一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备及应用该设备的LFT制备方法与流程

本发明涉及一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备及应用该设备的LFT制备方法。

背景技术：

目前玻纤(阻燃)增强热塑性聚合物的生产工艺为双螺杆挤出机挤出和LFT(长纤维增强热塑性材料，英文Long Fiber reinforced Thermoplastics的简称)工艺为主，LFT工艺所产生的玻纤增强物料具有物理性能好、拉伸弯曲强度相对于挤出工艺有1.3～1.5倍的提升，缺口冲击强度有2～3倍的提升，从而拓展了玻纤增强塑料的应用，由于现有LFT工艺生产较为繁杂，尽管是先进性明显，但并没有普及应用，目前只是在聚丙烯(PP)和聚酰胺(PA)上应用为主，而且占玻纤增强PP和PA的比例很低，在生产成本方面，LFT专用玻纤目前单价约为9000元/吨，而挤出专用玻纤为6000元/吨，以30％玻纤增强材料计算，每吨玻纤成本增加了900元，由于工艺复杂和生产成本偏高等原因，限制了该LFT工艺在改性塑料的普及应用，如何简化LFT生产工艺，降低生产成本，进一步提高玻纤增强材料的性能就成为目前改进的目的。

在生产工艺方面，现有LFT工艺玻纤的分散是通过张力辊对玻纤产生张力，使其散开并与聚合物在浸渍腔中进行浸渍分散，以达到聚合 物均匀包覆玻纤，但这样只通过张力辊产生张力分散玻纤的效果是十分有限的，同时张力辊还会使玻纤发生断裂，从而产生散乱的玻纤，严重影响玻纤在浸渍腔内的顺利通过，增加玻纤束折断几率，当玻纤束折断后，如需重新恢复生产，需停机，并拆开浸渍腔，清理干净聚合物之后才能重新恢复玻纤输送，这一过程十分繁杂。

不完全的浸渍也是十分突出的问题，除了影响材料的物理性能之外，由于玻纤没有完全浸渍，物料切粒后有玻纤散落，当注塑进行干燥时，玻纤会飞扬，引起作业者的皮肤过敏、不适等现象。

现LFT浸渍通过张力自然分散，需选用LFT专用玻纤，该玻纤在张力的作用下易于分散，使聚合物易于在浸渍腔内完成浸渍，但该玻纤生产成本高，而且浸渍效果欠佳。

技术实现要素：

本发明目的是克服现有技术中的不足，提供一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，玻纤分散性好，浸渍中不易折断，且有效防止玻纤束间相互干扰，适用于普通及专用玻纤生产，生产连续性好。

本发明还提供了一种应用上述制造设备制备LFT的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：包括浸渍机构，所述浸渍机构包括具有加热功能的容置筒，所述容置筒内设有浸渍腔，所述容置筒的一端连接有用于分别向所述浸渍腔内输送聚合物和玻纤的入料端，所述容置筒的另一端连接有用于从所述浸渍腔内输出经过浸 渍后玻纤的出料端，所述浸渍机构还包括一端穿过所述入料端延伸入所述浸渍腔内的振动传导棒，所述振动传导棒用于通过聚合物传导振动使玻纤分散。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述浸渍腔内沿玻纤输送方向设有多条凸出于其内壁的肋条，所述肋条呈齿轮状均匀分布，所述肋条间设有供玻纤传输并与聚合物混合浸渍的玻纤分散槽。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述振动传导棒的另一端连接有振动驱动机构，所述振动驱动机构为超声波发生器，所述玻纤分散槽沿所述振动传导棒周侧均布。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述入料端上设有供所述玻纤穿入的玻纤入口，所述玻纤入口与浸渍腔的输送方向相同，所述玻纤入口的中心线与所述玻纤分散槽的中轴线重合。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述入料端上还设有与所述浸渍腔的输送方向垂直的聚合物入口，所述玻纤入口内套设有用于导向玻纤的入料导引件，聚合物通过所述聚合物入口后穿过所述入料导引件间隙进入所述浸渍腔内，所述入料导引件内设有入料导引孔，所述入料导引孔的中心线与所述玻纤分散槽的中轴线重合。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述出料端上设有供经过浸渍后玻纤输出的出料口，所述出料口内套设有 用于导向玻纤的出料导引件，所述出料导引件上设有出料导引孔，所述出料导引孔的中心线与所述玻纤分散槽的中轴线重合。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述玻纤分散槽的底部设有凸出于其内壁并朝向所述振动传导棒的辅助凸起，所述辅助凸起表面圆滑圆顺。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述玻纤分散槽内的辅助凸起有多个，所述辅助凸起位于所述振动传导棒的轴侧且传导超声波发生器的振荡振幅最大处。

