CN111376421A - 一种树脂在线改性、模压成型系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树脂在线改性、模压成型系统，包括双螺杆挤出机、模压模具，还包括储料装置和螺杆注料装置；所述双螺杆挤出机与储料装置连接，所述储料装置与螺杆注料装置连接；所述模压模具包括依次连接的模具进料口、熔体输送系统和模腔；所述螺杆注料装置包括注料口，所述注料口与模压模具的模具进料口联通；所述螺杆注料装置能够将进入其中的熔体混合并直接输送至模具进料口；所述熔体输送系统能够连续将螺杆注料装置中的熔体经由模具进料口导入至模腔中。本发明所述系统实现了熔体进入螺杆注料装置中可直接输送至模压模具中保存，降低熔体在模压模具之前的停留时间，提高制品成品率和性能稳定性。

Description

一种树脂在线改性、模压成型系统及其操作方法

技术领域

本发明属于树脂成型加工领域，具体涉及一种树脂在线改性、模压成型系统及其操作方法。

背景技术

改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上，经过填充、共混、增强等工艺，提高塑料的阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能。通过纤维改性增强塑料的力学性能尤为普遍，其中，改性的纤维种类一般可选用玻璃纤维、碳纤维、有机纤维等。改性塑料需要通过成型工艺制备成符合要求的塑料制品，行业内常用的改性塑料的成型方式为挤注压成型或在线模压成型，其中，挤注压成型是采用挤注机来实现，非从塑料的改性造粒开始，无法做到在线连续生产；在线模压是用挤出机将物料熔体挤出并切断，通过机械手将熔体块加入模具压制成型，然而，该方法难于实现改性尼龙等具有高温熔体的改性塑料的成型，原因在于改性高温熔体长时间暴露在空气中极易氧化，且在设备中停留时间越长则成形体的性能所受影响越大。

针对于现有的在线模压设备，如LFT-D模压生产线装备，不管是国外进口还是国内自主研发出的，其适用的树脂基体都是以PP为主，对于诸如尼龙类等熔点较高，冷结晶速率较快的树脂基体不适用，其主要原因是：当前的LFT-D技术均采用以下工序：先将树脂基体和增强纤维等功能助剂加工成熔融的复合料胚，再根据成型制件的大小，用切断机将料胚剪断形成块料，然后采用机械手将剪断的块料放置于模压成型装置的模腔表面进行模压成型。该工艺需提前制备好料胚置于输送带上等待机械手抓取送入模腔，在等待阶段和被机械手抓取到进入模腔前，料胚需暴露于空气中一段时间，在该段时间内，料胚相当一部分温度会流失，对于熔点较高、冷结晶速率较快的热塑性树脂熔体，在送至模腔前就已开始结晶，甚至，熔体进入模腔后还未来得及完全充满模腔就已冷却凝固成块，致使不能成型得到所需制品。再者，熔融的热塑性树脂熔体在空气中暴露，还存在因氧化问题影响成型制品的综合性能风险。而大多数汽车塑件，尤其是结构件，都选用尼龙基材来成型，尼龙是最重要的汽车工业用工程塑料，这也是为什么LFT-D生产线设备未能在国内汽车塑件制造商普及使用的重要原因。

另外，当前的LFT-D生产线装备，为保证料胚不过早凝固，通常在备料段增设保温装置，生产加工能耗较高；同时，因料胚直接置于模腔表面，只能成型结构简单的平板状制品，而对于结构复杂的制品，会因料胚熔体无法均匀流经模腔各部位，或无法完全充满模腔各部位，导致成型的制品出现部位缺失或不完整缺陷。

现有技术中，还存在一些塑料成型设备，如专利文献1（公开号为CN 101484299 A的中国发明专利），公开了一种用于加工热固性塑料的设备和方法，其具体实施方式中给出了一个实施例，其包括了一个挤出装置、一个注塑模具和一个存储装置，且在其存储装置和注塑模具间增加了一个具有高注射压力的注射装置，其通过存储装置短时间存储挤出机的挤出料，实现挤出机可以连续运行的目的，注射装置通过一次性注射，将熔体注射进注塑模具中实现注塑成型过程。然而，在用于尼龙等具有高温熔体的改性塑料中时，一方面：此套设备在运行过程中，挤出机产生的挤出料部分会留存在存储装置中，由于此部分高温熔体的停留时间与挤出机直接产生的挤出料的停留时间不同，使得高分子熔体的性能有所差异；另一方面：其柱塞式的存储装置中的熔体，挤出机单独挤出注入注射装置中的挤出料，挤出机挤出熔体与存储装置释放的熔体接触位置，其三个位置处的熔体压力不同，也会使得三个位置处的高分子熔体性能有所差异，以上两方面所述情况下的熔体在进入注射装置时，由于不同性能差异的熔体间的均化程度不够，导致最终成型制品内部性能不均一，生产不合格品概率增加，会造成大量财产损失和资源浪费。

