一种玻纤树脂复合材料成型机组及工艺的制作方法

本发明涉及复合材料制造技术领域，具体涉及一种玻纤树脂复合材料成型机组及工艺。

背景技术：

玻璃纤维增强热塑性材料复合材料已经代替部分工程塑料，在工业上获得广泛应用；玻璃纤维增强热塑性材料体系中起骨架作用，用以提高体系强度，是决定材料增强效果的关键；例如通过添加玻璃纤维增强聚丙烯，提高聚丙烯材料的强度、热变形温度和尺寸稳定性，扩大了聚丙烯材料的应用领域，广泛应用于电子电器、汽车、建筑等领域；

用挤出机对复合材料挤出加工能够连续化生产，且设备投资小，产量高，因而应用十分广泛。但反应挤出要求物料充分混合，停留时间长，这就要求螺杆长径比尽可能的长，但目前无论是单螺杆还是双螺杆以及多螺杆，长径比都较小，很难达到很长的停留时间，因此反应转化率较低，单体残留较多，不能制备一些要求较高的反应型聚合物，限制了反应挤出的应用范围；目前，解决这一问题的一种方法是制备超高长径比的螺杆挤出机，但螺杆强度，螺杆与螺筒的配合及螺杆的传动连接等技术问题的解决难度很大，只有少数国外厂家能够生产，投资高，设备昂贵，维护保养也极其复杂，不能满足大规模的推广与应用。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种玻纤树脂复合材料成型机组及工艺，可以对玻纤树脂复合材料连续生产，而且制造成本极低。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种玻纤树脂复合材料成型机组，包括给料装置、一阶挤出机系统、二阶挤出机系统；所述一阶挤出系统用于将给料装置提供的混合原料塑化成树脂扁片；所述二阶挤出系统用于将树脂扁片与玻纤混合后挤成片料。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述给料装置包括混合机、上料机和主喂料机；所述混合机用于将热塑性材料和助剂混合成混合原料；所述上料机用于将混合原料输送给主喂料机；所述主喂料机用于将混合原料输送到一阶挤出系统。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述主喂料机包括喂料筒体、电机、螺杆和不锈钢料斗，所述电机与设置在喂料筒体内的螺杆相连接，所述电机与变频器电连接，所述不锈钢料斗与喂料筒体相连接，其上部设置有翻盖式加料口；所述上料机为螺旋上料机。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述一阶挤出机系统包括双螺杆挤出机，主电机和挤出机头，所述双螺杆挤出机包括筒体，所述筒体内设置有双螺杆，筒体一侧端部挤出机头相连接；所述双螺杆通过分配传动箱与主电机相连接，所述主电机与变频器电连接；所述筒体与真空排气系统相连接；所述二阶挤出系统包括第一双螺杆挤出机，第一主电机和第一挤出机头，所述第一双螺杆挤出机包括第一筒体，所述第一筒体内设置有第一双螺杆，第一筒体的端部与第一挤出机头相连接；所述第一双螺杆通过第一分配传动箱与第一主电机相连接，所述第一主电机与变频器电连接。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述筒体和第一筒体为积木式结构，由多个单元筒体组合而成，所述单元筒体采用双金属套结构，其长径比为：l/d＝4，所述筒体的长径比：l/d＝32，所述第一筒体长径比：l/d＝24；所述各单元筒体外装电加热器，内部设有冷却水支管道；所述筒体和第一筒体外部设置有不锈钢防护罩；所述双螺杆和第一双螺杆为积木式结构，由多个单元螺杆组成；所述单元螺杆包括螺杆元件、芯轴，所述螺杆元件与芯轴采用渐开线花键联接；所述芯轴材料为合金钢，调质硬度hb350-380；所述螺杆元件采用高速工具钢；所述主电机的功率为90kw，所述第一电机的功率为75kw；所述真空排气系统包括真空泵、排气室和真空冷凝罐；所述排气室与设置在筒体上的排气口相连接，所述真空冷凝罐通过管路与排气室相连接，所述真空冷凝罐通过管路与真空泵相连接；所述分配传动箱和第一分配传动箱包括箱体，所述箱体内设置有通过齿轮相啮合的输入轴和输出轴；所述输入轴、输出轴、齿轮采用浸油式润滑，箱体通过外置式冷却器与润滑油泵相连接；所述挤出机头包括机头体和口模板，所述机头体与筒体相连接，所述机头体通过过渡板与口模板相连接，所述机头体外侧设置有加热器；所述第一挤出机头包括第一机头体和第一口模板，所述第一机头体与第一筒体相连接，所述第一机头体通过第一过渡板与第一口模体相连接，所述第一机头体外侧设置有加热器。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述冷却水支管道为软水冷却水支管道，所述多个软水冷却水支管上设置有手动流量调节阀和自控电磁阀，多个软水冷却水支管道与进出水总管相连接；所述进出水总管通过换热器与循环软水箱相连接；所述循环软水箱包括箱体，所述箱体通过水泵与换热器相连接；所述齿轮啮合和轴承点配有分路油压强润滑，润滑油型号220#齿轮油；所述真空泵为水环式真空泵；所述排气室上设置有视窗，采用翻盖式结构；所述电加热器为铸铜或者铸铝电加热器，所述加热器为铸铜电加热器；机头体、第一机头体、口模板、第一口模板模头均采用氮化钢材质，所述机头体与口模板、第一机头体与第一口模板采用吊杆式快开结构；所述机头体、第一机头体内部设置有熔压传感器和熔温传感器。

