CN114770804B - 一种pp-lft材料的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及PP‑LFT材料的加工工艺。其技术要点如下：PP‑LFT材料的玻璃纤维含量为40%，玻璃纤维根数为40根；其加工工艺具体包括如下操作步骤：将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中；将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻；将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP‑LFT材料。本发明提供的PP‑LFT材料的制备方法，在将玻璃纤维含量提高到大于等于40%的情况下，通过牵引速度对加工过程中的玻璃纤维解捻系数和预浸料的喂料量进行调整，并提供了调整的公式，使上述参数的设定更加合理，有效改善玻璃纤维在浸渍过程中的浸润性，避免浮纤和包裹不良的现象出现。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及PP-LFT材料的加工工艺。
背景技术
长纤维增强热塑性材料(LFT)一直在汽车工业中用在板结构应用领域。它们的主要优点是高的成本/性能比和相对较低的密度。
在汽车行业中，LFT主要被用于制作结构和半结构部件，如前端模块、保险杠大梁、仪表盘骨架、电池托架、备用轮胎仓、座椅骨架、脚踏板及整体底板等。长纤维增强聚丙烯被用于轿车的发动机罩、仪表板骨架、蓄电池托架、座椅骨架、轿车前端模块、保险杠、行李架、备胎盘、挡泥板、风扇叶片、发动机底盘、车顶棚衬架等；PP-LFT不仅硬度高、重量低，而且高玻纤含量使其热膨胀系数几乎与金属相同，能承受引擎带来的高温。
但是在该材料的加工过程中，由于玻璃纤维不容易完全分散，无法与预浸料形成充分接触，不能达到完全的浸润，粒子包胶不充分，造成粒子浮纤或包覆不良等问题，极大的影响了PP-LFT材料的各项性能。
有鉴于上述现有PP-LFT材料的加工工艺中存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种PP-LFT材料的加工工艺。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种PP-LFT材料的加工工艺，特别针对玻璃纤维含量较高的PP-LFT材料，能够根据参数的调整，使玻璃纤维分散完全，浸润充分，改善粒子浮纤和包覆不良等问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种PP-LFT材料的加工工艺，PP-LFT材料的玻璃纤维含量为40％，玻璃纤维根数为40根；
其加工工艺具体包括如下操作步骤：
将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中；将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻；将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到所述PP-LFT材料。由于玻璃纤维的掺杂能够大幅提高材料的力学性能，因此玻璃纤维的含量越高，纤维保留长度越长则材料的抗冲击性能越好，因此本发明提供了一种加工玻璃纤维含量为40％的PP-LFT材料的工艺。
但是，玻璃纤维的含量越高，在加工过程中，越容易出现玻璃纤维浸润性差、玻璃纤维的分散性差等问题，拉低材料的整体抗冲击性能。因此，本发明中，采用熔池法对玻璃纤维进行浸渍，并在玻璃纤维进入模具前，采取张力预热和烘箱预热，可将玻璃纤维在进入料浆前完成预分散，使玻璃纤维进入熔池后能够保证每一根纤维都与预浸料充分接触，达到完全浸润的效果，使粒子充分包胶，有效改善粒子浮纤和包覆不良的问题。
进一步的，螺杆挤出机的主机温度为280～295℃。本发明中提供的螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：
第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃。本发明采用上述设定温度的目的在于，将预浸料中的树脂熔化的融化。
进一步的，模具的加工温度为290～300℃。温度若小于290℃或大于300℃均会造成产品外观变差。
进一步的，主机转速为450～500rpm。
进一步的，烘箱的温度为130～150℃。
进一步的，张力预热温度为100～120℃。本发明中通过上述参数的调节可将玻纤在进入料浆前完成预分散，进入熔池后充分接触，达到完全浸润，使粒子充分包胶，改善粒子浮纤和包覆不良问题。
进一步的，模具的口模孔径为2.8～3.0mm。根据玻璃纤维的含量，将模具的口模孔径调整为上述的值，能够保证PP-LFT材料的力学性能。
进一步的，模具内的牵引速度为20～40m/min。牵引速度可通过产能计算，公式如下：
产能＝40(玻璃纤维根数)*V*60(时间转换)*2.4g*1000(重量转换)/玻璃纤维含量(40％)。
进一步的，退捻的过程中，解捻系数通过下述公式计算：
其中，v是解捻系数，单位是m/min；
T1、T2和T3分别是模具加工温度、张力预热温度和烘箱温度，单位是℃；
V是牵引速度，单位是m/min；
b是常数，具体为口模孔径的值。
在本发明提供的加工工艺中，当牵引速度增大时，解捻系数也应随之而增大，才能保证玻璃纤维的退捻速度和分散速率与牵引速度相匹配，从而保证玻璃纤维在进入熔池时已经分散均匀，从而达到在提高玻璃纤维的含量、提高产能的同时，保证材料整体的力学性能的目的。