发明内容

在为了克服现有在线成型设备无法适用于高温熔体，熔体在进入模压模具前的工序中的停留时间过长，制品性能不均一的问题，本发明的目的在于，提供一种可用于树脂高温熔体在线模压成型，熔体进入模压模具前的工序过程停留时间短，制品性能均一、稳定的树脂在线改性、模压成型系统，具体通过以下技术方案实现：

一种树脂在线改性、模压成型系统，包括双螺杆挤出机、模压模具，还包括储料装置和螺杆注料装置；所述双螺杆挤出机与储料装置连接，所述储料装置与螺杆注料装置连接；

所述储料装置能够在模压模具中熔体量足够时，暂时存储双螺杆挤出机挤出的熔体，并在下次注料过程开始时输出所存储的熔体；

所述模压模具包括依次连接的模具进料口、熔体输送系统和模腔；

所述螺杆注料装置包括注料口，所述注料口与模压模具的模具进料口联通；

所述螺杆注料装置能够将进入其中的熔体混合并直接输送至模具进料口；

所述熔体输送系统能够连续将螺杆注料装置中的熔体经由模具进料口导入至模腔中。

可选的，上述螺杆注料装置为单螺杆注料装置或双螺杆注料装置。能够通过螺杆将熔体混匀，避免制品性能不均一，且也能够将进入其中的熔体直接输送至模具进料口中，缩短熔体停留时间。

可选的，上述螺杆注料装置上设有一个或多个喂料口。便于添加辅料。

可选的，所述喂料口包括纤维喂料口和/或色粉喂料口。可在纤维喂料口中加入如玻璃纤维等纤维增强体，避免在初始的双螺杆挤出机中加入玻璃纤维而导致的最终产品中玻璃纤维尺寸短，力学性能增强效果受到一定限制的问题出现。色粉可以通过色粉喂料口加入熔体中，能够极大缩短色粉在高温体系中的停留时间，降低制品颜色偏差，提高尼龙等高温熔体制品颜色的明亮度和色泽，拓展现有尼龙等高温熔体制品颜色类别，扩大其制品应用范围。

可选的，前述螺杆注料装置中还设有排气孔。若螺杆注料装置中存在混有气体的情况可通过排气孔排出。

可选的，前述储料装置为单螺杆储料装置或柱塞式储料装置。

可选的，前述熔体输送系统包括熔体流道、与熔体流道联通的模腔进料口和与模腔进料口相匹配的阀体结构；所述模腔进料口与阀体结构相配合控制熔体流入模腔中。能够实现熔体从模压模具内部流入至模腔中，避免高温熔体触接空气而氧化或影响熔体状态，提高制品成品率和稳定性。

可选的，前述模压模具包括动模和定模，所述动模固定在动模座上，动模内设有型腔，所述定模内设有模腔，定模固定在定模座上，所述模腔和型腔相匹配；

所述定模内设有熔体输送系统，所述熔体输送系统包括熔体流道及与熔体流道联通的模腔进料口和与模腔进料口相匹配的阀体结构，所述阀体结构包括针阀和控制针阀实现开关模腔进料口的气缸。具体说明了一种可能实现熔体从模压模具内部流入至模腔中，避免高温熔体触接空气而氧化或影响熔体状态，提高制品成品率和稳定性的结构方式。

可选的，前述模腔及与之相匹配的型腔为一个或多个。可在同一模压模具中同时成型多个制品，充分利用模压模具中的压力、温度等设施，提高其资源利用率，节约能源，并大大提高生产效率。

可选的，前述模腔与一个或多个模腔进料口联通。对于模腔面积较大或模腔内部有些地方难以获取足量熔体的类似情况，可由多个位置进行注料，确保模腔各处位置均有熔体且熔体量满足制品模压所需，提高制品成品率。

可选的，前述树脂在线改性、模压成型系统还包括混纤装置，还包括混纤装置，所述混纤装置设于螺杆注料装置与模压模具之间的连接段。可以克服现有技术中通常将纤维增强体和树脂基体先改性造粒再进行其他成型步骤中存在的纤维增强效果不佳（如玻纤长度较短）、整体工序耗时长、生产效率低等问题，并可以根据需求选择和控制纤维增强参数（如玻纤长度），降低塑料改性和模压成型过程耗时、提高生产效率、降低中间体仓储和其他管理成本。