作为本发明的一个优选的技术方案：还包括牵引系统，输送带系统；所述牵引系统上设置有裁切系统，所述牵引系统用于将二阶挤出系统挤出的片料牵引并裁切；所述输送带系统用于冷却和运送裁切后的片料。

本发明还提供了一种玻纤树脂复合材料成型工艺，使用上述技术方案任一项所述的玻纤树脂复合材料成型机组，包括以下步骤：a.将热塑性材料和助剂在给料装置混合后，输送到一阶挤出系统；b.一阶挤出系统将混合材料塑化后，挤出连续树脂扁片；c.将树脂扁片和预排好的玻纤输送到二阶挤出系统；d.二阶挤出系统将树脂扁片熔体与玻纤的混合，截切，分散后挤成片料。

作为本发明的一个优选的技术方案：还包括步骤e.将所述步骤d中挤出的片料经过牵引系统的牵引和裁切后，由输送带冷却后输送到相应的模具中；所述步骤b中分配传动箱的输入转速：1480r/min，输出转速：60～600r/min；所述步骤c中第一分配传动箱的输入转速：1480r/min，输出转速：40～400r/min，所述玻纤的重量含量为1％-40％。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述玻纤树脂复合材料成型机组包括以下联锁保护：双螺杆主机与齿轮箱油泵联锁保护；主电机与电机冷却风机启动连锁；喂料机与主机启动顺序联锁保护；主机系统故障停机，喂料机连锁保护停机；主电机与机头熔压联锁，超压报警或停车；主电机及各辅机电机过流、堵转、缺相等报警保护停机。

本发明具有以下有益效果：

1、采用多级挤出系统，可以大大提高物料的停留时间，避免使用超高长径比螺杆挤出机，降低了生产和制造成本。

2、玻纤预排后加入二阶挤出系统提高了玻纤的长度，树脂均匀渗入，从而达到改善了所制造复合材料的综合性能。

3、一阶挤出系统设置有真空排气系统，吸取一阶挤出系统排出的废气，有效避免了杂质落入到原料中，同时避免了对环境的污染。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明给料本发明装置结构示意图；

