專利名稱：：一種用于成型長纖維增強塑料的注塑設備的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及高分子材料成型設備領域，具體涉及一種用于成型長纖維增強塑料的注塑設備。
背景技術：
：近年來，隨著節(jié)能減排、汽車輕量化等政策的實施，長纖維增強塑料的用量急劇增長。長纖維增強塑料具備高剛性、高韌性與較好的耐疲勞性等優(yōu)點，可作為結構或半結構件的材料，來替代金屬、熱固性樹脂等傳統(tǒng)材料。在纖維增強塑料制品中，纖維的長徑比將直接影響最終性能。GuptaVB等指出當纖維增強塑料受到一定載荷時，小于臨界長度(Lo)的纖維會被拔出，纖維自身的強度就不能得到充分地發(fā)揮。因此為了使纖維在塑料制品中更好地起到提高強度的作用，必須盡可能地保留纖維長度。長纖維增強塑料中較長的纖維還能夠形成三維纖維網絡結構，當制品受到外力作用時，相互搭接與交叉的纖維使得部分應力直接在纖維骨架中傳遞，而不是樹脂_纖維_樹脂間傳遞，從而進一步提高制品的力學性能。美國專利US5773042與US6159589公開了一種在線配混成型長纖維增強熱塑性塑料(LFT-D)設備，這種設備集成了樹脂、纖維等原材料的預混部分與制品的成型部分。采用一步法成型，具有速度快，能耗低等優(yōu)點，但是較大的集成度使得設備規(guī)格單一、造價昂貴，而且在成型小尺寸的制品時，不能顯示其優(yōu)勢。因此，目前比較常見的仍然是兩步法，即先制得長纖維增強熱塑性塑料粒料(LFT-G)，再通過模壓或注塑等方法成型。相對于其他成型方法，注塑成型具備能耗小，生產效率高，可成型復雜制品等優(yōu)點，被塑料制品生產商廣泛采用，因此研究長纖維增強熱塑性塑料粒料的注塑設備更加具有普遍意義。為了提升長纖維增強塑料制品的力學性能，在粒料(LFT-G)的制備與注塑階段都要盡可能保留纖維長度。LGF-G粒子的纖維長度與粒子尺寸一致，通常為8-25mm。在注塑過程中，預塑、注射等階段都很容易造成纖維損傷，降低纖維長度，這種損傷主要來源于纖維與纖維之間的摩擦，纖維與機筒壁、螺桿的碰撞，熔融樹脂流動過程對纖維的剪切，止逆通道、射出噴嘴對纖維長度的破壞等因素。除了調整工藝，如升高溫度，降低注射速度等方法，改變注塑設備本身的結構與參數(shù)可更明顯減少玻纖損傷。因此，研制一種能夠確保長纖維增強塑料在注塑機中充分塑化的條件下，對纖維損傷較小的注塑成型機，可大大提升長纖維增強塑料制品的力學性能。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是通過調整注塑機的部分結構，使注塑機在成型長纖維增強材料的過程中，達到減少纖維損傷，保留制品性能的效果?！N用于成型長纖維增強塑料的注塑設備，包括帶噴嘴的機筒、機筒內帶有止逆環(huán)的螺桿以及用于向機筒供應原料的料斗，所述的螺桿由喂料段、壓縮段和計量段三段組成，各段在螺桿中的長度分布為喂料段LI4055%;壓縮段L22540%;計量段L31525%。本發(fā)明注塑設備的電氣控制系統(tǒng)、機械控制系統(tǒng)等可以采用現(xiàn)有技術。所述的料斗與機筒連通的下料口截面可以是直徑80100mm的圓形或邊長80100mm的正方形，以確保825mm長的粒子可以利用自重進入螺桿喂料區(qū)，不會形成架橋現(xiàn)象。伴隨著螺桿的轉動，料斗中下落的粒子不斷向前推進，粒子中的樹脂在機筒內受高溫作用逐漸熔融，纖維開始與注塑機筒、螺桿等部件直接接觸。纖維增強塑料對成型設備的磨損很大部分來源于纖維的斷頭，相對于短纖維增強塑料，同樣纖維含量的長纖維增強塑料具有更少的斷頭，但是對螺桿與機筒的磨損仍然不能忽視。為減少纖維對螺桿與機筒的磨損，影響成型效果。注塑設備的機筒、螺桿、噴嘴等與長纖維增強塑料熔體直接接觸的組件都必須采用合金材料。所述的合金可以為38CrMoAla、Crl2MoV、4Cr5MoSiVl等。