如上所述的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，其特征在于：所述玻纤入口和出料口对应所述玻纤分散槽均有多个，相应的所述玻纤入口、玻纤分散槽和出料口依次垂直连通。

一种应用上述制造设备制备LFT的方法，其特征在于：由以下步骤组成：

A.将干燥后的玻纤束穿过入料端进入浸渍腔，并经出料端被牵引输出；

B.将振动传导棒穿过入料端，插入浸渍腔的中心处；

C.将聚合物与助剂混合，经双螺杆挤出机熔融后，输送到浸渍机构内；

D.经双螺杆挤出机挤压熔融的聚合物由入料端进入浸渍腔，浸渍过程中容置筒的温度分三段控制，维持温度为180～280℃；

E.玻纤束依次穿过玻纤入口、玻纤分散槽和出料口，在玻纤分散槽中只有该槽内的玻纤束与聚合物进行浸渍混合；

F.聚合物与玻纤束进行浸渍混合的同时，振动棒通过聚合物将振动传导给玻纤束，使玻纤束分散与聚合物浸渍混合；

G.经与聚合物混合浸渍的玻纤束穿过出料端被输出；

H.经冷却、切粒、振动除尘后，包装。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，应用了超声波，在熔融聚合物中有良好的分散作用，超声波通过熔融聚合物将振动波作用于玻纤中，使玻纤在没有张力的作用下分散，熔融聚合物也在振动波的作用下，很好的分散于玻纤之间，使玻纤和聚合物很好完成浸渍，通过引入振动，使玻纤随聚合物的振动而充分散开，挤出用玻纤也能充分的浸渍，通过引入外部振动，使玻纤更易于分散浸渍，当选用挤出用长玻纤时，该玻纤的单丝直径是13微米，LFT专用玻纤的单丝直径为17微米，增大了玻纤与聚合物的接触面积，从而在同等玻纤含量条件下，增加了玻纤增强聚合物的物理性能，本装置设计精巧，装置内聚合物的存量少，流转速度快，减少了聚合物的降解，从而提升LFT产品的物理性能；

2、本发明的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，玻纤入口、浸渍腔和出料口的输送方向相同，垂直连通，并一一对应，经玻纤入口进入的玻纤直接进入玻纤分散槽内，避免玻纤弯折，降低玻纤断折的风险，减少异常停机状况，即使在玻纤入口发生堵塞时，也可轻松卸下入料导引件和出料导引件，对入料端、玻纤分散槽和出料端进行快速清理，降低了异常停机的修理强度，节省了修理时间；

3、本发明的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，不但可满足专用玻纤的LFT生产浸渍需求，还可配合使用玻纤束分散性稍差的通用热塑性玻纤生产，仍然可以保证玻纤分散性良好，有较高的产品合格率，应用范围更广，大幅降低了生产成本；

4、本发明的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，设计浸渍腔为圆弧形结构，使用玻纤在浸渍过程中的分散力受力均匀，能够均匀的与聚合物进行浸渍作业，并使用辅助凸起进一步缩短玻纤与振动传导棒的间距，最大限度的发挥超声振动的分散效果，保证产品质量；

