[发明专利]一种纤维增强复合材料小试造粒中纤维含量快速调试方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强复合材料小试造粒中纤维含量快速调试方法，该方法以纤维增强热塑性复合材料螺杆挤出造粒过程中的单位时间侧喂下料量和单位时间造粒物料量的比值作为控制指标，能够在很短时间内将纤维增强复合材料的纤维含量变化控制在±1％的误差范围之内，该方法操作简便、结果明确、有效可靠，特别适用于未装备失重称的机台以及小批量生产的情况，对于材料性能稳定性、零件试验失效分析等实际应用具有重大意义。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料加工领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料小试造粒中纤维含量快速调试方法。

背景技术

纤维增强复合材料比强度高、比模量大，材料性能具有可设计性，且具有抗腐蚀性和耐久性能好等优点，其应用已遍及土木工程、交通运输、化工防腐、电子电气、体育娱乐、家庭办公等领域。纤维增强复合材料由增强材料和基体材料构成，每部分都有各自的作用，共同影响复合材料的性能。作为增强材料的纤维是组成复合材料的重要成分，在纤维复合材料中质量占比一般可达15％～65％，是结构复合材料承受载荷的主要部分。常用的增强纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、麻纤维等，增强纤维的类型、含量、形态、分布对纤维增强复合材料的性能至关重要。

高分子材料改性行业普遍需要用到螺杆挤出机对物料进行连续混炼，使各物料组分之间达到分散均匀的目的。对于纤维增强复合材料而言，纤维作为增强材料加入的目的主要是发挥其增强作用，为了避免主喂料口加入会过度剪切磨损纤维长度，削弱复合材料增强作用，因此绝大多数采用从侧喂料口加入。大生产中采用计量称设备来控制各组分配比含量。然而，普通工厂用于制备纤维增强复合材料的小试机台一般不装备计量称，并且大部分工厂在小批量生产时往往采用的是“做完加完”的模式，即通过目视主侧喂料口中存料量的变化来把握是否调整喂料参数，所有物料最后做完加完。鉴于增强纤维的类型、含量和分布对纤维增强复合材料的性能至关重要，虽然“做完加完”产品最终的纤维含量整体上正确，但是在生产过程中未对纤维含量和分布实行监测，容易造成纤维含量局部超标，导致材料性能波动性大，从而对小试配方验证过程造成严重干扰，并且不利于中试的生产指导。并且，当遇到中途停机有报废料产生时，产品最终的纤维含量极易偏离设定值，更不幸的是当遇到碳纤维、芳纶纤维、麻纤维、金属纤维等无法用灼烧灰分的方法测试的纤维增强复合材料时难以获知产品实际纤维含量。而纤维增强复合材料的性能发挥的最大值取决于个值性能的最低值，而非平均值，因此，需要提高材料性能稳定性，降低离散系数。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种纤维增强复合材料小试造粒中纤维含量快速调试方法，该方法能够在很短时间内将纤维增强复合材料的纤维含量变化控制在±1％的误差范围之内，保证了材料性能的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种纤维增强复合材料小试造粒中纤维含量快速调试方法，所述方法是以纤维为增强材料、以热塑性聚合物为基体，采用螺杆挤出机进行混炼造粒，以单位时间侧喂下料量和单位时间造粒物料量的比值作为控制指标，微调主喂料转速。

其具体包括以下步骤：

(1)将以纤维为增强材料、以热塑性聚合物为基体，采用螺杆挤出机进行混炼造粒获得复合材料的工序：包括参数设置、原料混合、熔融挤出、冷却定型、牵引、切粒、包装；

(2)将侧喂料转速设置到经验值，在侧喂料口盛接物料，秒表计时、电子天平称重，记录单位时间侧喂下料量m，由纤维设定添加百分比B计算理论产量区间为m/(B±1％)g，数据备用；

(3)按配比称取纤维之外的其它原料，混合均匀后加入螺杆挤出机的主喂料仓，将纤维加入侧喂料仓，打开主侧喂料开关，挤出拉条、冷却、鼓风干燥切粒，称量单位时间造粒物料量W；

(4)侧喂料转速固定不动，微调主喂料转速，使盛接物料量W数值落在m/(B±1％)范围内，即可控制纤维含量变化在±1％的误差范围之内。