[发明专利]长玻纤维增强塑料管材挤出机头

说明书

技术领域

本发明是为了提高塑料圆形管材的力学性能而设计的安装在塑料挤出成型机上的挤出机头，属于塑料成型设备关键部件的发明设计。

背景技术

塑料圆形管材是一种应用广泛的工程材料，在建筑、水利、化工、环境等工程中大量使用。但是，常用的塑料(PVC、PE、PP)管材由于挤出设备和挤出工艺原因，形成市场上销售的管材的力学性能不能满足工程的需要，其主要特点就是管材的周向抗拉力比较弱，不能承受内部大的压力，不能应用在高层建筑供水和高压输液、输气管道上。其原因有二，一是结构原因，根据力学教材中应力分析内容，像管材类的薄壁容器，在内压作用下，它的周向应力是轴向应力的2倍，即周向强度是轴向强度的1/2；二是工艺原因，现在安装在塑料挤出成型机上的挤出机头，不管是直通式还是直角式，都是直接依靠挤出机头入出口的压力差把熔体挤出机头，在机头内熔体沿管材轴向直线剪切流动，直到冷却定型，造成塑料分子基本上都是沿管材轴向取向。因而管材壁就成了因分子取向方向不同而力学性能也不同的各向异性材料，根据《塑料模具手册》等资料可知，塑料板材沿分子取向的强度是垂直于分子取向强度的2到3倍。这样，从理论上计算现在使用的管材的力学性能仅是材料性能的1/4～1/6，一方面造成管材力学性能低下，另一方面又造成材料资源的浪费。为解决此问题学者和专家们研究开发了铝塑复合管材、螺旋缠绕或编织钢丝增强复合塑料管材(甘国工，专利号200410081433.0)、自增强塑料管材(申开智，专利号97107852.1)，等等。

发明内容

本发明的主要内容为：设计一种新型塑料管材挤出机头，称为长玻纤维增强塑料管材挤出机头。其特征在于，安装在各种通用塑料挤出机上，使用普通的聚合物粒料，在聚合物塑化熔融后在线混合入一定长度经耦连剂处理过的玻璃纤维(10～20mm，称长玻纤维)，并使玻纤与聚合物熔体均匀混合，然后使混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动，聚合物塑化熔体分子和玻璃纤维沿所挤出圆形管材的管壁螺旋取向并冷却，生产出强度更高的管材，满足工程实际的需要。

长玻纤维增强塑料管材挤出机头主要由两部分组成，长玻璃纤维的输入及与塑料熔体的混合分布装置和芯棒转动装置。

长玻纤维的输入及与塑料熔体的混合装置由钢制混合筒体(2)和安装在筒体上端的可调速电机(4)及在筒体内与筒体相配合的混合螺杆(6)等组成。其中，塑料熔体入口(1)为筒体中部横向管(垂直纸面)有螺纹与挤出机相连；长玻纤维和耦连剂输入口(3)由螺钉固定在混合筒体(2)上。

芯棒转动装置的组成为，可调速电机(4)轴上销联结主动伞齿轮(5)，筒体外壁固定芯棒旋转传动轮支架(9)，其上同轴安装从动轮伞齿轮(7)和芯棒转速调节链轮(8)，通过芯棒旋转传动链条(10)带动传动从动链轮与可旋转芯棒(11)。

附图说明

本发明长玻纤维增强塑料圆形塑料管材挤出机头的结构简图如图所示。其中，1、塑料熔体入口(垂直纸面)；2、混合筒；3、玻璃纤维和耦连剂输入口、4、调速电机；5、驱动轮；6、混合螺杆；7、从动轮；8、芯棒转速调节链轮；9、芯棒旋转传动链轮支架；10、芯棒旋转传动链条；11、可旋转芯棒与传动从动链轮；12、管材外模壁。

具体实施方式

本发明长玻纤维增强塑料管材挤出机头的具体实施方式为，由塑料挤出机挤出的塑料熔体通过滤网(1)进入机头的混合筒(2)，同时在电机(4)的带动下，已剪成的无碱无捻长玻纤维和耦联剂通过输入口(3)进入混合筒，由螺杆(6)和混合筒体(2)的内面相对运动完成对长玻纤维与熔体的混合与输送，玻纤被塑料熔体浸润并分散到塑料熔体之中，形成纤塑混合熔体。纤塑混合熔体进入旋转芯棒(11)与管材外模壁(12)间的成型腔后。在沿芯棒轴线流动压力和旋转芯棒(11)表面绕轴线快速转动的作用下，纤塑熔体的流动方向由沿芯棒轴向改变为绕芯棒螺旋向，并在外模壁(12)和芯棒(11)之间成型为圆形管材形状，经过冷却，最后获得塑料分子和玻璃纤维沿管壁螺旋取向的高强度管材。

本发明在实验室实施了模型试验，玻纤在熔体中的分布和取向，均达到了设计目的。