5、本发明的一种制备LFT方法，由于可使用挤出专用长玻纤进行LFT工艺生产，从而该工艺的生产范围进一步扩大，扩大了LFT工艺生产改性高分子聚合物的种类范围，有利于改性塑料的物理性能的提升，从而减少下游企业原料的使用量，有利于环保和节能。

【附图说明】

图1是本发明立体图；

图2是本发明分解示意图；

图3是本发明分解示意图；

图4是本发明分解示意图；

图5是本发明分解示意图；

图6是本发明剖面示意图；

图7是本发明剖面示意图；

图8是本发明剖面示意图；

图9是本发明剖面示意图；

图10是本发明剖面示意图；

图11是本发明剖面示意图。

【具体实施方式】

如图1-3所示的一种振动分散浸渍玻纤LFT制造设备，包括浸渍机构1，所述浸渍机构1包括具有加热功能的容置筒11，所述容置筒11内设有浸渍腔2，所述容置筒11的一端连接有用于分别向所述浸渍腔2内输送聚合物和玻纤的入料端3，所述容置筒11的另一端连接有用于从所述浸渍腔2内输出经过浸渍后玻纤的出料端4，所述浸渍机构1还包括一端穿过所述入料端3延伸入所述浸渍腔2内的振动传导棒6，所述振动传导棒6用于通过聚合物传导振动使玻纤分散。浸渍腔内的玻纤与聚合物混合浸渍时，振动传导棒通过聚合物将振动波作用在玻纤束上，使玻璃纤维束充分分散于聚合物中，能够与聚合物充分浸渍混合，本申请配置可保证良好的浸渍效果，大幅提升了改性塑料的物理性能，同时由于没有张力的破坏作用，玻纤束不易折断，生产连续性好，震动传导棒可采用类似超声波发生装置的变幅杆，通过超声波发生器为振动源传导振动，也可以通过其他振动源传导振动，如振动马达、曲轮等作为振动源，容置筒11具有分段加热功能，容置筒11靠近入料端的位置为上部控温段91，容置筒中段位置为中部控温段92，容置筒靠近出料端位置为下部控温段93，温度设定根据聚合物的不同而定，能够更好的促进玻纤与聚合物的浸渍(如表1所示)。

所述浸渍腔2内沿玻纤输送方向设有多条凸出于其内壁的肋条21，所述肋条21呈齿轮状均匀分布，所述肋条21间设有供玻纤传输并与聚 合物混合浸渍的玻纤分散槽5。玻纤分散槽设于浸渍腔内的肋条之间，肋条及玻纤分散槽均匀分布，且玻纤分散槽分别与浸渍腔连通，玻纤分散槽横断面呈现为均匀分布的梅花形齿轮状，每条玻纤分散槽内一股或多束玻纤同股同时进行浸渍，同股玻纤互相间以同方向牵引，不同玻纤分散槽内的玻纤互不干扰，远离振动传导棒的玻纤分散槽底部为圆弧形，靠近振动传导棒的一侧，朝向振动传导棒处开口逐渐变大，便于分散后的玻纤与熔融聚合物相互结合浸渍，改善浸渍效果，提升LFT品质。

如图4-9所示所述振动传导棒6的另一端连接有振动驱动机构8，所述振动驱动机构8为超声波发生器，所述玻纤分散槽5有多条，且沿所述振动传导棒6周侧均布。在浸渍腔内振动传导棒沿玻纤输送方向安装，浸渍腔内充满熔融的聚合物，而沿振动传导棒四周，多条玻纤分散槽均匀分布，每条玻纤分散槽内一股玻纤浸渍，一股玻纤包括一束或多束平行的长玻纤，多槽内的玻纤能够同时受超声波振荡分散，分别与聚合物进行浸渍，相互间互不影响，超声波在熔融的聚合物中，有较好的分散作用，优选的振动传导棒的振动源为超声波换能器，超声波换能器与振动传导棒间还可设置用于隔热散热的变幅杆，以满足振动传导棒在高温环境下长期连续作业，超声波发生装置应选择功率合适的规格，太小不能起到分散作用，太大有可能造成聚合物降解。

