一种热塑性复合材料的挤出螺杆的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种热塑性复合材料的挤出螺杆，在加料段、挤出行程段和排气段上设置有螺棱，加料段与挤出行程段相连，排气段布置在挤出行程段中部，加料段和挤出行程段上的螺棱宽度与螺槽宽度的比值的变化范围为0.24-0.62，整根螺杆的螺槽宽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体积和其他段最小螺槽体积之比为1.8:1，挤出行程段中的塑化混炼段的长度少于整根螺杆长度的10％。本实用新型保证增强纤维能够保持在5mm以上，保证了最终产品的力学刚性、拉伸、弯曲和冲击性能。
【专利说明】一种热塑性复合材料的挤出螺杆
【技术领域】
[0001]本实用新型属热塑性复合材料加工【技术领域】，特别是涉及一种热塑性复合材料的挤出螺杆。
【背景技术】
[0002]纤维增强热塑性复合材料因具有轻质、耐腐蚀、抗冲击、易成型、可回收等诸多特点，用途广泛，尤其是近年来，我国汽车、建筑、电力方面的快速发展，纤维增强热塑性复合材料的应用取得了很大的进展。
[0003]短纤维热塑性复合材料纤维长度一般小于1mm，在产品成型过程中增强纤维会被第二次磨损，纤维长度进步一降低，纤维的增强效果会受到很大的影响，因此，短纤维增强热塑性复合材料多用于非承力部件。玻璃纤维是保证材料抗冲和抗弯曲能力的基础，如果在螺杆的挤出加工过程中纤维发生断裂甚至破碎，最终产品的力学性能会收到非常大的影响，现有的挤出螺杆都不能既满足保证材料中PP树脂的塑化又保证材料中的玻璃纤维不能断裂的要求，对利用回料制造高强度复合材料板产生难题。
[0004]由于纤维增强复合材料的性能受到纤维长度的影响，如何尽量保证纤维的长度是当前研究的重要方向，而目前应用较为成功的LFT-D工艺设备结构复杂，设备造价高，占地面积大，入手难度较高，众多企业可望不可及，所以如何改进挤出螺杆是急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种热塑性复合材料的挤出螺杆，采用螺纹数量少、螺槽宽、导程大、压缩比小、不设置有较强塑化混炼功能的元件且设置有排气功能的结构来实现对热塑性复合材料的加热熔融，而且增强纤维能够保持在5mm以上，保证了最终产品的力学刚性、拉伸、弯曲和冲击性能。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种热塑性复合材料的挤出螺杆，在加料段、挤出行程段和排气段上设置有螺棱，所述的加料段与挤出行程段相连，所述的排气段布置在挤出行程段中部，所述的加料段和挤出行程段上的螺棱宽度与螺槽宽度的比值的变化范围为0.24-0.62，整根螺杆的螺槽宽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体积和其他段最小螺槽体积之比为1.8:1，所述的挤出行程段中布置有塑化混炼段，该塑化混炼段的长度少于整根螺杆长度的10%。
[0007]传统的异向锥形双螺杆主要用于型材和管材等制品的挤出，因其需要将物料在稳定的高压力条件下挤出，所以螺杆的导程通常设计得较小，同时螺纹数量多，剪切强，但是极大地限制了螺杆的有效容积，进而限制挤出产量。对于GMT材料而言，螺纹多意味着螺槽的容积受到限制，进而影响到产量的提升，同时螺槽容积过小带来的压力过大、剪切过强将影响到纤维的长度，降低制品性能，所以将加料段和挤出行程段上的螺棱宽度与螺槽宽度的比值的变化范围为0.24-0.62，且螺槽宽度之和占整根螺杆长度的66%?75%，螺槽的容积得到很大扩展，挤出压力适当降低，物料内部因压力带来的层流和剪切减小，纤维的长度得到了保留。
[0008]整根螺杆的螺槽宽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，特别是加料段采用宽螺槽、深螺槽以便堆积密度在0.3吨/立方米以下的材料的喂入，而传统锥形双螺杆则相反，一般是槽深之和大于槽宽之和、螺纹数量多，剪切强。