注塑設備的螺桿結構對長纖維增強塑料在加熱環(huán)境中的停留時間、物料的塑化程度、熔融塑料的剪切強度都具有決定性的作用，是影響制品中纖維長度的主要因素之一。作為優(yōu)選，所述的螺桿喂料段、壓縮段和計量段在螺桿中的長度分布為喂料段L14045%;壓縮段L23540%;計量段L320%。作為進一步的優(yōu)選，所述的螺桿喂料段、壓縮段和計量段在螺桿中的長度分布為喂料段L140%;壓縮段L240%;計量段L320%。選擇合適的喂料段、壓縮段和計量段長度分布更有利于保持制品內增強纖維的長度，提高制品性能。所述的螺桿齒距(螺距)s為1D-1.5D，D為螺紋大徑。加深螺槽可以減少增強纖維的損傷，但是螺槽過深也會引起物料變色等問題，作為優(yōu)選本發(fā)明螺桿喂料段的螺槽深度hl為59mm;計量段的螺槽深度h3為25mm，這樣可以兼顧避免纖維損傷和物料變色等問題。本發(fā)明所述的螺桿喂料段有一個固定的螺紋底徑，通過壓縮段的漸變底徑逐漸錐化到計量段，計量段擁有一個更大的固定螺紋底徑。較大的螺桿長徑比對塑化效果和熔體溫度的均勻性都有好處，但是對于纖維的保留卻有破壞作用，作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的螺桿的長徑比L/D二(1622):1，所述的螺桿的壓縮比e二hl/h3可在(1.82.5):l之間變化，作為優(yōu)選，壓縮比e=hl/h3=(2.02.5):1。較大的壓縮比對壓實熔融物料，建立熔體壓力都有很重要的作用。螺桿的頭部必須確保光滑，不能設置尖銳的拐角。螺桿頭附近的止逆環(huán)采用非球閥式，注塑螺桿止逆環(huán)開啟時，與螺桿頭之間的間距大于5mm，確保熔體能夠在螺桿頭部暢通無阻。所述的機筒外表面包覆鑄鋁、鑄銅加熱塊，或采用電磁加熱方法。為消除徑向加熱不均，加熱塊與機筒外表面必須緊密貼合，盡可能減少加熱塊結合處的縫隙。所述的噴嘴與機筒的連接處為弧形過度，噴嘴最細處的口徑大于5mm。本發(fā)明的重點是對注塑設備的螺桿結構進行改進，關于注塑過程中的壓力及速度等工藝參數(shù)可根據具體制品適當調整。本發(fā)明注塑設備能夠注塑成型粒子長度為8-25mm的長纖維增強塑料，與普通的注塑機相比確保塑料充分塑化的條件下較好地保留了注塑件中的纖維長度，從而可以發(fā)揮長纖維增強塑料的優(yōu)點，使產品的性能得到了進一步地提升。圖1是本發(fā)明注塑設備螺桿局部示意圖；圖2a為本發(fā)明注塑設備成型樣條灰份中的玻纖長度分布圖；圖2b為普通注塑設備成型樣條灰份中的玻纖長度分布圖。具體實施方式實施例1參見圖1，注塑設備的料斗口徑直徑為80mm，螺桿長徑比L/D=20，喂料段Ll、壓縮段L2、計量段L3分別占螺桿總長度的40X、40X、20X，壓縮比e=2.0，螺棱寬度e=5mm，喂料段螺槽深度hl=7咖，螺桿齒距=1D，其他熔體通道的間隙都為5.5mm。機筒、螺桿、噴嘴、模具全部采用38CrMoAla合金材料制作。在230°C-250°〇的溫度下，成型30%玻纖含量(質量百分比含量)的長玻纖增強聚丙烯(粒子長度為12mm)測試樣條。同樣的材料在230°C_250°C的溫度下，采用普通注塑機(海天，HTF58X1)制得對比樣條。再測試兩種樣條的力學性能，結果見表l:表1.30%長玻纖增強聚丙烯成型樣條的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>經過統(tǒng)計分析，本發(fā)明注塑設備制得的樣條性能明顯優(yōu)于普通注塑機成型的樣條性能(p<0.01)。實施例2注塑設備的料斗口徑直徑為80mm，螺桿長徑比L/D=20，喂料段Ll、壓縮段L2、計量段L3分別占螺桿總長度的40%、40%、20%，壓縮比e=2.0，螺棱寬度e=5mm，喂料段螺槽深度hl=7咖，螺桿齒距=1D，其他熔體通道的間隙都為5.5mm。機筒、螺桿、噴嘴、模具全部采用38CrMoAla合金材料制作。