本申请还提供了前述树脂在线改性、模压成型系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，树脂改性：树脂原料及改性材料经双螺杆挤出机连续混合塑化成熔体挤出；

S2，熔体输送：熔体经螺杆注料装置输送至模压模具的模腔内，熔体依次流经螺杆注料装置、注料口、模具进料口、熔体输送系统和模腔；

当模腔中熔体量足够时，双螺杆挤出机连续运行时产生的熔体先暂时由储料装置存储，并在下次注料过程开始时，输出所存储的熔体；储料装置输出的熔体与双螺杆挤出机产生的熔体共同经螺杆注料装置混合并输送至模压模具的模腔内，熔体依次流经螺杆注料装置、注料口、模具进料口、熔体输送系统和模腔；

S3，模压成型。

与现有技术相比，本申请所述的一种树脂在线改性、模压成型系统，摒弃了现有LFT-D生产线中的传送带、机械抓手等设备，节约能源，避免高温熔体在空气中暴露而导致的氧化等影响制品性能和成品率的问题出现；通过螺杆注料装置和模压模具中熔体输送系统和模腔，及螺杆注料装置的注料口与熔体输送系统联通的设置，实现了熔体进入螺杆注料装置中可直接输送至模压模具中保存，降低熔体在模压模具之前的停留时间，提高制品成品率和性能稳定性，此技术效果是螺杆注料装置和熔体输送系统相配合才能实现，单独拆开任何一个技术特征均无法实现此组合能够实现的效果。

此外，所述注料装置采用螺杆注料装置，直接将进入其中的熔体混匀并注入熔体输送系统中，一方面，相较于柱塞式注料装置，无需进行储料，缩短熔体在模压模具前的停留时间，提高制品合格率和品质稳定性，另一方面，螺杆注料装置具有输送和混匀的功能，能够克服柱塞式注料装置无法进行混料，容易导致制品各处性能不均一的问题。

在需要通过尼龙等高温熔体制备出有颜色的制品时，现有技术均是采用在双螺杆挤出机中改性的纤维熔体制备时就在其助剂中加入色粉，然而由于色粉加入过早，在后续的储料、注料等注塑过程中持续高温会使色粉部分降解，从而导致最终制品颜色发暗或偏差较大，一方面可能无法满足客户需求，另一方面，无法制备出具有鲜亮色泽的制品。本申请可在螺杆注料装置上设有色粉喂料口。能够极大缩短色粉在高温体系中的停留时间，降低制品颜色偏差，提高尼龙等高温熔体制品颜色的明亮度和色泽，拓展现有尼龙等高温熔体制品颜色类别，扩大其应用范围。

本申请所述树脂在线改性、模压成型系统不仅可用于常规塑料的在线改性、模压成型，尤其适用于尼龙等具有高温熔体的树脂材料的在线改性、模压成型。

附图说明

图1为实施例1所述的树脂在线改性、模压成型系统的示意图。

图2为实施例1所述的模压模具的定模座结构示意图。

图3为实施例1所述的模压模具的动模座结构示意图。

图4为实施例1所述的模压模具的熔体输送系统结构示意图。

图5为实施例1所述的模压模具的熔体输送系统剖面图。

图6为实施例1所述的模压模具的模腔进料口结构示意图。

图7为实施例1所述的模压模具的模腔进料口内部结构示意图。

图8为实施例2所述的树脂在线改性、模压成型系统的示意图。

图9为实施例3所述的树脂在线改性、模压成型系统的示意图。

图中，附图标记为：1-双螺杆挤出机，101-加料斗，2-混纤装置，3-储料装置，4-螺杆注料装置，401-注料口，402-色粉喂料口，403-纤维喂料口，404-排气孔，5-模压模具，501-动模，502-定模，503-动模座，504-型腔，505-模腔，506-定模座，507-熔体流道，508-模腔进料口，509-针阀，510-气缸，511-模具进料口，512-流道通孔。

具体实施方式

以下通过实施例详细阐述本申请的具体实施方式，但本申请具体实施并不作为对本申请技术方案的限制，凡利用本申请实施例所述技术方案进行本领域中常见技术方案替换等非实质性变化，均属于本申请保护范围之内。

实施例1。

如图1所示的一种树脂在线改性、模压成型系统，包括双螺杆挤出机1、储料装置3、螺杆注料装置4和模压模具5，其中双螺杆挤出机1上设有加料斗101，用于加入树脂和助剂，双螺杆挤出机1通过管道与储料装置3联通，本实施例中储料装置3为柱塞式储料装置，储料装置3的出口和螺杆注料装置4通过管道联通，通过阀门控制，实现双螺杆挤出机1的熔体直接通过管道加入螺杆注料装置3中，或进入柱塞式储料装置进行储料，当储料结束，下次注料过程开始时，熔体可以通过管道，并混合柱塞式储料装置中的熔体，进入螺杆注料装置4中。

