双螺杆挤出长玻纤增强复合材料玻纤含量快速调试方法.pdf

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双螺杆挤出长玻纤增强复合材料玻纤含量快速调试方法余阿龙1杨海洋1，2的加入量峨。肖鹏1玻纤增强复合材料在现代生活中应用日益广泛。玻纤是目前塑料工业中用量最大、应用最广的增强剂¨J，几乎所有树脂都可以用玻纤来进行增强改性。玻纤增强树脂基复合材料能大幅度提高材料的强度、模量及耐热性能而使其具有抗损伤能力强、成本低等优点，不过玻纤的加入会使材料的脆性增大、密度发生较大的变化H]。因此大规模生产中，为避免玻纤增强复合材料性能的波动，其玻纤含量的准确控制非常重要。用双螺杆挤出生产玻纤增强复合材料过程中玻纤加人方式可分为长玻纤加入和短玻纤加人两种。其中，短玻纤加入方式通常通过侧向喂料装置准确称量来精确控制玻纤含量；但用长玻纤加入方式生产增强复合材料时，玻纤含量的控制主要是依据多次测试结果并调整设备的各项工艺参数来实现。要获得合适的玻纤含量和最大产量，并不是一次、两次调节和测试所能达到的，有时要经过多次试验和调整各项参数才能满足要求，因而使得调整周期变长，降低了生产率，增加了产品成本。笔者经过长时间的试验探索及理论推导，得出两种适合长玻纤加入方式生产时现场快速调节玻纤含量的方法，大大减少了玻纤增强复合材料生产时开机的机头调试料，从而有效地降低成本，还可充分利用挤出设备的生产能力。实验部分原料聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)：L2100，特性粘度dL／g，江苏仪征化纤股份有限公司；玻纤：ECl4—2000，北京市通州兴旺玻璃纤维有限公司。1．2设备同向双螺杆挤出机：Ks一36型，昆山科信橡塑机械有限公司；同向双螺杆挤出机：RY一75型，南京瑞亚高聚物装备有限公司；电子计数台秤：量程150kg，福州富日谢之宝电子有限公司；箱式电阻炉：上海市康路仪器设备有限公司。1．3玻纤含量控制原理双螺杆挤出机通过长玻纤加入方式生产玻纤增强复合材料的玻纤含量控制原理见图l。1．4试验测试(1)基于同向双螺杆挤出机喂料速率与喂料螺杆转速成正比的关系∞J，测试PBT在该加料设备上在某喂料转速K下单位时间的喂料量阢，并以此计算单位喂料转速下的喂料量肘，。(2)基于同向双螺杆挤出机玻纤加入量与主机螺杆转速成正比的关系心J，测试在合适的玻纤股数n时，在某主机螺杆转速％下单位时间玻纤的加人量耽，并以此计算单股玻纤在单位主机螺杆转速下(3)测试在喂料转速为U，主机螺杆转速为E，玻纤股数为n时，单位时间内复合材料的产量M。1．5理论分析为了更方便、直接地显示玻纤控制工艺，笔者通摘要通过试验和理论分析提出了双螺杆挤出长玻纤增强复合材料过程中两种准确控制玻纤含量的方法，这些方法可以快速调节长玻纤增强复合材料生产时的玻纤含量，降低机头料的废品率及提高设备的利用率，同时可以迅速更正因原材料更换批次所引起的玻纤含量的波动，能为现场指导长玻纤增强复合材料生产、稳定产品质量提供快捷而有效的支持。关键词挤出长玻纤玻纤含量控制喂料双螺杆转速调节单位时间喂料质量Ml长玻纤股数胛的调节实现单位时间玻纤加入量成倍的增减一定玻纤含量的增强复合材料工程塑料应用2006年，第34卷，第8期(1．株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲412001；2．福建师范大学化学与材料学院，福州350007)l1．11．0图1挤出长玻纤复合材料的玻纤含量控制原理图收稿日期：2006一05—24
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I(1一∞)n屹，坞：∞KM。鸩=1T印，7算方法为∞，=A佃。若∞。与玻纤含量目标控制值K鸩／(nE鸩+KM。)式中：∞——玻纤含量，％；n——长玻纤股数；K——主机螺杆转速，r／min；K——喂料螺杆转速，r／min；坞——单股玻纤在单位主机螺杆转速下的加M。——单位喂料螺杆转速下的喂料量，g／r。的有n、屹、K、％、肘。五个参数，其中n、屹、K主要通过人为来调节，而％、M。则是与机器相关的两个螺杆转速下的加入量鸩可表示如下：式中：D——螺杆直径，m；p——玻纤的线密度，kg／m3；'7——螺杆直径的有效系数，叼<1。下玻纤的加入量鸩只与螺杆的直径D和有效系数因此单股玻纤在单位主机螺杆转速下的加入量鸩纤原料，通常将坞作为一个常数来处理。r(1一∞1)n屹％=∞l玎M1【(1一∞)nK鸩=∞KK鸭=∞l∞=nK鸩／(坨屹坞+KM，)常以(坎／U／凡)来表示长玻纤增强复合材料工艺参数。根据1．4测试数据，玻纤含量∞的计算方法如下：∞=职／(％+职)(1)(2)化简得(1一∞)n％M2=(c，KM。(3)入量，∥r；从(1)、(2)、(3)式可以看出，与玻纤含量相关因素，对于同一机台是一定的。图2是在KS一36型同向双螺杆挤出机上测得的PBT喂料转速与单位时间喂料量的关系，其斜率是一常数，则可算出对于堆积密度一定的同种材料而言单位喂料转速下其喂料量M。是一常数。此外，对同一机台而言，将单股玻纤在单位主机(4)因