图3为本发明循环冷却水整体结构示意图；

图4为本发明真空排气系统结构示意图；

图5为本发明真空排气系统结构示意图；

图6为本发明挤出机头整体机构示意图；

图1-图6中，1、给料装置，2、一阶挤出系统，3、二阶挤出系统，4、真空排气系统，5、单元筒体，6、玻纤预排装置，7、主喂料机，8、牵引系统，11、上料机，12、双螺杆挤出机，13、主电机，14、挤出机头，15、变频器，21、主喂料筒体，22、电机，23、螺杆，24、料斗，25、变频器，26、加料口，31、第一双螺杆挤出机，32、第一主电机，33、第一挤出机头，34、第一筒体，35、第一变频器，41、真空泵，42、排气室，43、真空冷凝罐，44、真空压力表，45、视窗，51、冷却水支管道，52、手动流量调节阀，53、自控电磁阀，54、进出水总管，55、换热器，56、循环软水箱，57、离心式水泵，62、口模板，63、过渡板，64、换热器，65、吊杆组件，121、筒体。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图5所示，本发明实施例提供了一种玻纤树脂复合材料成型机组，包括给料装置1、一阶挤出机系统2、二阶挤出机系统3；一阶挤出系统2用于将给料装置1提供的混合原料塑化成树脂扁片；二阶挤出系统3用于将树脂扁片与玻纤预排装置6提供的玻纤混合后挤成片料，还包括牵引系统8，牵引系统8为双牵引辊的牵引机，输送带系统；牵引系统8外侧设置有裁切系统，裁切系统根据下道工序需求，将二阶挤出系统3挤出的片料裁切；输送带系统用于冷却和运送裁切后的片料；采用多级挤出系统，可以大大提高物料的停留时间，避免使用超高长径比螺杆挤出机，降低了生产和制造成本；玻纤预排后加入二阶挤出系统提高了玻纤的长度，树脂均匀渗入，从而达到改善了所制造复合材料的综合性能；热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物。

如图2所示，给料装置包括混合机、上料机11和主喂料机2；混合机选用容积为300l的，用于将热塑性材料和助剂混合成混合原料；上料机1选用提升高度为3m，产量为600kg/h的螺旋上料机，用于将混合原料输送给主喂料机2；主喂料机2用于将混合原料输送到一阶挤出系统；主喂料机2为体积式计量，即通过控制调节螺杆转速，改变加料量，其组成包括喂料筒体21、电机22、螺杆23和不锈钢料斗24，螺杆23为双螺杆，电机22与设置在喂料筒体21内的螺杆23相连接，电机22与变频器25电连接，电机的功率：1.5kw，变频器为施耐德变频器，变频器的设置实现螺杆转速的无级调速，不锈钢料斗24与喂料筒体21相连接，其上部设置有翻盖式加料口26，便于人工加料与停机时防护。

一阶挤出机系统2包括双螺杆挤出机12，主电机13和挤出机头14，双螺杆挤出机包括筒体121，筒体121内设置有双螺杆，筒体121一侧端部挤出机头14相连接；双螺杆通过分配传动箱与主电机13相连接，主电机13的功率为90kw，额定转速：1480r/min，调速范围：1：10，防护等级：ip56；主电机13与变频器15电连接，变频器为施耐德变频器；筒体与真空排气系统相连接；二阶挤出系统3包括第一双螺杆挤出机31，第一主电机32和第一挤出机头33，第一双螺杆挤出机包括第一筒体34，第一筒体34内设置有第一双螺杆，第一筒体34的端部与第一挤出机头33相连接；第一双螺杆通过第一分配传动箱与第一主电机32相连接，主电机的功率为75kw，额定转速：1480r/min，调速范围：1：10，防护等级：ip56；第一主电机32与变频器35电连接，变频器为施耐德变频器。

筒体121和第一筒体34为积木式结构，由多个单元筒体5组合而成；筒体材质体系采用双金属套，热处理高温淬火hrc58-62；单元筒体5采用双金属套结构，其长径比为：l/d＝4，各单元筒体5通常具有相同长度与接口形式，按照不同功能需要，有多种不同结构与材料体系的筒体单元类型可供选用，本发明中筒体的长径比：l/d＝32，第一筒体长径比：l/d＝24；筒体121和第一筒体34外部设置有不锈钢防护罩，具有隔热保温与安全防护等功能。

如图3所示，各单元筒体外装电加热器，电加热器为铸铜或者铸铝电加热器，内部设有冷却水支管道51；冷却水支管道为软水冷却水支管道，多个软水冷却水支管51上设置有手动流量调节阀52和自控电磁阀53，自控电磁阀53为采用ceme高精度电磁阀；多个软水冷却水支管道51与进出水总管54相连接；进出水总管54通过换热器55与循环软水箱56相连接；循环软水箱56包括箱体，箱体为不锈钢水箱，箱体通过离心式水泵57与换热器55相连接；根据筒体温控需要，由循环软水自控对超温筒体进行冷却降温；由外接冷却水通过换热器，对循环软水进行冷却，实现换热平衡；具体参数为内循环用水为锅炉软水即去离子水，内循环筒体进水温度最高65℃，内循环筒体回水温度最高100℃，外循环用水为普通冷却水，外循环冷却水温度≤30℃，30℃冷却水消耗量≤3m³/h，离心式水泵电机功率0.55kw，箱体的容积140升。