值得一提的是，由于本发明中采用张力预热和烘箱预热配合玻璃纤维的分散，因此本发明中采用张力预热和烘箱预热对解捻系数进行修饰，同时，若玻璃纤维在进入熔池时与模具的加工温度相差太大，则会导致玻璃纤维的浸润效果下降，则要考虑提高解捻系数，提高退捻速度，使玻璃纤维的浸润时间延长；但若是玻璃纤维在进入熔池时与模具的加工温度相差太小，则代表玻璃纤维的温度较高，容易对玻璃纤维造成损伤，此时应降低解捻系数，从而降低退捻速度，避免速度过快导致的玻璃纤维的损伤。
进一步的，模具内预浸料的喂料量通过如下公式计算可得：
W＝m*V+40*b*V/n；其中，b为口模直径的值；V是牵引速度，单位是m/min；m和n为常数，用以调整单位，分别为10和60；W为喂料量，单位是kg/h。
本发明中，采用牵引速度计算预浸料的喂料量，一方面提高进胶，另一方面在产能提高的情况下，保证玻璃纤维的浸润率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的PP-LFT材料的制备方法，在将玻璃纤维含量提高到大于等于40％的情况下，通过牵引速度对加工过程中的玻璃纤维解捻系数和预浸料的喂料量进行调整，并提供了调整的公式，使上述参数的设定更加合理，有效改善玻璃纤维在浸渍过程中的浸润性，避免浮纤和包裹不良的现象出现。
2.本发明的口模孔径2.8mm，根据产品玻纤含量，调整口模孔径，改善玻纤含量，非常有效的控制产品玻纤含量以及粒子外观大小问题。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种PP-LFT材料的加工工艺，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本实施方式中采用的材料来源如下：
预浸料：PP YPJ-3100H(扬子石化)；
CMG5701(佳易容)；
玻璃纤维：SE 4805 2400(OC)。
本发明中的牵引速度是根据产能计算得出的。
实施例1：一种玻纤含量40％的PP-LFT材料的加工工艺
其加工工艺包括如下操作步骤：
S1、将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中，螺杆挤出机的温度设定如下：螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃，主机转速为500rpm；喂料量为210kg/h，模具的加工温度为300℃，口模孔径为2.8mm；
S2、将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻，烘箱温度为150℃，张力预热温度为120℃，退捻的解捻系数为10m/min；
S3、将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP-LFT材料，牵引速度为20m/min。
本发明中的粒子长度设置为11mm，玻璃纤维为40根。
实施例2：一种玻纤含量40％的PP-LFT材料的加工工艺
其加工工艺包括如下操作步骤：
S1、将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中，螺杆挤出机的温度设定如下：螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃，主机转速为500rpm；喂料量为310kg/h，模具的加工温度为300℃，口模孔径为2.8mm；
S2、将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻，烘箱温度为150℃，张力预热温度为120℃，退捻的解捻系数为15m/min；
S3、将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP-LFT材料，牵引速度为30m/min。
本发明中的粒子长度设置为11mm，玻璃纤维为40根。
实施例3：一种玻纤含量40％的PP-LFT材料的加工工艺
其加工工艺包括如下操作步骤：
S1、将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中，螺杆挤出机的温度设定如下：螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃，主机转速为500rpm；喂料量为410kg/h，模具的加工温度为300℃，口模孔径为2.8mm；
S2、将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻，烘箱温度为150℃，张力预热温度为120℃，退捻的解捻系数为20m/min；
S3、将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP-LFT材料，牵引速度为40m/min。
本发明中的粒子长度设置为11mm，玻璃纤维为40根。
实施例4：一种玻纤含量40％的PP-LFT材料的加工工艺
其加工工艺包括如下操作步骤：
S1、将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中，螺杆挤出机的温度设定如下：螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃，主机转速为500rpm；喂料量为410kg/h，模具的加工温度为300℃，口模孔径为2.8mm；
S2、将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻，烘箱温度为150℃，张力预热温度为120℃，退捻的解捻系数为23.8m/min；
S3、将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP-LFT材料，牵引速度为40m/min。
