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1、广飞 淤至 之 烹编 长玻璃纤维增强尼龙料粒的制备 淮阴化工研究所李慧珠 一 、 概况 和筒体 。 卞文仅介绍川 一长玻 纤增强尼龙 。 尼龙作为工程塑料 , 与其他塑料相比 , 有其 显著的特点 。 尼龙是一种半硬质塑料 , 质地 坚 韧 , 有较好的机械性能 , 特别 是耐 冲击性 能 , 是其他塑料不可 比拟 的 。 它的摩擦 系 数 低 , 磨耗小 , 可作自润滑材料 , 因而可制作传 动件 。 此外 , 尼龙还具有优良的耐化学 腐 蚀 性 、 电性能 , 成型加工方便等优点 。 但尼龙作 为结构件 , 由于它蠕变性大 , 耐热性低 , 收缩 率大 , 尺寸稳定性差 。 这就限制了尼龙
2、的使用 范围 。 采用 玻璃纤维来增强 , 可以改 善上述缺 点 , 扩大使用范围 。 一般情况下 , 经玻璃纤维 增强后 , 拉伸强度 、 弯曲强度提高倍刚 性增加倍蠕变值降低为未增强的四分之 一热变形温度提高达 以上 , 儿乎可达到 软化点 , 线膨胀系数降低二分之一 , 成型收缩 率减少四分之一 , 吸水率减少 。 自 年美国公司开始试制增强尼龙材 料后 , 玻璃纤维增强尼龙发展很快 , 年美 国消耗量就达吨 。 用 玻璃纤维来增强尼龙 , 有短 纤维 增强与 长纤维增强两 种 类型 , 各 有利弊 。 例如 , 用长 玻纤增强后 , 大部分机械性能提高幅度都大价 用短玻纤增强的 , 但
3、后者的耐疲劳性能却是优 放前者 , 尤其是剪切 、 弯曲疲劳性能突出 。 从 增强尼龙的制备工 艺来看 , 长玻纤增强优于短 玻纤的 。 因为短玻纤增强时 , 纤维需切断后 与尼龙料混合加入螺杆 , 玻纤飞扬严重 , 环境 污染大 , 少卜且短玻纤在螺杆中严垂 地磨损螺杆 二 、 制作工艺 、 原料 尼龙微黄色切片 , 分子量左右 , 含水率 尼龙半透 明切片 , 相对粘度 , 含水率 长玻璃纤维含碱量的低碱或 无碱 玻璃纤维 。 支数在支以上 , 低股无捻 , 经偶 联剂表面处理 。 、 工艺流程 工艺流程如图所示 。 玻璃纤维筒套安插 在筒管架上 , 按纤维增强尼龙的配比要求和 筒件玻璃纤
4、维的股数确定引取玻璃纤维 的 束 图 工艺流程示意图 一筒管架一导丝钩一分配板一分配管 一视镜一浸溃混合室一加热圈一连接法兰 一螺杆挤出机一玻璃纤维增强尼龙一简管玻 璃纤维一支架 。 数 。 筒管玻璃纤维分别经导丝钩通过分配 板进人分配管 , 从而进八浸渍混合室 。 在浸渍混 合室中预热过 的各玻璃纤维束与来 自 螺杆的尼龙熔体相遇 , 达到控制的浸渍混 合 时 间后 , 经 出 一 处 的集束器 , 山切片机的罗拉 辊牵引出浸责混合器的出日 , 立即与冷却水 相 遇 , 冷却后 即成为玻璃纤维 增强尼龙 , 最后送 至 切粒机连续切粒 。 、 工艺特点 电缆的生产是将绝缘的外皮包覆 在 导线
5、 上 , 有的工厂采用类似电缆 的生产工艺形式来 生产长纤维增强尼龙 , 即用玻璃纤维代替铜线 , 尼龙代替聚氯乙烯等绝缘材料 。 由于玻璃纤维 束疏松 , 不象铜线一样的 圆柱体 , 所以中孔直 径很难确切选择 , 同时从环隙中挤 出的尼龙与 从中孔中牵 出的玻 璃纤维接触 , 时间很短 , 再加 上玻璃纤维没有预热去湿 , 这就使得尼龙与玻 璃纤维不能全部接触 , 特别是玻璃纤维束的中 间部分就更难与尼龙接触 。 当要 求玻璃含量愈 高时 , 这个问题就愈突 出 , 以至造成有游离的 玻璃纤维存在 。 而电缆 包头法对螺 杆 要求 高 , 计量段要有较精确的计量作用 。 本工艺采 用浸渍混