[0009]在传统的锥形双螺杆的设计中，喂料段螺槽的容积是中间阻流段螺槽的最小容积的3倍，压缩比例达到1:3左右，较大的压缩比有利于建立较高的挤出压力，但是料流内部会带来强烈的层流，导致料流内部剪切很大，玻纤的长度遭到破坏，进而影响到制品的质量。在本专利所述的螺杆的实际的生产使用中，主要依靠下游压机来保证制品的致密性，所以在挤出机中，将加料段的最大螺槽的体积和其他段最小螺槽体积之比为1.8:1，从而有效控制料流内部的剪切，较小的压缩是减了小材料之间的内摩擦，以尽量保留纤维强度，达到了尽量保留玻纤长度的目的，保证制品的力学性能。
[0010]传统螺杆在加工过程中，物料塑化的能量来自于主电机的机械能转化和机筒传热能量。这就需要在螺杆上设置限流段(如锥形双螺杆的小导程螺纹、平行双螺杆的反旋元件、单螺杆的主/副螺纹段、屏障头和销钉混合段等)，塑化混炼的组件都具有较强的剪切功能，在塑化混炼的同时会加大料流内部的压力，增强物料内部的层流，剪断玻纤。在由本专利申请的螺杆组成的锥形双螺杆中，起限流作用的小导程螺纹由传统螺纹的10个导程缩小到2 - 3个导程，在本专利申请的挤出单螺杆中，所述的挤出行程段中布置的塑化混炼段的长度少于整根螺杆长度的10%，并且该塑化混炼段是分散的分布在挤出行程段中或者是集中分布在挤出行程段上的任何位置。
[0011]作为本实用新型所述的挤出螺杆的一种优选方式，所述的挤出螺杆为平螺杆或者锥形螺杆，两根并排布置且螺纹方向相反的螺杆就可以组成平行双螺杆或者锥形双螺杆，增强挤出效果。
[0012]作为本实用新型所述的挤出螺杆的一种补充，所述的挤出行程段上靠近排气段的位置上的若干个螺棱导程中均沿着圆周布置有一圈销钉，物料在流经销钉段的时候，会被分成很多股，而接下来在流经第二个销钉段的时候，又会经历一次被分开的情况，从而造成多次的分流与混合，这样有利于加大已经熔融的物料与未熔融的颗粒的接触面积，改善传热，改善物料的均匀性。同时适当匹配螺杆转速，控制物料的停留时间，保证物料的熔融。
[0013]进一步的，所述的螺棱导程中的销钉围成的圈与螺杆的横截面平行布置或者与螺棱平行布置，两种布置方式都可以，根据实际需要进行选择。
[0014]作为本实用新型所述的挤出螺杆的另一种补充，所述的排气段的直径小于挤出行程段的直径，增加与物料接触的表面积，考虑到原料来源较复杂，原料内部水分含量较多，因此辅以真空排气，抽除原料中水分，该排气段上布置有双头螺纹，其目的是扩大物料的表面积，增加材料内部气体排出的可能。该段基本不影响塑化效果，剪切力也更弱。材料中的水分大部分在这里排出。
[0015]有益.效果
[0016]本实用新型涉及一种热塑性复合材料的挤出螺杆，其优点在于，
[0017](I)最终产品中玻璃纤维的保留长度大于5mm，保证了产品具有优异的刚性，同时提高了产品的拉伸、弯曲强度、冲击性能。
[0018](2)由于螺槽深、导程大、压缩比小。其输送能力为普通挤出螺杆的1.5-2倍，采用本专利提供的一种热塑性复合材料的挤出螺杆可大大提高挤出产量。
[0019](3)结构简单，造价低于普通挤出机螺杆，且可适用于多种原料体系及工艺配方。如配合板材挤出模具可生产挤出板材，配合模压机可生产模压制品；配合强制喂料机可进行多体系低堆积密度材料混配体系的挤出等。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型结构示意图；
[0021]图2为本实用新型对应的锥形双螺杆结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0023]如图1所示，本实用新型涉及一种热塑性复合材料的挤出螺杆，在加料段C、挤出行程段A和排气段B上设置有螺棱，所述的加料段C与挤出行程段A相连，所述的排气段B布置在挤出行程段A中部，所述的加料段C和挤出行程段A上的螺棱宽度与螺槽宽度的比值的变化范围为0.24-0.62，整根螺杆的螺槽宽度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，所述的加料段C的最大螺槽的体积和其他段最小螺槽体积之比为1.8:1，所述的挤出行程段A中布置有塑化混炼段，该塑化混炼段的长度少于整根螺杆长度的10%。