本发明中的粒子长度设置为11mm，玻璃纤维为40根。
其中，解捻系数根据公式
其中，v是解捻系数，单位是m/min；
T1、T2和T3分别是模具加工温度、张力预热温度和烘箱温度，单位是℃；
V是牵引速度，单位是m/min；
b是常数，具体为口模孔径的值。
其中，v计算得出：23.8m/min。
实施例5：一种玻纤含量40％的PP-LFT材料的加工工艺
其加工工艺包括如下操作步骤：
S1、将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中，螺杆挤出机的温度设定如下：螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃，主机转速为500rpm；喂料量为474.6kg/h，模具的加工温度为300℃，口模孔径为2.8mm；
S2、将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻，烘箱温度为150℃，张力预热温度为120℃，退捻的解捻系数为23.8m/min；
S3、将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP-LFT材料，牵引速度为40m/min。
本发明中的粒子长度设置为11mm，玻璃纤维为40根。
其中，解捻系数根据公式
其中，v是解捻系数，单位是m/min；
T1、T2和T3分别是模具加工温度、张力预热温度和烘箱温度，单位是℃；
V是牵引速度，单位是m/min；
b是常数，具体为口模孔径的值。
其中，v计算得出：23.8m/min。
其中，喂料量根据下述公式计算：W＝m*V+40*b*V/n；其中，b为口模直径的值；V是牵引速度，单位是m/min；m和n为常数，用以调整单位，分别为10和60；W为喂料量，单位是kg/h。
计算得出：喂料量为474.6kg/h。
实施例6：一种玻纤含量40％的PP-LFT材料的加工工艺
其加工工艺包括如下操作步骤：
S1、将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中，螺杆挤出机的温度设定如下：螺杆挤出机的参数设定为九个温区，具体温度设定如下：第一温区40℃；第二温区280℃；第三温区280℃；第四温区280℃；第五温区280℃；第六温区285℃；第七温区285℃；第八温区285℃；第九温区290℃，主机转速为500rpm；喂料量为356kg/h，模具的加工温度为300℃，口模孔径为2.8mm；
S2、将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻，烘箱温度为150℃，张力预热温度为120℃，退捻的解捻系数为22.8m/min；
S3、将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到PP-LFT材料，牵引速度为40m/min。
本发明中的粒子长度设置为11mm，玻璃纤维为40根。
其中，解捻系数根据公式
其中，v是解捻系数，单位是m/min；
T1、T2和T3分别是模具加工温度、张力预热温度和烘箱温度，单位是℃；
V是牵引速度，单位是m/min；
b是常数，具体为口模孔径的值。
其中，v计算得出：22.8m/min。
其中，喂料量根据下述公式计算：W＝m*V+40*b*V/n；其中，b为口模直径的值；V是牵引速度，单位是m/min；m和n为常数，用以调整单位，分别为10和60；W为喂料量，单位是kg/h。
计算得出：喂料量为356kg/h。
性能测试
对实施例1～6得到的PP-LFT材料进行性能测试。
表1.实施例1～6得到的PP-LFT材料测试结果
根据实施例1～6数据对比可知，本发明提供的公式计算得到的参数加入到工艺中后，使材料的拉伸强度、弯曲模量以及冲击强度大幅提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种PP-LFT材料的加工工艺，其特征在于，所述PP-LFT材料的玻璃纤维含量为40%，所述玻璃纤维根数为40根；
其加工工艺具体包括如下操作步骤：
将预浸料在螺杆挤出机中挤出，加入到模具中；将玻璃纤维经烘箱预热以及张力预热后退捻；将玻璃纤维导入模具中与预浸料充分接触后出料得到所述PP-LFT材料；
所述模具内的牵引速度为20~40m/min，所述烘箱的温度为130~150℃，所述张力预热的温度为100~120℃，所述模具的口模孔径为2.8~3.0mm；
所述退捻的过程中，解捻系数通过下述公式计算：
；
其中，v是解捻系数，单位是m/min；
T1、T2和T3分别是模具加工温度、张力预热温度和烘箱温度，单位是℃；
V是牵引速度，单位是m/min；
b是常数，具体为口模孔径的值；
所述模具内预浸料的喂料量通过如下公式计算可得：
；
其中，b为口模孔径的值；V是牵引速度，单位是m/min；m和n为常数，用以调整单位，分别为10和60；W为喂料量，单位是kg/h。
2.根据权利要求1所述的一种PP-LFT材料的加工工艺，其特征在于，所述螺杆挤出机的主机温度为280~295℃。
3.根据权利要求1所述的一种PP-LFT材料的加工工艺，其特征在于，所述模具的加工温度为290~300℃。
4.根据权利要求2所述的一种PP-LFT材料的加工工艺，其特征在于，所述螺杆挤出机的主机转速为450~500rpm。
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2022
- 2022-04-28 CN CN202210461033.0A patent/CN114770804B/zh active Active
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