本实施例中螺杆注料装置4采用双螺杆注料装置，包括注料口401，色粉喂料口402和纤维喂料口403，此色粉喂料口402和纤维喂料口403位置可根据需要设定，如色粉喂料口402和纤维喂料口403可设于螺杆储料装置4的后段位置，减少纤维被剪切的过程，降低色粉高温降解的情况。所述螺杆注料装置4中还可以根据需要设排气孔404。

双螺杆注料装置通过注料口401将进入其中的熔体直接输送至模压模具5中，而不存在柱塞式结构的短暂的储料过程，采用螺杆注料装置4一方面能够混合进入其中的熔体，另一方面降低熔体的停留时间。

如图2~图7所示的所述模压模具5，包括动模501和定模502，所述动模501固定在动模座503上，动模501内设有型腔504，所述定模502内设有模腔505，定模502固定在定模座506上，所述模腔505和型腔504相匹配；

所述定模502内设有熔体输送系统，所述熔体输送系统包括熔体流道507及与熔体流道507联通的模腔进料口508和与模腔进料口508相匹配的阀体结构，所述阀体结构包括针阀509和控制针阀509实现开关模腔进料口508的气缸510。能够将熔体从模压模具5内部流入至模腔505中，避免高温熔体触接空气而氧化或影响熔体状态，提高制品成品率和稳定性。熔体流道507通过流道通孔512与模腔进料口508联通。

模压模具5通过其上设的模具进料口511与螺杆注料装置4中的注料口401连接，实现将进入螺杆注料装置4中的熔体直接输送至模压模具5中，而不进行短暂储料过程，降低熔体停留时间。

其中，本实施例中模压模具5中还应包含的动模501的动力结构，加热保温系统、冷却系统、制件顶出系统等均为本领域技术人员熟知的功能模块及设置位置和控制方法，因其不属于本申请主要创新点，因此不再赘述。

操作时，包括以下步骤：

S1，树脂改性：树脂原料及改性材料经加料斗101加入双螺杆挤出机1，经连续混合塑化等过程形成熔体挤出；

S2，熔体输送：本实施例中采用柱塞式储料装置进行储料，来自双螺杆挤出机1的熔体可通过管道直接进入螺杆注料装置4中，再经螺杆注料装置4输送至模压模具5的模腔505内，熔体依次流经螺杆注料装置4、注料口401、模具进料口511、熔体输送系统和模腔505；

当模腔505中熔体量足够时，双螺杆挤出机1连续运行时产生的熔体先暂时由储料装置3通过管道储存在柱塞式储料装置中，并在下次注料过程开始时，输出所存储的熔体；储料装置3输出的熔体与双螺杆挤出机1产生的熔体共同经螺杆注料装置4混合并输送至模压模具5的模腔505内，熔体依次流经螺杆注料装置4、注料口401、模具进料口511、熔体输送系统和模腔505；

S3，模压成型：动模501先离定模502打开有一段距离，熔体输送至模腔505内足够量时，通过气泵510带动针阀509关闭模腔进料口508，其中，熔体流道507、针阀509和控制针阀509实现开关模腔进料口508的气缸510的运行方式，本领域技术人员根据结构设定即可理解，不再赘述。后续模压成型过程为本领域技术人员通过经验即可实施，不再赘述。此外，当气泵510带动针阀509关闭模腔进料口508时，螺杆注料装置4停转，双螺杆挤出机1产生的熔体转至储料装置3存储。

本实施例中涉及的具体结构，本领域技术人员可根据需要设置数量和所处位置，如螺杆注料装置4替换为单螺杆注料装置。本实施例将螺杆注料装置4上设的纤维喂料口403转设在双螺杆挤出机1上也可实现树脂的纤维改性。本实施例所述模压模具5中的模腔505及与之相匹配的型腔504为一个或多个。可在同一模压模具5中同时成型多个制品，充分利用模压模具5中的压力、温度等设施，提高其资源利用率，节约能源，并大大提高生产效率。

此外，前述模腔505与一个或多个模腔进料口508联通。对于模腔505面积较大或内部有些地方难以获取足量熔体的类似情况，可由多个位置进行注料，确保模腔505各处位置均有熔体且熔体量满足制品模压所需，提高制品成品率。