6、合室就克服了述弊病 。 玻璃纤维尼龙浸渍混 合器 分配板不锈钢圆板 , 其上有均匀分 布的小孔 , 使玻璃纤维分布均匀地进入浸渍混 合室 , 逐步在浸渍混合室中集 束 。 如图所 示 , 小孔可以有两种不 同的排列方式 。 型排 列适用于玻纤含量少于的 , 色有 助于均匀 浸渍 , 型排列适用 于玻纤含量高于的 , 该形式可使玻璃纤维完全被尼龙所包裹 , 有利 于玻璃 纤维增强尼龙材料后加工时料斗 的迸 料 。 分配管由中 火 不锈钢薄壁细管组 成 , 焊接在分配板孔上 。 其作用是预热玻璃纤 维 , 排除纤维表面的水分和 所挟带的部分 空 气 。 玻璃视镜用 于观察尼龙熔体液面 , 以防熔体
7、溢至分配管阻塞纤维进入 。 锐浸渍混合室役渍混合室如图所 示 , 形状 为带有法兰的不锈钢锥底 圆筒 , 长径 比为 。 混合室外备有加热 圈 , 控制混合室 中尼龙的温度高于熔点 左右 。 浸演混合室 的作用是使玻瑞 纤维与尼龙有一定时间的充分 浸渍 、 粘合 。 一 般控制接触时在秒左右 , 尼龙并不要求充满混合室 , 可留有 一 定的空 问 , 以起螺杆所洪熔体尼龙计量的调节缓冲作 用 , 防止尼龙溢至视镜 , 同时也有预热玻璃纤 维的作用 。 集束器集束器的形状象风扇 叶 一 样 , 由不锈钢制作 , 中间开孔 , 并带有 支 架 见图 , 其作用是使玻璃 纤维集束 。 改变 中间孔径
8、的大小 , 可控制玻璃纤维增强尼龙中 的尼龙含量 。 综上 所述 , 由于浸渍棍合器的作用 , 可使 每根玻璃纤维都浸渍到尼龙 , 纤维含量可达 。而 且由于纤维被一层光滑的尼龙所包覆 , 所以切片容易在加工成型的料筒中进踢 图比 洲 , , 口口月尸, ,尸尸护,怡晚厅,甲甲, , 螺杆挤出机 本工艺所采用的螺杆挤 出机仅起熔融尼龙 的作用 , 对压缩比 、 长径比 、 计量段精确度没 有高的要求 , 由浸渍混合室来缓冲凋节螺 杆挤 出量的不均匀 。 一旦熔体溢到视镜下端 , 一可以 一一 卜,弓,卜 口丫 口 户 卜,月 口 。 姗 多卜 州琪拿喊 采取停止螺杆挤出尼龙来降低液面 , 所以
9、操作 灵活 、 方便 。 玻璃纤维含量可 以严格控制 玻璃 纤维的带势从 山确 定玻璃 纤维 牵入棍 合 器的束数及股数以及更换不 同孔径的集 束器来 初步确定 , 还可以通过玻璃纤维牵引速度和浸 渍混合器的温度调节来进一步保证 玻璃纤维含 量的准确性和各料束中的均匀性 。 志 么 一 门孟 子 一 夕 万 尸 三 、 影响玻璃纤维增强尼龙 质量的因素及质量控制 单丝直价 , 卜 图 、 尼龙基料 不 同的尼龙 品种采用同样的玻璃纤维 增强其健肺台 不 同 , 盗 可由下面性能表看出 。 同一 品种尼龙 , 其分子量 的大小 也 直接影响其机械性能 。 一般来说 , 分子量高 , 机械性能高
