺纹套21的剪切下断裂，断裂后的玻璃纤维40长度处于1～10mm之间，碳纤维30的纤维长度处于0.8～3mm之间。

可以理解的，为使强度更高的玻璃纤维40得到充分剪切，玻璃纤维混合部上的螺纹套21可以比碳纤维混合部上的螺纹套21具有更薄的刃口，且牙间距更小。

具体的，所述玻璃纤维混合部包括第一剪切区(图中未标示)与第一搅拌区(图中未标示)，所述碳纤维混合部包括第二剪切区(图中未标示)与第二搅拌区(图中未标示)，其中，所述第一剪切区的长度大于所述第二剪切区的长度。

玻璃纤维混合部包括第一剪切区与第一搅拌区，玻璃纤维40在玻璃纤维进料口12及碳纤维进料口13之间经历剪切与搅拌两个过程，剪切过程可以在搅拌过程之前进行，也可在搅拌过程之后进行。第一剪切区、第一搅拌区、第二剪切区与第二搅拌区上可均安装有螺纹套21，其中，第一搅拌区与第二搅拌区上的螺纹套21可以相同也可不同，第一剪切区上的螺纹套21可以不同于第二剪切区上的螺纹套21，比如，第一剪切区上的螺纹套21比第二剪切区上的螺纹套21具有更薄的刃口。第一剪切区将玻璃纤维40剪切至纤维长度处于1～10mm之间，第一搅拌区对树脂、相容剂及玻璃纤维40进行搅拌形成均匀混合物。

碳纤维混合部包括第二剪切区与第二搅拌区，碳纤维30在进入碳纤维进料口13之后经历剪切与搅拌两个过程，剪切过程可以在搅拌过程之前进行，也可在搅拌过程之后进行。第二剪切区将碳纤维30剪切至纤维长度处于0.8～3mm之间，第二搅拌区对树脂、相容剂、玻璃纤维40及碳纤维30进行搅拌形成均匀混合物。

由于碳纤维30易断，因此，第一剪切区的长度大于第二剪切区的长度，使树脂充分浸润玻璃纤维40。

可以理解的，注塑基体10上还开设有出料口15，树脂、相容剂、玻璃纤维40及碳纤维30混合均匀后可从该出料口15出料。

请参照图1及图2，本发明还提出一种混合型纤维塑胶的制作方法，所述混合型纤维塑胶的制作方法包括如下步骤：

S10：将树脂加热熔化；

S20：将相容剂加入所述树脂中并以5-25kg/h的速度填入混炼注塑设备的搅拌腔14内，且混炼注塑设备的螺杆20以30～120r/min的转速转动；

S30：加入玻璃纤维40并进行剪切搅拌以使所述树脂与所述相容剂的混合物浸润所述玻璃纤维40；

S40：加入碳纤维30并进行剪切搅拌，以使各组份混合均匀形成熔融混合物；

S50：对所述熔融混合物进行消泡处理；

S60：将所述熔融混合物注塑成型。

在本实施例中，树脂加热熔化成为熔融体后将相容剂加入树脂熔融体中，相容剂及树脂的混合物以5-25kg/h的速度填入混炼注塑设备的搅拌腔14内，以保证混合型纤维塑胶中各组分比例，在较佳实施例中，相容剂及树脂的混合物以15kg/h的速度填入混炼注塑设备的搅拌腔14内

混炼注塑设备的螺杆20以30～120r/min的转速转动，螺杆20在转动的过程中会将玻璃纤维进料口12中的玻璃纤维40以及碳纤维进料口13中的碳纤维30卷入搅拌腔14，玻璃纤维40及碳纤维30在螺纹套21的剪切下断裂，断裂后的玻璃纤维40长度处于1～10mm之间，碳纤维的纤维长度处于0.8～3mm之间，与各组分混合均匀。在较佳实施例中，螺杆20以50r/min的转速转动