实施例2。

如图8所示的一种树脂在线改性、模压成型系统，与实施例1的区别在于：在螺杆注料装置4和模压模具间设置了混纤装置2，用于控制纤维改性尺寸等参数，实现长玻纤改性树脂等效果。其螺杆注料装置4上则不必设有纤维喂料口403。

本实施例其他结构和操作方式均与实施例1相同或相似，增加混纤装置2的部分，本领域技术人员可根据设置理解熔体流经过程增加了混纤装置2对树脂进行纤维增强体改性。不再赘述。

实施例3。

如图9所示的一种树脂在线改性、模压成型系统，与实施例1的区别在于：储料装置3采用单螺杆储料装置，此时双螺杆挤出机1出口连接至单螺杆储料装置的底部位置，通过单螺杆储料装置的正转送料和反转储料，实现双螺杆挤出机的连续运行，具体的单螺杆储料装置的控制方法为本领域技术人员可以理解，不再赘述。本实施例中，可在双螺杆挤出机1处后段通过加料斗101加入玻璃纤维等纤维增强体对树脂进行改性。

本实施例与实施例1的区别还包括螺杆注料装置4采用单螺杆注料装置，在此处不添加任何助剂，也无需设纤维喂料口403，色粉喂料口402，排气口404等结构，仅进行熔体混合和直接输送。结构导致的与实施例1的操作方法的区别，本领域技术人员可根据本实施例结构结合常规部件的使用方法得知，无需赘述。

需要说明的是，以上实施例中所用部件，如储料装置采用单螺杆储料装置或柱塞式储料装置，也可采用双螺杆储料装置，本领域技术人员可结合需求进行选择或替换，并不超出本发明保护范围。

Claims (12)

1.一种树脂在线改性、模压成型系统，包括双螺杆挤出机、模压模具，其特征在于，还包括储料装置和螺杆注料装置；所述双螺杆挤出机与储料装置连接，所述储料装置与螺杆注料装置连接；

所述储料装置能够在模压模具中熔体量足够时，暂时存储双螺杆挤出机挤出的熔体，并在下次注料过程开始时输出所存储的熔体；

所述模压模具包括依次连接的模具进料口、熔体输送系统和模腔；

所述螺杆注料装置包括注料口，所述注料口与模压模具的模具进料口联通；

所述螺杆注料装置能够将进入其中的熔体混合并直接输送至模具进料口；

所述熔体输送系统能够连续将螺杆注料装置中的熔体经由模具进料口导入至模腔中。

2.如权利要求1所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述螺杆注料装置为单螺杆注料装置或双螺杆注料装置。

3.如权利要求2所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述螺杆注料装置上设有一个或多个喂料口。

4.如权利要求3所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述喂料口包括纤维喂料口和/或色粉喂料口。

5.如权利要求2或3或4所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述螺杆注料装置中还设有排气孔。

6.如权利要求1所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述储料装置为单螺杆储料装置或柱塞式储料装置。

7.如权利要求1所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述熔体输送系统包括熔体流道、与熔体流道联通的模腔进料口和与模腔进料口相匹配的阀体结构；所述模腔进料口与阀体结构相配合控制熔体流入模腔中。

8.如权利要求7所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述模压模具包括动模和定模，所述动模固定在动模座上，动模内设有型腔，所述定模内设有模腔，定模固定在定模座上，所述模腔和型腔相匹配；

所述定模内设有熔体输送系统，所述熔体输送系统包括熔体流道及与熔体流道联通的模腔进料口和与模腔进料口相匹配的阀体结构，所述阀体结构包括针阀和控制针阀实现开关模腔进料口的气缸。

9.如权利要求8所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述模腔及与之相匹配的型腔为一个或多个。

10.如权利要求9所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，所述模腔与一个或多个模腔进料口联通。

11.如权利要求1所述的树脂在线改性、模压成型系统，其特征在于，还包括混纤装置，所述混纤装置设于螺杆注料装置与模压模具之间的连接段。

12.一种如权利要求1所述的树脂在线改性、模压成型系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，树脂改性：树脂原料及改性材料经双螺杆挤出机连续混合塑化成熔体挤出；

S2，熔体输送：熔体经螺杆注料装置输送至模压模具的模腔内，熔体依次流经螺杆注料装置、注料口、模具进料口、熔体输送系统和模腔；

当模腔中熔体量足够时，双螺杆挤出机连续运行时产生的熔体先暂时由储料装置存储，并在下次注料过程开始时，输出所存储的熔体；储料装置输出的熔体与双螺杆挤出机产生的熔体共同经螺杆注料装置混合并输送至模压模具的模腔内，熔体依次流经螺杆注料装置、注料口、模具进料口、熔体输送系统和模腔；

S3，模压成型。

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