[实用新型]一种热塑性复合材料的挤出螺杆

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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％。

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。

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。

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。

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。