CN110948904A - 高填充生物质纤维强化制品加工装置和工艺 - Google Patents

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江太君
陈一
孟聪
胡灿
尹琛
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Abstract

本发明涉及生物质纤维强化制品制备技术领域，公开一种高填充生物质纤维强化制品加工装置和工艺，包括用于盛放生物质纤维的母模及与母模配套的公模，公模包括储料缸和盖板，盖板上设置有推杆，推杆末端连接有沿储料缸内壁滑移的活塞，活塞与储料缸底部之间的空间用于暂存与生物质纤维混合的聚合物熔体，储料缸底部开设有多个注塑孔供聚合物熔体在活塞下压作用力下注入母模模腔。通过本装置和工艺制备得到的制品生物质纤维填充量高达60%，不会出现植物纤维因剪切而导致的长径比降低现象，复合材料力学强度相对传统的共混挤出成型提升25%以上。

Description

高填充生物质纤维强化制品加工装置和工艺
技术领域
本发明涉及生物质纤维强化制品制备技术领域，具体地，涉及一种高填充生物质纤维强化制品加工装置和工艺。
背景技术
生物质复合材料是以可再生的天然植物纤维为主要原材料，通过混合热塑性树脂以及相应助剂经混炼挤出制备一种高生物碳含量复合材料。这种材料不仅具备天然植物纤维的质感，还可以采用类似于实木的加工工艺进行加工，可广泛应用于建材、包装、物流运输托盘等各个领域，并逐渐受到人们的认可。
但是对于高填充的生物质复合材料，其流动性差，耐热性不佳，通常难于通过传统的挤出、注塑、吹塑等橡塑工艺进行加工，特别是大幅面异型制品的加工。市面也近年来出现了基于玻璃纤维增加热塑性塑料的LFD在线挤出模压生产工艺与设备，但这种工艺对材料的稳定性要求非常高，特别是复合材料在挤出过程中材料的熔体破裂不能出现。而对于高填充生物质复合材料，植物纤维中含有大量的游离水在加热过程中会不断释放出来，使复合材料熔体产生熔体破裂等挤出不稳定现象。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种挤出注塑料可快速成型的高填充生物质纤维强化制品加工装置。
本发明同时还提供一种采用所述加工装置进行高填充生物质纤维强化制品加工的加工工艺。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高填充生物质纤维强化制品加工装置，包括用于盛放生物质纤维的母模及与母模配套的公模，公模包括储料缸和盖板，盖板上设置有推杆，推杆末端连接有沿储料缸内壁滑移的活塞，活塞与储料缸底部之间的空间用于暂存与生物质纤维混合的聚合物熔体，储料缸底部开设有多个注塑孔供聚合物熔体在活塞下压作用力下注入母模模腔。
进一步地，注塑孔在储料缸底部均匀分布。
更进一步地，储料缸可加热。
再进一步地，推杆端部还连接有驱动装置。
还进一步地，驱动装置可实现周期性振动。
一种采用上述加工装置进行高填充生物质纤维强化制品加工的工艺，工艺步骤如下：
S1.将生物质纤维干燥至含水率低于5%，平铺于母模的模腔内；
S2.公模下压，使公模底部刚下下降至母模模腔内，使母模模腔封闭；
S3.将储料缸的聚合物熔体加热至熔融温度，启动驱动装置，通过推杆向下推动活塞将聚合物熔体通过注塑孔压入模腔内；
S4.待聚合物熔体全部注入母模模腔后，公模继续向下运动，并使公模周期性振动；
S5.待制品冷却后即得高填充生物质纤维强化制品。
进一步地，聚合物熔体的加热熔融温度为20～80℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
先将长植物纤维置于母模内，再由公模喷入热塑性聚合物熔体，经由高压与振动操作使熔体顺利渗入长植物纤维中制备出高强度生物质复合材料制品；通过本装置和工艺制备得到的制品生物质纤维填充量高达60%，不会出现植物纤维因剪切而导致的长径比降低现象，复合材料力学强度相对传统的共混挤出成型提升25%以上。
附图说明
