一種熱塑性複合材料的擠出螺杆的製作方法

2023-12-04 23:37:16 2

一種熱塑性複合材料的擠出螺杆的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種熱塑性複合材料的擠出螺杆，在加料段、擠出行程段和排氣段上設置有螺稜，加料段與擠出行程段相連，排氣段布置在擠出行程段中部，加料段和擠出行程段上的螺稜寬度與螺槽寬度的比值的變化範圍為0.24-0.62，整根螺杆的螺槽寬度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，加料段的最大螺槽的體積和其他段最小螺槽體積之比為1.8:1，擠出行程段中的塑化混煉段的長度少於整根螺杆長度的10％。本實用新型保證增強纖維能夠保持在5mm以上，保證了最終產品的力學剛性、拉伸、彎曲和衝擊性能。
【專利說明】一種熱塑性複合材料的擠出螺杆

【技術領域】
[0001]本實用新型屬熱塑性複合材料加工【技術領域】，特別是涉及一種熱塑性複合材料的擠出螺杆。

【背景技術】
[0002]纖維增強熱塑性複合材料因具有輕質、耐腐蝕、抗衝擊、易成型、可回收等諸多特點，用途廣泛，尤其是近年來，我國汽車、建築、電力方面的快速發展，纖維增強熱塑性複合材料的應用取得了很大的進展。
[0003]短纖維熱塑性複合材料纖維長度一般小於1mm，在產品成型過程中增強纖維會被第二次磨損，纖維長度進步一降低，纖維的增強效果會受到很大的影響，因此，短纖維增強熱塑性複合材料多用於非承力部件。玻璃纖維是保證材料抗衝和抗彎曲能力的基礎，如果在螺杆的擠出加工過程中纖維發生斷裂甚至破碎，最終產品的力學性能會收到非常大的影響，現有的擠出螺杆都不能既滿足保證材料中PP樹脂的塑化又保證材料中的玻璃纖維不能斷裂的要求，對利用回料製造高強度複合材料板產生難題。
[0004]由於纖維增強複合材料的性能受到纖維長度的影響，如何儘量保證纖維的長度是當前研究的重要方向，而目前應用較為成功的LFT-D工藝設備結構複雜，設備造價高，佔地面積大，入手難度較高，眾多企業可望不可及，所以如何改進擠出螺杆是急需解決的問題。


