長纖維增強熱塑性樹脂的成型方法

2023-12-10 19:54:27 1

專利名稱：長纖維增強熱塑性樹脂的成型方法
技術領域：
本發明涉及一種長纖維增強熱塑性樹脂的成型方法。
背景技術：
長玻璃纖維增強熱塑性樹脂是指纖維長度大於3mm的增強樹脂，樹脂均勻地分布在纖維之間，形成連續相，以固定纖維的空間位置，並在材料內部傳遞載荷。它與普通的短玻璃纖維增強熱塑性樹脂相比，具有更加突出的機械性能、耐熱性能、抗翹曲性能、尺寸穩定性等，因而可製造出機械性能卓越 的產品，如汽車零部件、電子器件、化工機械部件等。已經有一些公開的製備連續長玻璃纖維增強熱塑性樹脂的成型方法，如CN101152767A, CN1017693B, CN103769等。這些成型方法的共同特點是連續長玻璃纖維在機頭位置處加入，並通過特殊的浸潰機頭與熱塑性樹脂複合，連續纖維在機頭內實現分散、浸潰。這些成型方法的缺點主要包括1)由於纖維在機頭內停留時間過短，導致纖維分散、浸潰不理想，而停留時間過長，則容易拉斷纖維；2)對樹脂粘度要求高，一般要求熱塑性樹脂的流動指數為50-100g/10min或以上，樹脂粘度大則造成浸潰效果差，而且容易導致纖維束斷頭、斷絲，造成生產中斷；3)不適宜製備增強熱敏性樹脂，如聚甲醛，因該成型方法的浸潰機頭易聚積過多的樹脂，加熱時間過長易導致熱敏性樹脂的分解；4)該成型方法只適宜製備長玻璃纖維增強熱塑性樹脂增強粒子，而不能成型製品。在線配混法製備長玻璃纖維增強熱塑性樹脂可有效避免上述缺點，由於纖維束在螺杆內與熱塑性樹脂複合，可實現纖維的充分分散、浸潰；由於長纖維餵入後的螺杆元件具有柔和的剪切，纖維可保持較大的長度，一般可在IOmm以上；在線配混法製備長玻璃纖維增強熱塑性樹脂對樹脂粘度無特殊要求，不會因為樹脂粘度大而造成生產中斷，適應範圍更寬；同時，該成型方法擠出過程中因無任何積料和滯留，不會造成熱敏性樹脂的分解，因而，可適用於各種熱敏性樹脂。此外，因長玻璃纖維在螺杆內與熱塑性樹脂複合，對機頭無特殊要求，因此，可配備造粒機頭、棒材機頭、板材機頭、型材機頭等，擴大長玻璃纖維增強熱塑性樹脂的成型範圍。已經有一些公開的製備短玻璃纖維增強熱塑性樹脂的成型方法，如CN1554528A。這些成型方法的特點是連續長玻璃纖維從近螺杆中部位置加入，距螺杆出口位置較遠，螺杆組合中含有較多的剪切元件，長纖維在螺杆強剪切的作用下，被剪成較短長度，一般在0. 3mm以下。

發明內容
本發明的目的是提供一種長纖維增強熱塑性樹脂的成型方法。本發明的提供的長纖維增強熱塑性樹脂的成型方法，包括如下步驟將長纖維束由螺杆擠出機機筒上的纖維餵料口餵入，將樹脂由加料鬥餵入，所述長纖維束和所述樹脂在所述螺杆擠出機的螺杆的旋轉作用下混合均勻，由成型模具完成所述長纖維增強熱塑性樹脂的成型。
上述方法中，所述纖維餵料口位於所述機筒正上方，且所述纖維餵料口位於螺杆長度的二分之一位置和螺桿頭部位置之間，且所述纖維餵料口與所述螺桿頭部位置之間的距離為螺杆直徑的6-7倍。所述螺杆擠出機優選為雙螺杆擠出機。所述長纖維束由螺杆擠出機機筒上的纖維餵料口餵入後，所述螺杆擠出機的螺杆的元件選自單頭輸送元件和雙頭輸送元件中的至少一種，導程為所述螺杆直徑的1-2倍，具體可為I. 6-2倍。各種長纖維均適用於該成型方法，所述長纖維可為長玻璃纖維；各種熱塑性樹脂均適用於該方法，所述熱塑性樹脂選自聚丙烯、尼龍、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛和聚氯乙烯中的至少一種，更優選熔體流動指數為3-50g/10min的聚丙烯或熔體流動指數為9. 7g/10min的聚甲醛。所述成型模具為各種常用的成型模具，可根據實際需要選擇，如可為造粒模具、棒材模具、板材模具或型材模具。 與現有技術相比較，本發明具有以下優點(I)由於纖維束在螺杆內與熱塑性樹脂複合，可實現纖維的充分分散、浸潰；且由於長玻璃纖維餵入後的螺杆元件具有柔和的剪切，纖維可保持較大的長度，一般可在10_以上；(2)在線配混法製備長玻璃纖維增強熱塑性樹脂對樹脂粘度無特殊要求，不會因為樹脂粘度大而造成生產中斷，適應範圍更寬；(3)該成型方法擠出過程中因無任何積料和滯留，不會造成熱敏性樹脂的分解，因而，可適用於各種熱敏性體系的樹脂。(4)因長玻璃纖維在螺杆內與熱塑性樹脂複合，對機頭無特殊要求，因此，可配備造粒機頭、棒材機頭、板材機頭或型材機頭等，擴大長纖維增強樹脂的成型範圍。