所述入料端3上设有供所述玻纤穿入的玻纤入口31，所述玻纤入口31与浸渍腔2的输送方向相同，所述玻纤入口31与玻纤分散槽5相互连通。玻纤入口与浸渍腔的输送方向相同，经玻纤入口进入的玻纤直接进入玻纤分散槽内，避免玻纤弯折，降低玻纤断折的风险，同股的 多束玻纤也能够先后不干扰，减少异常停机状况，提高连续作业效率。

所述入料端3上还设有与所述浸渍腔2的输送方向垂直的聚合物入口32，所述玻纤入口31内套设有用于导向玻纤的入料导引件33，聚合物通过所述聚合物入口32后穿过所述入料导引件33间隙进入所述浸渍腔2内，所述入料导引件33内设有入料导引孔34，所述入料导引孔34的与玻纤分散槽5相互连通。玻纤和振动传导棒均沿浸渍腔输送方向，穿过入料端进入浸渍腔内，而熔融聚合物经双螺杆挤出机处理熔融后，从垂直于浸渍腔的输送方向送入浸渍腔内，入料端内设有中空混合腔，玻纤入口内套设有为玻纤导向的入料导引件，将玻纤无间隙的直接跨过聚合物入口送到玻纤分散槽内，熔融聚合物穿过入料导引件的间隙进入混合腔，因熔融聚合物具有一定粘性，特别是针对聚合物入料口的规格尺寸，太大影响聚合物的存料量，造成聚合物降解，且对玻纤的牵引造成冲击，太小又可能降低了浸渍作业的效率，本申请方案可满足多股长玻纤浸渍作业，且避免玻纤受到熔融聚合物的流动冲击而弯折或搅乱，减少了相互影响，聚合物进入中空腔后，会迅速对浸渍腔内玻纤和振动传导棒的间隙进行填充，开始浸渍过程，过程具有较高的连续加工生产性，即使在玻纤入口发生堵塞时，也可轻松卸下入料导引件，对入料端、玻纤分散槽和出料端进行清理，降低了异常停机的修理强度，节省了修理时间，提高了工作效率。

所述出料端4上设有供经过浸渍后玻纤输出的出料口41，所述出料口41内套设有用于导向玻纤的出料导引件42，所述出料导引件42上设有出料导引孔43，所述出料导引孔43与玻纤分散槽5相互连通。 出料口内套设出料导引件，方便浸渍后的玻纤被牵引出浸渍腔，且出料导引孔与玻纤分散槽相互连通，且出料导引孔与玻纤分散槽的连接处，呈喇叭状开口，便于承接与聚合物浸渍后的玻纤被牵引出，减少玻纤被牵引出的阻力，避免玻纤弯折或断开，即使玻纤异常断开，而堵塞出料端时，也可通过单独卸下堵塞出料导引件，对出料端进行清理作业，降低了异常停机的修理强度，节省了修理时间，提高了工作效率，出料端靠近浸渍腔内的一侧，还设计有底部与浸渍腔直径等大的尖锥形凸出物，该尖锥形凸出物表面光滑，将浸渍腔底部的聚合物，设计可避免在浸渍腔底部形成聚合物的输送死角，防止聚合物固化结块，可辅助聚合物被玻纤带出。

如图10所示所述玻纤分散槽5的底部设有凸出于其内壁并朝向所述振动传导棒6的辅助凸起7，所述辅助凸起7表面圆滑圆顺。因熔融聚合物具有粘性，为了使玻纤更好的分散，充分利用振动棒输出振动振幅最大处的加强分散作用，本装置优选的可在玻纤分散槽内增加辅助凸起结构设计(容置筒的固定螺丝孔并未贯穿其内部)，将玻纤从远离振动传导棒的一侧向靠近其的一侧推送，配合玻纤的牵引作用，减少在振幅最大处玻纤与振动棒的距离，进一步提高玻纤的分散效果，但同时又避免玻纤受力过大而出现断折，辅助凸起凸出于玻纤分散槽内壁的深度，根据玻纤束的规格不同而不同，参考附图可知辅助凸起的端部，在水平方向为直线，能够和玻纤平行接触，而在竖直方向为圆弧形，能够使玻纤平顺过渡，端部的宽度与玻纤分散槽的最宽处相同，且辅助凸起设计为两段式，前部延伸入玻纤分散槽的端部方向必须按照图示方向进 入，而后部采用丝杆与容置筒连接，并能够调节前部延伸的深度。

