专利名称：一种天然纤维复合材料造粒机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天然纤维造粒设备，特别是关于一种用于复合材料领域的天然纤
维复合材料造粒机。
背景技术：
近年来，天然纤维复合材料成为复合材料研究的一个新领域，它具备代替玻璃纤 维增强复合材料的潜力。首先，天然纤维是来自自然界的产物，可再生、降解，相对于玻璃纤 维来说是一种比玻璃纤维更环保的材料；其次，天然纤维有较高的强度，它的比强度是玻璃 纤维的50% 80%，但是天然纤维的比模量高于玻璃纤维的比模量，因此将天然纤维用于
制备复合材料同样可以得到较高的力学性能。此外，天然纤维还具有低成本、低密度的优 点。 对于纤维增强复合材料，纤维能否均匀地分散在树脂基体中是复合材料制备的关 键之一。但是，在采用天然纤维代替玻璃纤维制备复合材料时，并不能简单地照搬玻璃纤 维增强复合材料的制备工艺，存在的问题是首先，天然纤维用作挤出成型材料的增强材料 时，存在纤维难以加入和分散不均匀的问题，原因在于天然纤维较蓬松，用于挤出工艺时， 纤维不能顺利流畅地进入到螺杆内，存在加料和计量的困难；其次，天然纤维极性大，而通 常用作增强材料的基体树脂(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等)都是非极性或者低极性的， 二者极性的差异导致了纤维难以充分地分散在树脂中，从而造成复合材料中纤维多分布在 表面，极不均匀，不仅加工困难，而且也达不到增强的目的。综上所述，由于在挤出成型材料 制备中，原料的形态多是粒料和粉料，将天然纤维加工成粒料能够较好地解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能使天然纤维与低熔点纤维较好的粘接 在一起、并有效地解决天然纤维复合材料挤出成型时加料难和纤维在树脂中分散难的天然 纤维复合材料造粒机。 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种天然纤维复合材料造粒机，其特 征在于它包括一料桶和一个以上的加热单元，所述料桶通过一喂料架与第一个所述加热 单元连接，第一个所述加热单元与其它一个以上的所述加热单元经过传输带串联连接后， 最后一个所述加热单元与一定型单元经过传输带连接，所述定型单元输出端经过传输带依 次串联连接另一所述加热单元、一冷却单元、一加捻单元和一切料单元，各所述加热单元和 定型单元的底部分别设置有一气动装置，所述气动装置包括一气缸体和一气缸活塞；且各 所述加热单元、定型单元、冷却单元、加捻单元和切料单元都设置在一机架上，由一控制单 元控制工作。 每个所述加热单元包括两对称的本体，两所述本体的底部分别连接所述气缸体和 气缸活塞，两所述本体的内侧边缘处对应设置有半圆形的通道，所述通道外围间隔设置有 一个以上的加热电棒，并设置有温度传感器。
所述定型单元包括两对称本体，两所述本体的底部分别连接所述气缸体和气缸活
塞，两所述本体的内侧边缘处对应设置有从两端向中间渐縮的哑铃形通道。 所述加捻单元包括一由电机驱动的小锥齿轮，所述小锥齿轮固定套接在一输送管
上，所述输送管内设置有螺旋形凹槽，所述小锥齿轮与一大锥齿轮啮合；所述大锥齿轮与一
小齿轮同轴连接，所述小齿轮通过皮带带动一大齿轮转动，所述大齿轮与一转动轴的一端
同轴连接，所述转动轴上与所述输送管出口对应位置固定连接一拨动轮，与所述转动轴对
应设置有另一根带有拨动轮的转动轴。 各所述加热单元和定型单元的加热采用电热、油热和红外加热其中之一的加热方 式；所述冷却单元采用鼓风机和自然风其中之一的冷却方式。 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用一个以上的 加热单元，料桶中的天然纤维复合条通过喂料架与第一个加热单元连接，第一个加热单元 与其它加热单元通过传输带串联连接后，最后一个加热单元与定型单元经传输带串联连 接，定型单元输出端经过传输带依次串联连接另一加热单元、冷却单元、加捻单元和切料单 元，并在各加热单元和定型单元的底部分别设置有气动装置，所有工作单元由一控制单元 控制。