圖I為本發明提供的長纖維增強樹脂的成型方法示意圖，其中，I為長纖維束；2為機筒上的纖維餵料口 ；3為螺杆擠出機上的螺杆；4為熱塑性樹脂；5為加料鬥；6為成型模具；7為螺桿頭部位置。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。圖I為本發明提供的長纖維增強樹脂的成型方法示意圖，其中，I為長纖維束；2為機筒上的纖維餵料口 ；3為螺杆擠出機上的螺杆；4為熱塑性樹脂；5為加料鬥；6為成型模具；7為螺桿頭部位置。該成型方法的具體過程為長纖維束(I)通過機筒纖維餵料口(2)餵入，長纖維束在擠出機螺杆(3)的旋轉作用下被帶入螺杆中，樹脂(4)通過加料鬥(5)餵入，並通過螺杆熔融塑化，長纖維束(I)在螺杆柔和的剪切作用下被剪斷成較大長度，並與樹脂(4)混合均勻，最後通過模具元件(6)成型。下述實施例所得長玻璃纖維增強板材或顆粒中的玻璃纖維的質量百分含量，均是按照如下方法測試而得取樣放置於馬弗爐中煅燒3小時，加熱溫度500°C，待聚甲醛揮發後，稱量殘餘的玻纖質量，即可計算得到板材或顆粒中玻璃纖維的質量百分含量。實施例I、
將長玻璃纖維束通過機筒纖維餵料口(2)餵入，該纖維餵料口(2)位於機筒的正上方，且距螺杆出口位置為6D(D為螺杆直徑)，長玻璃纖維束在雙螺杆擠出機(3)的旋轉作用下被帶入螺杆中，熱塑性樹脂聚丙烯(熔體流動指數為3. 2g/10min)通過加料鬥(5)餵入，並通過螺杆熔融塑化，該長玻璃纖維束在螺杆柔和的剪切作用下被剪斷成20_，並與熱塑性樹脂聚丙烯混合均勻，最後通過板材模具元件(6)成型，得到長玻璃纖維增強聚丙烯板材；其中，連續長纖維餵入後的螺杆元件為雙頭輸送元件，導程為2D。該擠出機的溫度設定從加料口到出口分別設定為170°C -190。。-210。。-210。。-210。。。按照上述成型方法製得的長玻璃纖維增強聚丙烯板材中，長玻璃纖維的質量百分含量為40%。將該板材沿纖維取向方向切割成標準試條，經測定其力學性能為拉伸強度為 105MPa (按 GB/T1042-92 標準測試，10mm/min)，缺口衝擊強度為 10. 6KJ/m2 (按 GB/ T 13525-1992標準測試，23°C )，斷裂伸長率為2. 14% (按GB/T1042-92標準測試，IOmm/min) o 實施例2將長玻璃纖維束通過機筒纖維餵料口(2)餵入，該纖維餵料口(2)位於機筒的正上方，且距螺杆出口位置為7D(D為螺杆直徑)，長玻璃纖維束在雙螺杆擠出機(3)的旋轉作用下被帶入螺杆中，熱塑性樹脂聚丙烯(熔體流動指數為50g/10min)通過加料鬥(5)餵入，並通過螺杆熔融塑化，該長玻璃纖維束在螺杆柔和的剪切作用下被剪斷成30_，並與熱塑性樹脂聚丙烯混合均勻，最後通過造粒模具元件(6)成型，得到長玻璃纖維增強聚丙烯顆粒；其中，長玻璃纖維餵入後的螺杆元件為雙頭輸送元件，導程為1.6D。該擠出機的溫度設定從加料口到出口分別設定為170°C -190。。-210。。-210。。-210。。。按照上述成型方法製得的長玻璃纖維增強聚丙烯顆粒中，長玻璃纖維的質量百分含量為35%。將該長玻璃纖維增強聚丙烯顆粒由注塑機注塑為標準試條，注塑溫度175°C -180°C -180°C。經測定其力學性能為拉伸強度為108MPa(按GB/T1042-92標準測試，10mm/min)，缺口衝擊強度為15. 7KJ/m2 (按GB/T 13525-1992標準測試，23°C )，斷裂伸長率為 3. 14% (按 GB/T1042-92 標準測試，10mm/min)。實施例3將長玻璃纖維束通過機筒纖維餵料口(2)餵入，該纖維餵料口(2)位於機筒的正上方，且距螺杆出口位置為6. 5D (D為螺杆直徑)，長玻璃纖維束在雙螺杆擠出機(3)的旋轉作用下被帶入螺杆中，熱塑性樹脂聚甲醛(熔體流動指數為9. 