图1为实施例1所述的高填充生物质纤维强化制品加工装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1所示，一种高填充生物质纤维强化制品加工装置，包括用于盛放生物质纤维A的母模1及与母模配套的公模2，公模2为空心结构，其包括储料缸21和盖板22，盖板22上设置有推杆3，推杆3末端连接有沿储料缸内壁滑移的活塞4，活塞4与储料缸21底部之间的空间用于暂存与生物质纤维混合的聚合物熔体，储料缸21底部开设有多个注塑孔211供聚合物熔体在活塞下压作用力下注入母模模腔11。
推杆3端部连接有驱动装置5，具体地为驱动油缸，由驱动油缸控制活塞4的移动。此外，驱动油缸还可使公模2进行周期性振动，以促进聚合物熔体在植物纤维中的渗透与分散。
为确保储料缸21内的聚合物熔体均匀注入母模模腔11，需使注塑孔211在储料缸21底部均匀分布，且各注塑孔的孔径相等。
此外，为进一步促进聚合物熔体在注入模腔后快速渗入生物质纤维中，还可使聚合物熔体在储料缸21处于加热状态，使其成为热塑性的聚合物熔体，即储料缸21需具有加热功能。
实施例2
一种采用实施例1的加工装置进行高填充生物质纤维强化制品加工的工艺，工艺步骤如下：
S1.将生物质纤维干燥至含水率低于5%，平铺于母模的模腔内；
S2.公模下压，使公模底部刚下下降至母模模腔内，使母模模腔封闭；
S3.将储料缸的聚合物熔体加热至20～80℃熔融温度，启动驱动装置，通过推杆向下推动活塞将聚合物熔体通过注塑孔压入模腔内；
S4.待聚合物熔体全部注入母模模腔后，公模继续向下运动，并使公模周期性振动，刚注入的聚合物熔体在公模高压和驱动油缸振动外场力的作用下分散渗透进入生物质纤维之间的间隙；
S5.待制品冷却后即得高填充生物质纤维强化制品。
可根据所需制备制品的形状针对性地设计公模和母模，采用本申请的加工装置可轻松制备出异形制品。
本发明采用分布法制备高填充生物质纤维增强聚合物复合材料制品，先将疏松的长植物纤维置于模具内，再通过多孔公母喷入热塑性聚合物熔体，最后通过高压与振动将熔体渗入植物纤维中从而制备出所需制品。通过该装置与工艺制备出的复合材料生物质纤维填充量高达60%，不会出现植物纤维因剪切而导致的长径比降低现象，复合材料力学强度相对传统的共混挤出成型提升25%以上。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高填充生物质纤维强化制品加工装置，其特征在于，包括用于盛放生物质纤维的母模及与母模配套的公模，公模包括储料缸和盖板，盖板上设置有推杆，推杆末端连接有沿储料缸内壁滑移的活塞，活塞与储料缸底部之间的空间用于暂存与生物质纤维混合的聚合物熔体，储料缸底部开设有多个注塑孔供聚合物熔体在活塞下压作用力下注入母模模腔。
2.根据权利要求1所述的高填充生物质纤维强化制品加工装置，其特征在于，注塑孔在储料缸底部均匀分布。
3.根据权利要求2所述的高填充生物质纤维强化制品加工装置，其特征在于，储料缸可加热。
4.根据权利要求3所述的高填充生物质纤维强化制品加工装置，其特征在于，推杆端部还连接有驱动装置。
5.根据权利要求4所述的高填充生物质纤维强化制品加工装置，其特征在于，驱动装置可实现周期性振动。
6.一种高填充生物质纤维强化制品加工工艺，其特征在于，采用如权利要求1～4任意一项所述的高填充生物质纤维强化制品加工装置进行，工艺步骤如下：
S1.将生物质纤维干燥至含水率低于5%，平铺于母模的模腔内；
S2.公模下压，使公模底部刚下下降至母模模腔内，使母模模腔封闭；
S3.将储料缸的聚合物熔体加热至熔融温度，启动驱动装置，通过推杆向下推动活塞将聚合物熔体通过注塑孔压入模腔内；
S4.待聚合物熔体全部注入母模模腔后，公模继续向下运动，并使公模周期性振动；
S5.待制品冷却后即得高填充生物质纤维强化制品。
7.根据权利要求6所述的高填充生物质纤维强化制品加工工艺，其特征在于，聚合物熔体的加热熔融温度为20～80℃。
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