[实用新型]一种用于成型长纤维增强塑料的注塑设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及高分子材料成型设备领域，具体涉及一种用于成型长纤维增强塑料的注塑设备。

背景技术

近年来，随着节能减排、汽车轻量化等政策的实施，长纤维增强塑料的用量急剧增长。长纤维增强塑料具备高刚性、高韧性与较好的耐疲劳性等优点，可作为结构或半结构件的材料，来替代金属、热固性树脂等传统材料。

在纤维增强塑料制品中，纤维的长径比将直接影响最终性能。Gupta VB等指出当纤维增强塑料受到一定载荷时，小于临界长度(Lo)的纤维会被拔出，纤维自身的强度就不能得到充分地发挥。因此为了使纤维在塑料制品中更好地起到提高强度的作用，必须尽可能地保留纤维长度。长纤维增强塑料中较长的纤维还能够形成三维纤维网络结构，当制品受到外力作用时，相互搭接与交叉的纤维使得部分应力直接在纤维骨架中传递，而不是树脂-纤维-树脂间传递，从而进一步提高制品的力学性能。

美国专利US5773042与US6159589公开了一种在线配混成型长纤维增强热塑性塑料(LFT-D)设备，这种设备集成了树脂、纤维等原材料的预混部分与制品的成型部分。采用一步法成型，具有速度快，能耗低等优点，但是较大的集成度使得设备规格单一、造价昂贵，而且在成型小尺寸的制品时，不能显示其优势。因此，目前比较常见的仍然是两步法，即先制得长纤维增强热塑性塑料粒料(LFT-G)，再通过模压或注塑等方法成型。相对于其他成型方法，注塑成型具备能耗小，生产效率高，可成型复杂制品等优点，被塑料制品生产商广泛采用，因此研究长纤维增强热塑性塑料粒料的注塑设备更加具有普遍意义。

为了提升长纤维增强塑料制品的力学性能，在粒料(LFT-G)的制备与注塑阶段都要尽可能保留纤维长度。LGF-G粒子的纤维长度与粒子尺寸一致，通常为8-25mm。在注塑过程中，预塑、注射等阶段都很容易造成纤维损伤，降低纤维长度，这种损伤主要来源于纤维与纤维之间的摩擦，纤维与机筒壁、螺杆的碰撞，熔融树脂流动过程对纤维的剪切，止逆通道、射出喷嘴对纤维长度的破坏等因素。除了调整工艺，如升高温度，降低注射速度等方法，改变注塑设备本身的结构与参数可更明显减少玻纤损伤。因此，研制一种能够确保长纤维增强塑料在注塑机中充分塑化的条件下，对纤维损伤较小的注塑成型机，可大大提升长纤维增强塑料制品的力学性能。

发明内容

本实用新型的目的是通过调整注塑机的部分结构，使注塑机在成型长纤维增强材料的过程中，达到减少纤维损伤，保留制品性能的效果。

一种用于成型长纤维增强塑料的注塑设备，包括带喷嘴的机筒、机筒内带有止逆环的螺杆以及用于向机筒供应原料的料斗，所述的螺杆由喂料段、压缩段和计量段三段组成，各段在螺杆中的长度分布为：

喂料段L1    40～55％；

压缩段L2    25～40％；

计量段L3    15～25％。

本实用新型注塑设备的电气控制系统、机械控制系统等可以采用现有技术。

所述的料斗与机筒连通的下料口截面可以是直径80～100mm的圆形或边长80～100mm的正方形，以确保8～25mm长的粒子可以利用自重进入螺杆喂料区，不会形成架桥现象。

伴随着螺杆的转动，料斗中下落的粒子不断向前推进，粒子中的树脂在机筒内受高温作用逐渐熔融，纤维开始与注塑机筒、螺杆等部件直接接触。纤维增强塑料对成型设备的磨损很大部分来源于纤维的断头，相对于短纤维增强塑料，同样纤维含量的长纤维增强塑料具有更少的断头，但是对螺杆与机筒的磨损仍然不能忽视。为减少纤维对螺杆与机筒的磨损，影响成型效果。注塑设备的机筒、螺杆、喷嘴等与长纤维增强塑料熔体直接接触的组件都必须采用合金材料。所述的合金可以为38CrMoAla、Cr12MoV、4Cr5MoSiV1等。

注塑设备的螺杆结构对长纤维增强塑料在加热环境中的停留时间、物料的塑化程度、熔融塑料的剪切强度都具有决定性的作用，是影响制品中纤维长度的主要因素之一。

作为优选，所述的螺杆喂料段、压缩段和计量段在螺杆中的长度分布为：

喂料段L1    40～45％；

压缩段L2    35～40％；

计量段L3    20％。

作为进一步的优选，所述的螺杆喂料段、压缩段和计量段在螺杆中的长度分布为：

喂料段L1    40％；

压缩段L2    40％；

计量段L3    20％。

选择合适的喂料段、压缩段和计量段长度分布更有利于保持制品内增强纤维的长度，提高制品性能。

所述的螺杆齿距(螺距)s为1D-1.5D，D为螺纹大径。