所述玻纤分散槽5内的辅助凸起7有多个，所述辅助凸起7位于所述振动传导棒6的轴侧且传导超声波发生器的振荡振幅最大处。为了最大化的发挥辅助凸起对玻纤的分散作用，在玻纤分散槽内玻纤的输送路径上，设置多个辅助凸起，使玻纤束在输送与浸渍过程中，可将玻纤顶出使其更靠近振动传导棒，优选的位置设置于振动传导棒的振幅最大处重叠，比如振动传导棒的末端处即为振幅最大处之一，使分散效果产生叠加作用，另玻纤与熔融聚合物的浸渍效果更好，配置不同振动频率的超声波发生器，辅助凸起的端部延伸入玻纤分散槽内，且能够根据不同玻纤与聚合物浸渍需求，调整每个辅助凸起延伸入玻纤分散槽内的深度距离。

所述玻纤入口31和出料口41对应所述玻纤分散槽5均有多个，相应的所述玻纤入口31、玻纤分散槽5和出料口41依次垂直连通。玻纤入口与玻纤分散槽、出料口垂直贯通，中间无弯折，保证分散浸渍过程中，玻纤被顺利牵引，避免弯折或断开，浸渍机构可垂直安装，也可根据生产环境需要，具有一定倾斜角度，注意倾斜角度不能小于60度，玻纤入口和出料口，与玻纤分散槽一一对应，入料导引件和出料导引件与玻纤分散槽也是一一对应，多股玻纤能够同时牵引作业，提高了作业效率，而某一束玻纤异常断开时，只需卸下相应的入料导引件和出料导引件即可对浸渍腔进行清理，清理时使用一条刚性棒，从玻纤入口伸入，穿过玻纤分散槽，再从对应的出料口伸出，即可完成清理，同时可将新的玻纤束通过这条刚性棒辅助穿过入料导引件、玻纤分散槽和出料导引 件，快速完成玻纤牵引，快速恢复生产作业，异常处理迅速，节省了修理时间，提高了工作效率。

下面结合具体实施例对本发明LFT制备方法作进一步描述：

实施例1：

A.将干燥后的玻纤束穿过入料端进入浸渍腔，并经出料端被牵引输出；

B.将振动传导棒穿过入料端，插入浸渍腔的中心处；

C.将玻纤增强PE与助剂混合，经双螺杆挤出机熔融后，输送到浸渍机构内；

D.经双螺杆挤出机挤压熔融的聚合物由入料端进入浸渍腔，浸渍过程中维持温度上部控温段温度为200℃，中部控温段温度为180℃，下部控温段温度为200℃；

E.玻纤束依次穿过玻纤入口、玻纤分散槽和出料口，在玻纤分散槽中只有该槽内的玻纤束与聚合物进行浸渍混合；

F.聚合物与玻纤束进行浸渍混合的同时，振动棒通过聚合物将振动传导给玻纤束，使玻纤束分散与聚合物浸渍混合；

G.经与聚合物混合浸渍的玻纤束穿过出料端被输出；

H.经冷却、切粒、振动除尘后，包装。

表1：实施例2-13温度控制条件

表2：实施例1-13产品物性指标

注：玻纤产品生产厂家为山东泰山玻璃纤维有限公司

总结：由表2可知，当使用本发明的浸渍装置后，制备方法可配合各种性能的聚合物，在不同的温度条件下，进行LFT生产，因分散性提升，挤出专用长玻纤的表面积较大，使产品均有较好的物理性能，特别 是产品的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度等，具有良好的生产效益，节约成本的同时，扩大了产品生产范围。