双螺杆和第一双螺杆为积木式结构，由多个单元螺杆组成，具有功能各异的常规型与特殊型螺杆元件，经合理设计组合，可满足实现众多复杂工艺过程之需要，其变化近乎无穷；单元螺杆包括螺杆元件、芯轴，螺杆元件与芯轴采用渐开线花键联接；芯轴材料选用高韧性，高抗弯，高强度的为合金钢，调质硬度hb350-380；螺杆元件采用高速工具钢；螺杆元件均采用专用数控机床或cnc加工中心制作，并采用高精度研磨加工成形，啮合共轭曲线精度高，确保相互啮合的自洁性型。

如图4所示，真空排气系统4用于抽出分离物料体系中夹裹或加工过程中产生的水蒸气、低分子挥发份等无效或有害成分，以保证产品性能，包括真空泵41、排气室42和真空冷凝罐43；排气室42与设置在筒体121上的排气口相连接，排气室上方设置真空压力表44，排气室43为带视窗45，翻盖式结构，便于观察和维护；真空冷凝罐43通过管路与排气室相连接，真空冷凝罐43通过管路与真空泵41相连接；真空泵41为水环式真空泵；真空泵技术参数--工况条件为：水温15℃、气体温度20℃、气体相对湿度70％；最大抽气量1.33m³/min，电机功率2.2kw，电机转速1500rpm，补充水用量为0.3m³/h，真空度为0.07-0.09mpa，极限真空度0.088mpa。

分配传动箱和第一分配传动箱包括箱体，箱体内设置有通过齿轮相啮合的输入轴和输出轴，齿轮采优质材料按国际标准iso6336-1996me级控制，精度按iso1328-1995圆柱齿轮精度制造，高精度加工及修正手段来实现高扭矩；输入轴联轴器采用激光对中仪找正，确保高水准的装配精度；输入轴、输出轴、齿轮采用浸油式润滑，滑油型号220#齿轮油，齿轮啮合和轴承点配有分路油压强润滑，另配润滑油强制循环冷却系统，无断油设计，提高了可靠性；箱体通过外置式冷却器与润滑油泵相连接；齿轮采用顶级材料，硬齿面设计，齿面硬度：hrc58-62，磨齿精度5级；箱体采用cnc加工中心制作，制造精度高，分配传动箱和第一分配传动箱的主要参数：输入转速：1480r/min，输出转速：600r/min或400r/min，机头工作压力即轴向力负荷：15mpa，扭矩等级：t/a3＝6.0n.m/cm3。

如图6所示，挤出机头14和第一挤出机头33包括机头体61和口模板62，机头体61与筒体相连接，机头体61通过过渡板63与口模板62相连接，机头体61外侧设置有加热器64,加热器64为铸铜电加热器；机头体、口模板、均采用氮化钢材质，机头体61与口模板62之间设置有吊杆组件65，形成吊杆式快开结构；机头体、第一机头体内部设置有熔压传感器和熔温传感器,在挤出物挤出的过程中可通过融压传感器监控挤出物压力、通过融温传感器监控挤出物的温度，从而可以对一阶挤出系统和二阶挤出系统内部的温度和压力进行监视。

本发明实施例还提供了一种玻纤树脂复合材料成型工艺，使用上述实施例的玻纤树脂复合材料成型机组，包括以下步骤：

a.将热塑性材料和助剂在给料装置混合后，输送到一阶挤出系统；b.一阶挤出系统将混合材料塑化后，挤出连续树脂扁片，其中分配传动箱的输入转速：1480r/min，输出转速：60～600r/min；c.将树脂扁片和预排好的玻纤输送到二阶挤出系统,其中分配传动箱的输入转速：1480r/min，输出转速：40～400r/min；d.二阶挤出系统将树脂扁片熔体与重量含量为1％-40％玻纤的混合，截切，分散后挤成片料；步骤e.将所述步骤d中挤出的片料经过牵引系统的牵引和裁切后，由输送带冷却后输送到相应的模具中；玻纤树脂复合材料成型机组包括以下联锁保护：双螺杆主机与齿轮箱油泵联锁保护；主电机与电机冷却风机启动连锁；喂料机与主机启动顺序联锁保护；主机系统故障停机，喂料机连锁保护停机；主电机与机头熔压联锁，超压报警或停车；主电机及各辅机电机过流、堵转、缺相等报警保护停机。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。