專利名稱：長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種長纖維增強熱塑性樹脂復合材料的制備裝置及方法，尤其涉及一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置及方法。
背景技術：
長纖維增強熱塑性塑料(LFRT)成為了熱塑性塑料市場增長最快的品種，因其重量輕、價廉、易于回收重復利用，在汽車エ業中獲得較多應用。大部分長纖維增強熱塑性塑料(LFRT)使用玻璃纖維，特殊應用時也可將碳纖維、鋼纖維摻混入熱塑性塑料中。常用的熱塑性樹脂材料有PP、PE、PA6、PC、ABS、PBT、熱塑性聚氨酯和聚苯硫醚等。在LFRT部件中，纖維長一般在5_50mm之間。長纖維增強熱塑性塑料(LFRT)產品的纖維質量含量在20-50%，制備最大困難ー是如何確保所需纖維長度，ニ是長纖維如何均勻分散在復合材料中，三是如何保證長纖維增強熱塑性樹脂復合材料制品連續、高效生產。目前制備長纖維增強熱塑性塑料(LFRT)產品的主要方法，先制備長纖維增強熱塑性塑料的粒料(纖維長度一般5-10mm)，然后將粒料注塑或壓制成制品；中國專利公開號CN102002229A，將尼龍、液晶高分子等混合料加入雙螺桿擠出機中熔融，再將長纖維經雙螺桿擠出機的側加料ロ加入，經混合擠出拉條、定長切害わ制備長纖維造粒。中國專利公開號CN102367003A，發明提供了一種纖維束之間不互相影響的連續長纖維增強熱塑性塑料的浸潰設備和方法。中國專利公開號CN102367004A，一種串聯型連續長纖維增強熱塑性塑料的浸潰設備及方法，采用多個長纖維加入ロ分別入纖維，并且長纖維加入ロ設置在側壁，從而長纖維加入ロ與浸潰流道的轉角處分散纖維，使得每束纖維分別浸潰后重新聚集，提高了浸潰效果。現有技術均存在長纖維在樹脂中難以分散或分散不均勻的難題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中長纖維在樹脂中難以分散或分散不均勻的難題，提供一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置及方法，利用螺桿擠出機剪切能力弱，生產穩定性好的特點，解決了長纖維復合材料混熔過程中容易折斷纖維的難題，提高了纖維長度的同一性，實現連續生產長纖維增強熱塑性樹脂復合板材或片材的制備。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置，包括第一螺桿擠出機、薄膜機頭、纖維分布器、復合裝置、切斷裝置、第二螺桿擠出機和板材/片材機頭，第一螺桿擠出機的擠出口安裝薄膜機頭，所述的薄膜機頭的上方安裝纖維分布器，所述的纖維分布器上開設有多個穿設長纖維的線槽，所述的薄膜機頭出口與第二螺桿擠出機的進ロ之間安裝復合裝置和切斷裝置，所述的第二螺桿擠出機的擠出口安裝板材/片材機頭，板材/片材機頭出ロ安裝有用于板材/片材定型的雙棍定型裝置。
作為優選，第一螺桿擠出機和第二螺桿擠出機為單螺桿擠出機。作為優選，使長纖維與薄膜分布均勻，所述的纖維分布器上開設的多個線槽呈圓周方向均勻分布。所述的復合裝置具有呈上大下小的錐形筒，錐形筒上設有加熱裝置，錐形筒的底部為復合料出口，所述的復合料出口為方形。復合裝置的主要功能一是對長纖維進行加熱，防止樹脂與長纖維復合時溫度下降過多；ニ是將薄膜與纖維復合后逐步擠壓成方形，便于進入切割裝置及便于切割；三是設計長纖維在外層，可使操作方便，而且防止樹脂粘結在復合裝置的內壁，以免影響連續生產。一種采用上述長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置進行生產的方法，具有如下步驟
①將熱塑性樹脂加入第一螺桿擠出機，按樹脂的エ藝要求設定エ藝條件，使樹脂充分熔融，并被第一螺桿擠出機擠出進入薄膜機頭擠出薄膜；②纖維分布器(3)上的線槽中穿設1-10根長纖維(31)，通過纖維分布器(3)向復合裝置(4)中放線；③將薄膜機頭擠出的薄膜與纖維分布器分布的長纖維在復合裝置中復合得到長纖維熱塑性樹脂復合材料；④經經復合裝置(4)中復合好的長纖維熱塑性樹脂復合材料經切斷裝置(5)切斷，獲得長度為5-50mm的纖維。⑤將經過步驟④切斷的長纖維熱塑性樹脂復合材料經第二螺桿擠出機進ー步熔化并混合擠出，輸送至板材/片材機頭；⑥長纖維熱塑性樹脂復合材料經板材/片材機頭擠出成型獲得所需的板材/片材尺寸；⑦長纖維熱塑性樹脂復合材料的板材/片材經雙棍定型裝置尺寸定型，即獲得長纖維熱塑性樹脂復合材料板材/片材產品。進ー步的，優選熱塑性樹脂材料，步驟①中的熱塑性樹脂選用聚丙烯、聚こ烯、聚酰胺玻璃纖維、聚烯烴弾性體、聚碳酸酷、ABS樹脂、聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯和聚苯硫醚中的ー種。進ー步的，優選長纖維材料，步驟②中的長纖維選用玻璃纖維、碳纖維、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯纖維、超高分子量聚こ烯纖維和芳綸纖維中的ー種或ニ種以上。