在控制单元控制下，由各加热单元和定型单元对天然纤维复合条进行加热、定型，使 得天然纤维复合条内的天然纤维与低熔点纤维接触更紧密、更好地熔合粘接、定型，因此提 高了低熔点纤维对天然纤维的粘接作用，解决了天然纤维复合材料挤出成型时加料难和纤 维在树脂中分散难的问题。2、本发明由于采用一控制单元对各工作单元进行控制，在控制 单元的控制下，由切料单元将纤维粒子加工到需要的长度，因此实现了纤维长度可控，避免 了因过长纤维缠绕螺杆而损坏设备的可能性，并能通过控制单元对各工作单元的工艺参数 进行调节，从而得到不同纤维含量比例、粗细、紧度、捻度、长短的天然纤维粒料，满足了不 同的加工要求。3、本发明由于采用的天然纤维造粒机可以同时完成加热、定型、冷却、加捻 和切粒等功能，因此生产效率较高，实现了连续化生产，符合了工业化生产要求。本发明可 广泛应用于各种天然纤维复合材料领域中进行造粒。
图1是本发明的整体结构示意图
图2是本发明的加热单元结构示意图
图3是本发明的定型单元结构示意图
图4是本发明的加捻单元结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 如图1、图2所示，本发明包括一料桶1和一个以上的加热单元2，料桶1通过一喂 料架3与第一个加热单元2连接，第一个加热单元2与其它一个以上的加热单元2经过传 输带串联连接后，最后一个加热单元2与一定型单元4通过传输带串联连接，定型单元4输 出端经过传输带依次串联连接另一加热单元2、一冷却单元5、一加捻单元6和一切料单元 7。各加热单元2和定型单元4的底部分别设置有一气动装置8，气动装置8包括一气缸体 81和一气缸活塞82。且各加热单元2、定型单元4、冷却单元5、加捻单元6和切料单元7都设置在一机架9上，并由一控制单元控制工作。天然纤维复合条由料桶l经传输带依次经 过加热、定型、冷却和加捻后，进入切料单元7将其切成粒状。 如图2所示，本发明的每个加热单元2包括两对称的本体21，两本体21的底部分 别连接气缸体81和气缸活塞82，通过气缸活塞运动实现两本体21的分合。在每一本体21 的内侧边缘处对应设置有半圆形的通道22，当两本体21闭合时，两通道22在中心部位形成 一完整的圆形通道。通道22外围间隔设置有一个以上的加热电棒23，并设置有温度传感器 24，用于检测通道22的温度。 如图3所示，本发明的定型单元4结构与加热单元2结构基本相同，也包括两对称 本体41，两本体41的底部分别连接气缸体81和气缸活塞82。与加热单元2不同的是，在 每一本体41的内侧边缘处对应设置有由两端向中间渐縮的哑铃形通道42，当天然纤维复 合条经过定型单元4时，由通道42的中间紧縮部位给予天然纤维复合条侧向挤压力，使天 然纤维复合条内熔融的低熔点纤维与天然纤维接触更紧密、更好地熔合粘接在一起。
如图4所示，本发明的加捻单元6包括一由电机驱动的小锥齿轮61，小锥齿轮61 固定套接在一输送管62上，输送管62内设置有螺旋形凹槽。小锥齿轮61与一大锥齿轮63 啮合，小锥齿轮61转动时带动大锥齿轮63和输送管62同时转动。大锥齿轮63与一小齿 轮64同轴连接，小齿轮64通过皮带带动一大齿轮65转动，大齿轮65与一转动轴66的一 端同轴连接，转动轴66上与输送管63出口对应位置固定连接一拨动轮67。以天然纤维复 合条为对称中心，与转动轴66对应设置有另一根带有拨动轮67的转动轴(图中未标出)， 该转动轴由设置在转动轴66另一端的传动齿轮68以及中间传动齿轮带动其转动，两个拨 动轮67对应转动，实现了对天然纤维复合条的拨动传输作用。 上述实施例中，各加热单元2和定型单元4的加热采用电热、油热或红外加热等加 热方式；冷却单元5采用鼓风机或者自然风实现冷却功能。 上述实施例中，各加热单元2设置的加热温度从第一个到最后一个加热单元2加 热温度逐渐升高，定型单元4的温度要高于其前一级加热单元2的加热温度，各加热单元2 和定型单元4的加热温度由控制单元根据工艺要求进行调节。本发明在喂料架3的喂入端 与定型单元4之间，采用三个加热单元2，其温度由控制单元依次设置为150 20(TC之间、 230 260。C之间、260 290。C之间，定型单元4的温度为300 390。C之间。