10、, 但分子量过高 , 流动性变差 , 带 来后加工的困难 , 甚至会造成超压注射成型 。 尼龙中含水率要小于 , 否则 切 出的料粒中有气泡 , 严重时影响玻璃纤维与尼 龙的亲和能力 。 、 玻璃纤维 纤维成分 中的含碱量应簇 , 因为碱 含量高会导致增强尼龙的冲击强度下降和耐疲 劳性差 。 纤维直径大小对增强尼龙力学性能有 明显的影响 , 如图所示 。 显然 , 纤维直径的 增加 , 增强尼龙的拉伸强度急剧 一 降 。 综合性 能与经济的平衡 , 纤维的直径以 卜 支为宜 。 脚娜卿 , 八 八曰 恻 么 口 ” 日 。 一 即洲 户 刨烈母洲 了夕七了夕初 纤维含量 , 另 图 纤维表面应
11、用偶联剂进行处理 。 由于 玻纤与尼龙的非浸润性 , 使未经表面处理的玻 纤即使除去蜡表层也会导致产品中玻纤剥离 、 分层 , 因此 , 对玻璃纤维应该用偶联剂先进行处 理 , 以提高纤维与尼龙间的界面粘结力 。 通常 用 硅烷类偶联剂 , 如 一一 氨基丙基三乙 氧基硅烷 。 表是用 一 偶联剂处理玻 纤表而对增强尼龙力学性能的影响 。 表 一一一 一一 气叼 一 润 一 “ 一一 尼龙基体已龙己龙 纤维含量及处理情况 拉伸强度 “居 未增强经未处理玻纤增强幼书 经处理玻 纤 些 夔 别巡 ” 经未处理玻纤增强 形 经处理的玻纤增强 此外 , 若用超高强或高弹玻纤来增强尼龙 , 则强度和弹性
12、模量显著提高 , 若用中空玻纤作 增强材料 , 则制品的比重降低 、 冲击强度和疲 劳性等就得到改善 。 这些特殊规格和要求的玻 纤的采用要依据来源的可能性和产品的必要性 而定 。 、 玻纤含且 由图曲线可知 , 增强尼龙中玻纤含量与 性能有强烈的依赖关系 。 考虑到加工性 、 尼龙 对玻纤的粘 合性 、 成型性等因素 , 常添加 的玻纤 。 小于其增强效果不 明显大 于玻纤与尼龙相互浸渍粘合效果差 、 易脱 落 , 且冲击强度明显下降 。 、 尼龙熔体温度的控制 适当提高尼龙熔体温度可增加流动性 , 从 而提高浸渍效果 。 通常控制熔体温度比熔点高 左右 , 所制得的增强尼龙条紧密性好 ,
13、表 面光洁 , 光泽也好 , 这直接影响产品的表观性 能和物理性能指标 。 但过高的熔体温度会引起 尼龙热老化 、 颜色发黄 。 、 螺杆温度的控制 螺杆的温度控制在尼龙熔 点以上 , 若太高则会引起尼龙包螺杆现象 , 影响螺 杆进料 。 、 玻纤的预热温度 玻纤预热的气相温度控制在 以土 。 、 切刀及切割长度 增强尼龙条最后需经 切粒作为产品 。 切刀 的刀具需保持锋利 , 以保证切粒断面光洁 , 否 则会造成毛丝 , 影响后加工的进展 , 引起玻纤 飞扬 。 料粒控制 长度以毫米为宜 , 太氮钡组 也 会降低制品的强度 。 四 、 玻璃纤维增强尼龙塑 料的性能 采用本工艺及设备制得的长玻
14、纤增强尼龙 料粒 , 由于玻纤基本不受损伤 , 排列整齐 , 尼龙紧裹着玻纤 , 产品表观光洁 , 所得性能如 表所示 。 玻璃纤维增强尼龙的物理性能表 龙一 一一一一一一 项 目 一 一 材料 一 未增强书长玻纤增强一 垄一竺 一里兰 未增 强 “。外长玻纤增强 “ 性 , 终 拉伸强度 拉伸弹性模量 弯曲强度 弯曲弹性模量 , 冲击强度无缺口 “, 马丁耐热 硬度 ,戈型收缩率 万 线膨胀系数 不断 。 尽 不断 , 。 点重 水 熔比吸 参考资料 工业材料日 , 鹅 工业材料日 , 跟 哎合成树脂日 , 双马 汇 高分子加工日 , 职 , ,“ ”, 聚酞胺树脂性能简介 , 清江化工研究所 美国聚酞胺工程塑料的概况 , 清江化工研究所