【發明內容】

[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種熱塑性複合材料的擠出螺杆，採用螺紋數量少、螺槽寬、導程大、壓縮比小、不設置有較強塑化混煉功能的元件且設置有排氣功能的結構來實現對熱塑性複合材料的加熱熔融，而且增強纖維能夠保持在5mm以上，保證了最終產品的力學剛性、拉伸、彎曲和衝擊性能。
[0006]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種熱塑性複合材料的擠出螺杆，在加料段、擠出行程段和排氣段上設置有螺稜，所述的加料段與擠出行程段相連，所述的排氣段布置在擠出行程段中部，所述的加料段和擠出行程段上的螺稜寬度與螺槽寬度的比值的變化範圍為0.24-0.62，整根螺杆的螺槽寬度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，所述的加料段的最大螺槽的體積和其他段最小螺槽體積之比為1.8:1，所述的擠出行程段中布置有塑化混煉段，該塑化混煉段的長度少於整根螺杆長度的10%。
[0007]傳統的異向錐形雙螺杆主要用於型材和管材等製品的擠出，因其需要將物料在穩定的高壓力條件下擠出，所以螺杆的導程通常設計得較小，同時螺紋數量多，剪切強，但是極大地限制了螺杆的有效容積，進而限制擠出產量。對於GMT材料而言，螺紋多意味著螺槽的容積受到限制，進而影響到產量的提升，同時螺槽容積過小帶來的壓力過大、剪切過強將影響到纖維的長度，降低製品性能，所以將加料段和擠出行程段上的螺稜寬度與螺槽寬度的比值的變化範圍為0.24-0.62，且螺槽寬度之和佔整根螺杆長度的66%?75%，螺槽的容積得到很大擴展，擠出壓力適當降低，物料內部因壓力帶來的層流和剪切減小，纖維的長度得到了保留。
[0008]整根螺杆的螺槽寬度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，使材料所受到的剪切小，特別是加料段採用寬螺槽、深螺槽以便堆積密度在0.3噸/立方米以下的材料的餵入，而傳統錐形雙螺杆則相反，一般是槽深之和大於槽寬之和、螺紋數量多，剪切強。
[0009]在傳統的錐形雙螺杆的設計中，餵料段螺槽的容積是中間阻流段螺槽的最小容積的3倍，壓縮比例達到1:3左右，較大的壓縮比有利於建立較高的擠出壓力，但是料流內部會帶來強烈的層流，導致料流內部剪切很大，玻纖的長度遭到破壞，進而影響到製品的質量。在本專利所述的螺杆的實際的生產使用中，主要依靠下遊壓機來保證製品的緻密性，所以在擠出機中，將加料段的最大螺槽的體積和其他段最小螺槽體積之比為1.8:1，從而有效控制料流內部的剪切，較小的壓縮是減了小材料之間的內摩擦，以儘量保留纖維強度，達到了儘量保留玻纖長度的目的，保證製品的力學性能。
[0010]傳統螺杆在加工過程中，物料塑化的能量來自於主電機的機械能轉化和機筒傳熱能量。這就需要在螺杆上設置限流段(如錐形雙螺杆的小導程螺紋、平行雙螺杆的反旋元件、單螺杆的主/副螺紋段、屏障頭和銷釘混合段等)，塑化混煉的組件都具有較強的剪切功能，在塑化混煉的同時會加大料流內部的壓力，增強物料內部的層流，剪斷玻纖。在由本專利申請的螺杆組成的錐形雙螺杆中，起限流作用的小導程螺紋由傳統螺紋的10個導程縮小到2 - 3個導程，在本專利申請的擠出單螺杆中，所述的擠出行程段中布置的塑化混煉段的長度少於整根螺杆長度的10%，並且該塑化混煉段是分散的分布在擠出行程段中或者是集中分布在擠出行程段上的任何位置。
[0011]作為本實用新型所述的擠出螺杆的一種優選方式，所述的擠出螺杆為平螺杆或者錐形螺杆，兩根並排布置且螺紋方向相反的螺杆就可以組成平行雙螺杆或者錐形雙螺杆，增強擠出效果。
[0012]作為本實用新型所述的擠出螺杆的一種補充，所述的擠出行程段上靠近排氣段的位置上的若干個螺稜導程中均沿著圓周布置有一圈銷釘，物料在流經銷釘段的時候，會被分成很多股，而接下來在流經第二個銷釘段的時候，又會經歷一次被分開的情況，從而造成多次的分流與混合，這樣有利於加大已經熔融的物料與未熔融的顆粒的接觸面積，改善傳熱，改善物料的均勻性。同時適當匹配螺杆轉速，控制物料的停留時間，保證物料的熔融。
[0013]進一步的，所述的螺稜導程中的銷釘圍成的圈與螺杆的橫截面平行布置或者與螺稜平行布置，兩種布置方式都可以，根據實際需要進行選擇。
[0014]作為本實用新型所述的擠出螺杆的另一種補充，所述的排氣段的直徑小於擠出行程段的直徑，增加與物料接觸的表面積，考慮到原料來源較複雜，原料內部水分含量較多，因此輔以真空排氣，抽除原料中水分，該排氣段上布置有雙頭螺紋，其目的是擴大物料的表面積，增加材料內部氣體排出的可能。該段基本不影響塑化效果，剪切力也更弱。材料中的水分大部分在這裡排出。
[0015]有益.效果
[0016]本實用新型涉及一種熱塑性複合材料的擠出螺杆，其優點在於，
[0017](I)最終產品中玻璃纖維的保留長度大於5mm，保證了產品具有優異的剛性，同時提高了產品的拉伸、彎曲強度、衝擊性能。