本发明在使用时，开启控制单元，首先将各加热单元2和定型单元4升温到预定的 工艺温度，并稳定一段时间后，启动冷却单元5。由控制单元控制各气动装置8，使得各加热 单元2和定型单元4各自的本体处于分开状态，迅速将料桶1中的天然纤维复合条导入喂 料架3，直接进入各加热单元2和定型单元4，借助天然纤维复合条内低熔点纤维的粘接和 定型作用，使低熔点纤维与天然纤维接触更紧密、更好地熔合粘接、定型。定型后再通过另 一加热单元2加热，进一步提高天然纤维复合条内低熔点纤维对天然纤维的粘接作用。经 过加热并定型的天然纤维复合条经冷却单元5，使低熔点纤维对天然纤维的粘接被固定，同 时，加捻单元6对冷却的天然纤维复合条加捻，并使捻度在冷却时得到保持。最后经切料单 元7将天然纤维复合条切成所需长度的粒料。 上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技 术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
一种天然纤维复合材料造粒机，其特征在于它包括一料桶和一个以上的加热单元，所述料桶通过一喂料架与第一个所述加热单元连接，第一个所述加热单元与其它一个以上的所述加热单元经过传输带串联连接后，最后一个所述加热单元与一定型单元经过传输带连接，所述定型单元输出端经过传输带依次串联连接另一所述加热单元、一冷却单元、一加捻单元和一切料单元，各所述加热单元和定型单元的底部分别设置有一气动装置，所述气动装置包括一气缸体和一气缸活塞；且各所述加热单元、定型单元、冷却单元、加捻单元和切料单元都设置在一机架上，由一控制单元控制工作。
2. 如权利要求1所述的一种天然纤维复合材料造粒机，其特征在于每个所述加热单 元包括两对称的本体，两所述本体的底部分别连接所述气缸体和气缸活塞，两所述本体的 内侧边缘处对应设置有半圆形的通道，所述通道外围间隔设置有一个以上的加热电棒，并 设置有温度传感器。
3. 如权利要求1所述的一种天然纤维复合材料造粒机，其特征在于所述定型单元包 括两对称本体，两所述本体的底部分别连接所述气缸体和气缸活塞，两所述本体的内侧边 缘处对应设置有从两端向中间渐縮的哑铃形通道。
4. 如权利要求2所述的一种天然纤维复合材料造粒机，其特征在于所述定型单元包 括两对称本体，两所述本体的底部分别连接所述气缸体和气缸活塞，两所述本体的内侧边 缘处对应设置有从两端向中间渐縮的哑铃形通道。
5. 如权利要求1或2或3或4所述的一种天然纤维复合材料造粒机，其特征在于所 述加捻单元包括一由电机驱动的小锥齿轮，所述小锥齿轮固定套接在一输送管上，所述输 送管内设置有螺旋形凹槽，所述小锥齿轮与一大锥齿轮啮合；所述大锥齿轮与一小齿轮同 轴连接，所述小齿轮通过皮带带动一大齿轮转动，所述大齿轮与一转动轴的一端同轴连接， 所述转动轴上与所述输送管出口对应位置固定连接一拨动轮，与所述转动轴对应设置有另 一根带有拨动轮的转动轴。
6. 如权利要求1或2或3或4所述的一种天然纤维复合材料造粒机，其特征在于各 所述加热单元和定型单元的加热采用电热、油热和红外加热其中之一的加热方式；所述冷 却单元采用鼓风机和自然风其中之一的冷却方式。
7. 如权利要求5所述的一种天然纤维造粒机，其特征在于各所述加热单元和定型单 元的加热采用电热、油热和红外加热其中之一的加热方式；所述冷却单元采用鼓风机和自 然风其中之一的冷却方式。
全文摘要
本发明涉及一种天然纤维复合材料造粒机，它包括一料桶和一个以上的加热单元，料桶通过一喂料架与第一个加热单元连接，该加热单元与其它加热单元经过传输带串联连接后，最后一个加热单元与定型单元经过传输带连接，定型单元输出端经过传输带依次串联连接另一加热单元、冷却单元、加捻单元和切料单元，各加热单元和定型单元的底部分别设置有一气动装置，且各加热单元、定型单元、冷却单元、加捻单元和切料单元都设置在一机架上，由一控制单元控制。本发明由于采用一个以上加热单元和一定型单元，对天然纤维复合条进行加热、定型，提高了低熔点纤维对天然纤维的粘接作用，解决了在挤出成型时加料难和在树脂中分散难的问题。本发明可广泛应用于各种天然纤维复合材料领域中进行造粒。
文档编号B29B15/08GK101698319SQ200910235528
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者严自力, 刘雪强, 张华 , 张建春, 李军, 郝新敏, 马天 申请人:中国人民解放军总后勤部军需装备研究所