[0024]所述的挤出螺杆为平螺杆或者锥形螺杆。
[0025]所述的挤出螺杆中的螺槽宽度之和占整根螺杆长度的66%?75%。
[0026]所述的挤出行程段A上靠近排气段B的位置上的若干个螺棱导程中均沿着圆周布置有一圈销钉I。
[0027]所述的螺棱导程中的销钉I围成的圈与螺杆的横截面平行布置或者与螺棱平行布置。
[0028]所述的排气段B的直径小于挤出行程段A的直径，该排气段B上布置有双头螺纹。
[0029]实施例1
[0030]将需要加工的PP树脂与GMT回收料的混合料放置在螺杆挤出机的料斗中，其中PP树脂是颗粒状，GMT回收料为长度在20mm-40mm的片状或者块状，挤出机中布置有一根平螺杆，平螺杆开始转动，同时螺杆外侧的机筒开始加热，混合料经过加料段C的抓料进料，再经过挤出行程段A中进行加热塑化形成了连续不断的熔融料，这些熔融料中的纤维长度为5-15mm，长度得到了保证，保证了产品具有优异的刚性，同时提高了产品的拉伸、弯曲强度、冲击性能，将这些熔融料放置到模压机中用模具模压成型。
[0031]实施例2
[0032]将短切纤维与粉状塑料的混合物放置在螺杆挤出机的料斗中，如图2所示，挤出机中有两根并排布置的锥螺杆，两根锥螺杆的螺纹相反布置，两根锥螺杆开始相对反向转动，同时螺杆外侧的机筒开始加热，混合料经过加料段C的抓料进料，再经过挤出行程段A中进行加热塑化形成了连续不断的熔融料，在挤出行程段A的出口处安装板材模具，熔融料经过板材模具的成型后直接得到产品，这些熔融料中的纤维为10-15mm，长度得到了保证，保证了产品具有优异的刚性，同时提高了产品的拉伸、弯曲强度、冲击性能，将这些熔融料放置到模压机中用模具模压成型。
【权利要求】
1.一种热塑性复合材料的挤出螺杆，在加料段(C)、挤出行程段(A)和排气段(B)上设置有螺棱，其特征在于，所述的加料段(C)与挤出行程段(A)相连，所述的排气段(B)布置在挤出行程段(A)中部，所述的加料段(C)和挤出行程段(A)上的螺棱宽度与螺槽宽度的比值的变化范围为0.24-0.62，整根螺杆的螺槽宽度之和是螺槽深度之和的1.2倍以上，所述的加料段(C)的最大螺槽的体积和其他段最小螺槽体积之比为1.8:1，所述的挤出行程段(A)中布置有塑化混炼段，该塑化混炼段的长度少于整根螺杆长度的10%。
2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料的挤出螺杆，其特征在于，所述的挤出螺杆为平螺杆或者锥形螺杆。
3.根据权利要求2所述的热塑性复合材料的挤出螺杆，其特征在于，所述的挤出螺杆中的螺槽宽度之和占整根螺杆长度的66 %?75 %。
4.根据权利要求3所述的热塑性复合材料的挤出螺杆，其特征在于，所述的挤出行程段(A)上靠近排气段(B)的位置上的若干个螺棱导程中均沿着圆周布置有一圈销钉(I)。
5.根据权利要求4所述的热塑性复合材料的挤出螺杆，其特征在于，所述的螺棱导程中的销钉(I)围成的圈与螺杆的横截面平行布置或者与螺棱平行布置。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的热塑性复合材料的挤出螺杆，其特征在于，所述的排气段⑶的直径小于挤出行程段㈧的直径，该排气段⑶上布置有双头螺纹。
【文档编号】B29C47/40GK204076779SQ201420443834
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】金一平, 陈子蛟, 程太品, 雷飞, 夏洪涛 申请人:宁波华业材料科技有限公司