采用230°C-25(TC的溫度條件，分別在上述的改造注塑機與普通注塑機上成型40%(質量百分比含量)玻纖含量的長玻纖增強聚丙烯(粒子長度為12mm)樣條。并測試兩種樣條的力學性能，結果見表2:表2.40%長玻纖增強聚丙烯成型樣條的力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>經過統(tǒng)計分析，本發(fā)明注塑設備制得的樣條性能明顯優(yōu)于普通注塑機成型的樣條性能(p<0.01)。實施例3注塑設備的螺桿長徑比L/D=20，喂料段L1、壓縮段L2、計量段L3分別占螺桿總長度的40%、40%、20%，壓縮比e設置為2.25，螺棱寬度e=5mm，喂料段螺槽深度hl=7.5咖，螺桿齒距=1D，其他熔體通道的間隙都為6.5mm。機筒、螺桿、噴嘴、模具全部采用38CrMoAla合金材料制作。在230°C-25(TC的溫度下，采用上述的改造注塑機成型長玻纖增強聚丙烯(粒子長度為12mm)樣條；作為對比例，使用普通注塑機注塑同形狀的樣條。將兩種樣條燃燒完全后，觀察玻纖的長度與分布。兩者的玻纖長度分布如圖2a、圖2b，從圖中可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的注塑設備對玻纖長度的最后保留有積極的作用，這也是制品獲得高性能的根本原因。權利要求一種用于成型長纖維增強塑料的注塑設備，包括帶噴嘴的機筒、機筒內帶有止逆環(huán)的螺桿以及用于向機筒供應原料的料斗，其特征在于，所述的螺桿由喂料段、壓縮段和計量段三段組成，各段在螺桿中的長度分布為喂料段L140～55％；壓縮段L225～40％；計量段L315～25％。2.如權利要求1所述的注塑設備，其特征在于，所述的螺桿喂料段、壓縮段和計量段在螺桿中的長度分布為喂料段L14045%;壓縮段L23540%;計量段L320%。3.如權利要求2所述的注塑設備，其特征在于，所述的螺桿喂料段、壓縮段和計量段在螺桿中的長度分布為喂料段L140%;壓縮段L240%;計量段L320%。4.如權利要求1所述的注塑設備，其特征在于，所述的料斗與機筒連通的下料口截面為直徑80100mm的圓形或邊長80100mm正方形。5.如權利要求14任一項所述的注塑設備，其特征在于，所述的注塑設備中與長纖維增強塑料熔體直接接觸的部件材料為38CrMoAla、Crl2MoV或4Cr5MoSiVl。6.如權利要求1所述的注塑設備，其特征在于，所述的喂料段螺槽深度hl為59mm;計量段的螺槽深度h3為25mm。7.如權利要求l所述的注塑設備，其特征在于，所述的螺桿齒距(螺距)s為1D-1.5D，D為螺紋大徑。8.如權利要求7所述的注塑設備，其特征在于，所述的螺桿長徑比L/D=(1622):i。9.如權利要求8所述的注塑設備，其特征在于，所述的螺桿壓縮比為(1.82.5):1。10.如權利要求9所述的注塑設備，其特征在于，所述的螺桿壓縮比為(2.02.5):i。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于成型長纖維增強塑料的注塑設備，包括帶噴嘴的機筒、機筒內帶有止逆環(huán)的螺桿以及用于向機筒供應原料的料斗，所述的螺桿由喂料段、壓縮段和計量段三段組成，各段在螺桿中的長度分布為喂料段40～55％，壓縮段25～40％，計量段15～25％。本發(fā)明注塑設備能夠注塑成型粒子長度為8-25mm的長纖維增強塑料，與普通的注塑機相比確保塑料充分塑化的條件下較好地保留了注塑件中的纖維長度，從而可以發(fā)揮長纖維增強塑料的優(yōu)點，使產品的性能得到了進一步地提升。文檔編號B29C45/00GK101708645SQ20091015505公開日2010年5月19日申請日期2009年12月14日優(yōu)先權日2009年12月14日發(fā)明者宋玉興,楊飛南,黃志杰申請人:浙江俊爾新材料有限公司