螺杆20的转动速度决定了玻璃纤维40以及碳纤维30的每分钟进料量，以保证混合型纤维塑胶中各组分比例。玻璃纤维40以及碳纤维30在进料时应当保持适当的张力，使玻璃纤维40以及碳纤维30中的纤维束分散开，保证玻璃纤维40以及碳纤维30进入搅拌腔14后得到充分的剪切与搅拌。

树脂、相容剂、玻璃纤维40及碳纤维30的熔融混合物从出料口15出料后需要对熔融混合物进行消泡处理，以消除熔融混合物中的气泡，保证混合型纤维塑胶的成品质量，熔融混合物中包括树脂、20％～40％的玻璃纤维40、5％～40％的碳纤维及相容剂。在具体的实施中，可利用真空设备对熔融混合物抽真空，以消除熔融混合物中的气泡。

经过消泡处理后的熔融混合物进入注塑模具内注塑成形。

经测试，上述方法生产出的混合型纤维塑胶与普通碳纤维塑胶的性能对比如下：

将成品试样在400℃灼烧后，用显微镜进行纤维长度测试，结果表明玻璃纤维40平均长度为1.7～1.8mm，碳纤维长度平均为1mm。

很明显，冲击韧性得到大幅度提高，材料成本下降明显。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种混合型纤维塑胶，其特征在于，所述混合型纤维塑胶包括：

树脂、20％～40％的玻璃纤维、5％～40％的碳纤维及相容剂。

2.根据权利要求1所述的混合型纤维塑胶，其特征在于，所述碳纤维为长碳纤维，所述长碳纤维的纤维长度为0.8～3mm。

3.根据权利要求1所述的混合型纤维塑胶，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维或高强度玻璃纤维中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的混合型纤维塑胶，其特征在于，所述玻璃纤维的纤维长度为1～10mm。

5.根据权利要求1所述的混合型纤维塑胶，其特征在于，所述相容剂的含量为1％～5％，所述树脂的含量为35％～69％。

6.根据权利要求1或5所述的混合型纤维塑胶，其特征在于，所述树脂为聚酰胺、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚之中的一种或几种。

7.一种生产如权利要求1-6任意一项所述的混合型纤维塑胶的混炼注塑设备，其特征在于，所述混炼注塑设备包括：

注塑基体，所述注塑基体内设有搅拌腔，所述注塑基体上依次开设有树脂进料口、玻璃纤维进料口及碳纤维进料口；

螺杆，包括玻璃纤维混合部及碳纤维混合部，所述螺杆位于所述搅拌腔内，所述玻璃纤维混合部位于所述玻璃纤维进料口及碳纤维进料口之间，所述碳纤维混合部位于所述碳纤维进料口之后。

8.根据权利要求7所述的混炼注塑设备，其特征在于，所述螺杆包括杆体及螺纹套，所述螺纹套可拆卸连接在所述杆体上，所述玻璃纤维混合部及碳纤维混合部上均设置有所述螺纹套，且所述玻璃纤维混合部上的螺纹套数量大于所述碳纤维混合部上的螺纹套数量。

9.根据权利要求7或8所述的混炼注塑设备，其特征在于，所述玻璃纤维混合部包括第一剪切区与第一搅拌区，所述碳纤维混合部包括第二剪切区与第二搅拌区，其中，所述第一剪切区的长度大于所述第二剪切区的长度。

10.一种混合型纤维塑胶的制作方法，其特征在于，所述混合型纤维塑胶的制作方法包括如下步骤：

将树脂加热熔化；

将相容剂加入所述树脂中并以5-25kg/h的速度填入混炼注塑设备的搅拌腔内，混炼注塑设备的螺杆以30～120r/min的转速转动；

加入玻璃纤维并进行剪切搅拌以使所述树脂与所述相容剂的混合物浸润所述玻璃纤维；

加入碳纤维并进行剪切搅拌，以使各组份混合均匀形成熔融混合物；

对所述熔融混合物进行消泡处理；

将所述熔融混合物注塑成型。