作為優選，所述的長纖維以每股3飛根單線的形式進入纖維分布器。步驟③中復合裝置進行復合時長纖維緊貼復合裝置的內壁，薄膜位于圓周形分布的長纖維內側。使長纖維在外層，可使操作方便，而且防止樹脂粘結復合裝置的內壁，以免影響連續生產。本發明的有益效果是，本發明的一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置及方法利用螺桿擠出機剪切能力弱，生產穩定性好的特點，解決了長纖維復合材料在混熔過程中容易折斷纖維的難題，提高了纖維長度的同一性。薄膜機頭的膜管直徑與薄膜厚度、纖維分布器的線槽數均可依據長纖維熱塑性樹脂復合材料中的纖維含量和單根纖維質量來設計，復合材料中纖維質量含量可以設計在10-50%范圍內。具有如下特征ー是長纖維能均勻分散到復合材料中，而且長纖維的質量含量可在10-50%范圍內任意調節；ニ是能確保長纖維在復合材料中的纖維長度，可以按要求設計和生產；三是可以連續、高效生產長纖維增強熱塑性樹脂復合板材或片材，不用先造粒、后生廣制品エ藝。
下面結合附圖和實施例對本發明進ー步說明。圖I是本發明的一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置的最佳實施例的結構示意圖；圖2是本發明的所述的復合裝置的放大內部示意圖。圖中1.第一螺桿擠出機，2.薄膜機頭，3.纖維分布器，31.長纖維，4.復合裝置，5.切斷裝置，6.第二螺桿擠出機，7.板材/片材機頭，8.雙棍定型裝置，9.板材/片材， 10.薄膜。
具體實施例方式現在結合附圖對本發明作進ー步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。如圖I圖2所示，本發明的一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置的最佳實施例，包括第一螺桿擠出機I、薄膜機頭2、纖維分布器3、復合裝置4、切斷裝置5、第二螺桿擠出機6和板材/片材機頭7，第一螺桿擠出機I的擠出口安裝薄膜機頭2，薄膜機頭2的上方安裝纖維分布器3，纖維分布器3上開設有多個穿設長纖維31的線槽，薄膜機頭2出口與第二螺桿擠出機6的進ロ之間安裝復合裝置4和切斷裝置5，第二螺桿擠出機6的擠出ロ安裝板材/片材機頭7，板材/片材機頭7出ロ安裝有用于板材/片材9定型的雙棍定型裝置8。第一螺桿擠出機I和第二螺桿擠出機6為單螺桿擠出機。纖維分布器3上開設的多個線槽呈圓周方向均勻分布。復合裝置4具有呈上大下小的錐形筒，錐形筒上設有加熱裝置，錐形筒的底部為復合料出口，所述的復合料出口為方形。復合裝置4用于使薄膜機頭2擠出的薄膜10和纖維分布器3分布的長纖維31進行復合，切斷裝置5使復合料定長切斷的。一種采用上述長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置進行生產的方法，具有如下步驟①將熱塑性樹脂加入第一螺桿擠出機1，按樹脂的エ藝要求設定エ藝條件，使樹脂充分熔融，并被第一螺桿擠出機I擠出進入薄膜機頭2擠出薄膜10 ；②纖維分布器(3)上的線槽中穿設1-10根長纖維(31)，通過纖維分布器(3)向復合裝置(4)中放線；③將薄膜機頭2擠出的薄膜10與纖維分布器3分布的長纖維31在復合裝置4中復合得到長纖維熱塑性樹脂復合材料；④經復合裝置(4)中復合好的長纖維熱塑性樹脂復合材料經切斷裝置(5)切斷，獲得長度為5-50mm的纖維；⑤將經過步驟④切斷的長纖維熱塑性樹脂復合材料經第二螺桿擠出機6進ー步熔化并混合擠出，輸送至板材/片材機頭7 ；
⑥長纖維熱塑性樹脂復合材料經板材/片材機頭7擠出成型獲得所需的板材/片材9尺寸；⑦長纖維熱塑性樹脂復合材料的板材/片材9經雙棍定型裝置8尺寸定型，即獲得長纖維熱塑性樹脂復合材料板材/片材9產品。步驟①中的熱塑性樹脂選用聚丙烯(PP)、聚こ烯(PE)、聚酰胺玻璃纖維(PA6)、聚烯烴弾性體(Ρ0Ε)、聚碳酸酯(PC)、ABS樹脂、聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯(PBT)、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)和聚苯硫醚中的ー種。步驟②中的長纖維31選用玻璃纖維、碳纖維、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯纖維、超高分子量聚こ烯纖維和芳綸纖維中的ー種或ニ種以上。作為優選，長纖維31以每股3飛根單線的形式進入纖維分布器3。
步驟③中復合裝置4進行復合時長纖維31緊貼復合裝置4的內壁，薄膜10位于圓周形分布的長纖維31內側。使長纖維31在外層，可使操作方便，而且防止樹脂粘結復合裝置的內壁，以免影響連續生產以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多祥的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求