[0018](2)由於螺槽深、導程大、壓縮比小。其輸送能力為普通擠出螺杆的1.5-2倍，採用本專利提供的一種熱塑性複合材料的擠出螺杆可大大提高擠出產量。
[0019](3)結構簡單，造價低於普通擠出機螺杆，且可適用於多種原料體系及工藝配方。如配合板材擠出模具可生產擠出板材，配合模壓機可生產模壓製品；配合強制餵料機可進行多體系低堆積密度材料混配體系的擠出等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型結構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型對應的錐形雙螺杆結構示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授的內容之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0023]如圖1所示，本實用新型涉及一種熱塑性複合材料的擠出螺杆，在加料段C、擠出行程段A和排氣段B上設置有螺稜，所述的加料段C與擠出行程段A相連，所述的排氣段B布置在擠出行程段A中部，所述的加料段C和擠出行程段A上的螺稜寬度與螺槽寬度的比值的變化範圍為0.24-0.62，整根螺杆的螺槽寬度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，所述的加料段C的最大螺槽的體積和其他段最小螺槽體積之比為1.8:1，所述的擠出行程段A中布置有塑化混煉段，該塑化混煉段的長度少於整根螺杆長度的10%。
[0024]所述的擠出螺杆為平螺杆或者錐形螺杆。
[0025]所述的擠出螺杆中的螺槽寬度之和佔整根螺杆長度的66%?75%。
[0026]所述的擠出行程段A上靠近排氣段B的位置上的若干個螺稜導程中均沿著圓周布置有一圈銷釘I。
[0027]所述的螺稜導程中的銷釘I圍成的圈與螺杆的橫截面平行布置或者與螺稜平行布置。
[0028]所述的排氣段B的直徑小於擠出行程段A的直徑，該排氣段B上布置有雙頭螺紋。
[0029]實施例1
[0030]將需要加工的PP樹脂與GMT回收料的混合料放置在螺杆擠出機的料鬥中，其中PP樹脂是顆粒狀，GMT回收料為長度在20mm-40mm的片狀或者塊狀，擠出機中布置有一根平螺杆，平螺杆開始轉動，同時螺杆外側的機筒開始加熱，混合料經過加料段C的抓料進料，再經過擠出行程段A中進行加熱塑化形成了連續不斷的熔融料，這些熔融料中的纖維長度為5-15mm，長度得到了保證，保證了產品具有優異的剛性，同時提高了產品的拉伸、彎曲強度、衝擊性能，將這些熔融料放置到模壓機中用模具模壓成型。
[0031]實施例2
[0032]將短切纖維與粉狀塑料的混合物放置在螺杆擠出機的料鬥中，如圖2所示，擠出機中有兩根並排布置的錐螺杆，兩根錐螺杆的螺紋相反布置，兩根錐螺杆開始相對反向轉動，同時螺杆外側的機筒開始加熱，混合料經過加料段C的抓料進料，再經過擠出行程段A中進行加熱塑化形成了連續不斷的熔融料，在擠出行程段A的出口處安裝板材模具，熔融料經過板材模具的成型後直接得到產品，這些熔融料中的纖維為10-15mm，長度得到了保證，保證了產品具有優異的剛性，同時提高了產品的拉伸、彎曲強度、衝擊性能，將這些熔融料放置到模壓機中用模具模壓成型。
【權利要求】
1.一種熱塑性複合材料的擠出螺杆，在加料段(C)、擠出行程段(A)和排氣段(B)上設置有螺稜，其特徵在於，所述的加料段(C)與擠出行程段(A)相連，所述的排氣段(B)布置在擠出行程段(A)中部，所述的加料段(C)和擠出行程段(A)上的螺稜寬度與螺槽寬度的比值的變化範圍為0.24-0.62，整根螺杆的螺槽寬度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，所述的加料段(C)的最大螺槽的體積和其他段最小螺槽體積之比為1.8:1，所述的擠出行程段(A)中布置有塑化混煉段，該塑化混煉段的長度少於整根螺杆長度的10%。
2.根據權利要求1所述的熱塑性複合材料的擠出螺杆，其特徵在於，所述的擠出螺杆為平螺杆或者錐形螺杆。
3.根據權利要求2所述的熱塑性複合材料的擠出螺杆，其特徵在於，所述的擠出螺杆中的螺槽寬度之和佔整根螺杆長度的66 %?75 %。
4.根據權利要求3所述的熱塑性複合材料的擠出螺杆，其特徵在於，所述的擠出行程段(A)上靠近排氣段(B)的位置上的若干個螺稜導程中均沿著圓周布置有一圈銷釘(I)。
5.根據權利要求4所述的熱塑性複合材料的擠出螺杆，其特徵在於，所述的螺稜導程中的銷釘(I)圍成的圈與螺杆的橫截面平行布置或者與螺稜平行布置。
6.根據權利要求1-4中任意一項所述的熱塑性複合材料的擠出螺杆，其特徵在於，所述的排氣段⑶的直徑小於擠出行程段㈧的直徑，該排氣段⑶上布置有雙頭螺紋。
【文檔編號】B29C47/40GK204076779SQ201420443834
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】金一平, 陳子蛟, 程太品, 雷飛, 夏洪濤 申請人:寧波華業材料科技有限公司