7g/10min)通過加料鬥(5)餵入，並通過螺杆熔融塑化，該長玻璃纖維束在螺杆柔和的剪切作用下被剪斷成28_，並與熱塑性樹脂聚甲醛混合均勻，最後通過板材模具元件(6)成型，製成長玻璃纖維增強聚甲醛板材；其中，長玻璃纖維餵入後的螺杆元件為雙頭輸送元件，導程為I. 該擠出機的溫度設定從加料口到出口分別設定為170°C -170°C -170°C -190°C -190°C。按照上述成型方法製得的長玻璃纖維增強聚甲醛板材中，長玻璃纖維的質量百分含量為25%。將該長玻璃纖維增強聚甲醛板材在200°C下經注射機製成標準試條，測得其力學性能為拉伸強度為112MPa(按GB/T1042-92標準測試，10mm/min)，缺口衝擊強度為6.3KJ/m2 (按 GB/T 13525-1992 標準測試，23°C )，斷裂伸長率為 2. 5% (按 GB/T1042-92 標準測試，10mm/min)。本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特徵的具體形式來概述。因此，無 論從那一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的範圍，因此，與本發明的權利要求書相當的含有和範圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種長纖維增強樹脂的成型方法，包括如下步驟將長纖維束由螺杆擠出機機筒上的纖維餵料口餵入，將樹脂由加料鬥餵入，所述長纖維束和所述樹脂在所述螺杆擠出機的螺杆的旋轉作用下混合均勻，由成型模具完成所述長纖維增強樹脂的成型。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於所述纖維餵料口位於所述機筒正上方，且所述纖維餵料口位於螺杆長度的二分之一位置和螺桿頭部之間，且所述纖維餵料口與所述螺桿頭部之間的距離為螺杆直徑的6-7倍。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於所述螺杆擠出機為雙螺杆擠出機。
4.根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於所述長纖維束由螺杆擠出機機筒上的纖維餵料口餵入後，所述螺杆擠出機的螺杆的元件選自單頭輸送元件和雙頭輸送元件中的至少一種，導程為所述螺杆直徑的1-2倍。
5.根據權利要求1-4任一所述的方法,其特徵在於所述長纖維為長玻璃纖維。
6.根據權利要求1-5任一所述的方法，其特徵在於所述樹脂為熱塑性樹脂。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於所述熱塑性樹脂選自聚丙烯、尼龍、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛和聚氯乙烯中的至少一種。
8.根據權利要求1-7任一所述的方法，其特徵在於所述熱塑性樹脂為熔體流動指數為3-50g/10min的聚丙烯或熔體流動指數為9. 7g/10min的聚甲醒。
9.根據權利要求1-8任一所述的方法，其特徵在於所述成型模具為造粒模具、棒材模具、板材模具或型材模具。
全文摘要
本發明公開了一種長纖維增強樹脂的成型方法。該方法，包括如下步驟將長纖維束由螺杆擠出機機筒上的纖維餵料口餵入，將樹脂由加料鬥餵入，所述長纖維束和所述樹脂在所述螺杆擠出機的螺杆的旋轉作用下混合均勻，由成型模具完成所述長纖維增強樹脂的成型。該方法由於纖維束在螺杆內與熱塑性樹脂複合，可實現長玻璃纖維的充分分散、浸漬；對樹脂粘度無特殊要求，適應範圍更寬，並適用於熱敏性樹脂。
文檔編號B29C70/16GK102729492SQ201110095038
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者於建, 傅送保, 劉慧宏, 徐建波, 王亮亮, 王洪波, 賈明印, 陳步寧, 陳科宇 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油化學股份有限公司, 清華大學