1.一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置，其特征是包括第一螺桿擠出機(I)、薄膜機頭(2)、纖維分布器(3)、復合裝置(4)、切斷裝置(5)、第二螺桿擠出機(6)和板材/片材機頭(7)，第一螺桿擠出機(I)的擠出口安裝薄膜機頭(2)，所述的薄膜機頭(2)的上方安裝纖維分布器(3)，所述的纖維分布器(3)上開設有多個穿設長纖維(31)的線槽，所述的薄膜機頭(2)出口與第二螺桿擠出機(6)的進口之間安裝復合裝置(4)和切斷裝置(5)，所述的第二螺桿擠出機(6)的擠出口安裝板材/片材機頭(7)，板材/片材機頭(7 )出口安裝有用于板材/片材(9 )定型的雙棍定型裝置(8 )。
2.如權利要求I所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置，其特征是第一螺桿擠出機(I)和第二螺桿擠出機(6)為單螺桿擠出機。
3.如權利要求I所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置，其特征是所述的纖維分布器(3)上開設的多個線槽呈圓周方向均勻分布。
4.如權利要求I或2所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置，其特征是所述的復合裝置(4)具有呈上大下小的錐形筒，錐形筒上設有加熱裝置，錐形筒的底部為復合料出口，所述的復合料出口為方形。
5.一種采用權利要求1-4任一項所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置進行生產的方法，其特征是具有如下步驟 ①將熱塑性樹脂加入第一螺桿擠出機(I)，按樹脂的工藝要求設定工藝條件，使樹脂充分熔融，并被第一螺桿擠出機(I)擠出進入薄膜機頭(2)擠出薄膜(10)； ②纖維分布器(3)上的線槽中穿設1-10根長纖維(31)，通過纖維分布器(3)向復合裝置(4)中放線； ③將薄膜機頭(2)擠出的薄膜(10)與纖維分布器(3)分布的長纖維(31)在復合裝置(4)中復合得到長纖維熱塑性樹脂復合材料； ④經復合裝置(4)中復合好的長纖維熱塑性樹脂復合材料經切斷裝置(5)切斷，獲得長度為5-50mm的纖維； ⑤將經過步驟④切斷的長纖維熱塑性樹脂復合材料經第二螺桿擠出機(6)進一步熔化并混合擠出，輸送至板材/片材機頭(7); ⑥長纖維熱塑性樹脂復合材料經板材/片材機頭(7)擠出成型獲得所需的板材/片材(9)尺寸； ⑦長纖維熱塑性樹脂復合材料的板材/片材(9)經雙棍定型裝置(8)尺寸定型，即獲得長纖維熱塑性樹脂復合材料板材/片材(9)產品。
6.如權利要求5所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備方法，其特征是步驟①中的熱塑性樹脂選用聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺玻璃纖維、聚烯烴彈性體、聚碳酸酯、ABS樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚苯硫醚中的一種。
7.如權利要求5所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備方法，其特征是步驟②中的長纖維(31)選用玻璃纖維、碳纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維中的一種或二種以上。
8.如權利要求5或7所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備方法，其特征是所述的長纖維(31)以每股3飛根單線的形式進入纖維分布器(3)。
9.如權利要求5所述的長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備方法，其特征是步驟③中復合裝 置4進行復合時長纖維(31)緊貼復合裝置4的內壁，薄膜(10)位于圓周形分布的長纖維(31)內側。
全文摘要
本發明涉及一種長纖維增強熱塑性樹脂復合板材/片材的制備裝置，包括第一螺桿擠出機、薄膜機頭、纖維分布器、復合裝置、切斷裝置、第二螺桿擠出機和板材/片材機頭，第一螺桿擠出機的擠出口安裝薄膜機頭，所述的薄膜機頭的上方安裝纖維分布器，所述的纖維分布器上開設有多個穿設長纖維的線槽，所述的薄膜機頭出口與第二螺桿擠出機的進口之間安裝復合裝置和切斷裝置，所述的第二螺桿擠出機的擠出口安裝板材/片材機頭，板材/片材機頭出口安裝有用于板材/片材定型的雙棍定型裝置。本發明利用螺桿擠出機剪切能力弱，生產穩定性好的特點，提高了纖維長度的同一性，實現連續生產長纖維增強熱塑性樹脂復合板材或片材的制備。
文檔編號B29C47/00GK102729450SQ201210250139
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月18日 優先權日2012年7月18日
發明者陶國良 申請人:常州大學