专利名称：长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头的制作方法
技术领域：
本发明是为了提高硬质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，属于塑料成型设备部件的发明设计。
硬质塑料圆形管材是一种应用广泛的工程材料，在建筑、水利、环境等工程中大量使用。但是，由于一般硬质聚氯乙烯管材的挤出设备和挤出工艺原因，形成现在生产和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和高压输液、输气管道上。其原因有二，一是结构原因，根据《材料力学》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；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，在机头内熔体以直线剪切流动，直到冷却，造成塑料分子基本上都是沿管材轴向取向。因为，分子的取向问题，管材壁就成了因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。
在聚合物原料市场上已经由一种含玻纤的粒料，可以用在注射或挤出成型中，其产品的力学强度有所提高，但有缺点(1)该粒料的成本比较高；(2)粒料中所含的玻纤长度有限，10mm以下，并且在管材挤出成型时纤维沿管的轴向取向，对提高管材的周向强度作用有限；(3)对含玻纤的粒料的塑化和挤出，现有的挤出机不一定适用，要进行大的调整或购置新的。
本发明的主要目的就是设计一种新型挤出机头，安装在现有通用的挤出机上，使用普通的聚合物颗粒，在其塑化熔融后在线混合入一定长度的玻璃纤维，并使得熔体分子和玻璃纤维沿所挤出圆形管材的管壁螺旋取向，生产出强度更高的管材，满足工程实际的需要。
本发明的目的是通过以下措施实现的一种长玻纤维在线螺旋复配圆形管材挤出机头。其特征在于，安装在各种通用塑料挤出机上，可将玻璃粗纱连续裁断成一定长度的玻璃纤维，并输入到机头内的熔体腔中，并使玻纤与聚合物熔体相混合，然后使混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动。
本发明长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头具有常规直通式管材挤出机头的各个部件，增加和改进的部件有以下几点1、玻璃粗纱的输入、裁断装置该装置由钢制筒体和固定筒体上端的变速电机(2)及在筒体内与筒体相配合的螺杆(4)组成。其中，筒体上段横向有一孔为连续的玻璃粗纱和耦连剂输入口(3)，筒体下端外壁有螺纹与挤出机头相连，内壁上固定玻璃纤维裁断刀片；螺杆的上端与变速电机轴相连，下端周边装有刀片与筒体上刀片相切，螺杆下端为一蜗杆(5)。
2、长玻纤维与熔体的混合与分布装置该装置为一钢制圆锥体称分流锥(7)，锥体顶角60°，锥体底部凹进一圆台，安装轴承与芯棒支架相连，可绕圆锥轴线转动，圆锥顶部固接一蜗杆(6)，与玻璃粗纱输入、裁断装置内螺杆下端的蜗杆(5)相啮合。使得螺杆在电机(2)带动下转动输入并裁断玻璃纤维时，带动分流锥绕轴线转动。
3、使混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动装置该装置为一具有涡轮支承肋片的芯棒支架(8)，其内缘一侧由螺纹与芯棒(11)联接，另一侧由轴承与分流锥(7)联接，使混合熔体在芯棒和口模间绕芯棒表面螺旋流动，达到玻璃纤维螺旋取向的目的。
4、使玻纤在成型管材表面不显露装置在口模(10)全长的二分之一处，在口模的内壁上及与之相对应的芯棒(11)上，沿圆周各设置一凸出圆弧，弧的高度是口模与芯棒间隙的六分之一。
本发明长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头的结构简图如
图1所示。其中，(1)熔体滤网，(2)变速电机，(3)连续的玻璃粗纱和耦连剂输入口，(4)玻璃粗纱输送螺杆、筒体和裁断刀片，(5)驱动蜗杆，(6)传动蜗杆，(7)转动分流锥，(8)芯棒支架，(9)冷却气入口，(10)口模，(11)芯棒。图2为芯棒支架(8)的正面图和剖面图。
本发明长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头的工作原理为，由塑料挤出机挤出的塑料熔体通过滤网(1)进入机头的熔体腔，同时在电机(2)的带动下，连续的无碱无捻玻璃粗纱和耦联剂通过输入口(3)进入玻纤输入和裁断装置，由螺杆、筒体(4)完成对玻璃粗纱的输送和裁断并到挤入机头熔体腔内，在由固定在螺杆顶端的驱动蜗杆(5)传动固定在可转动的分流锥(7)上的传动蜗杆(6)，分流锥(7)的转动使裁断后的玻纤和塑料熔体浸润并分散到塑料熔体之中，形成纤塑熔体。纤塑熔体在经过支架(8)时熔体的流动方向由沿芯棒轴向改变为绕芯棒螺旋向，并在口模(10)和芯棒(11)之间成型为圆形管材形状，并把管材表面显露的玻纤挤入内层，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。
权利要求1.一种长玻纤维在线螺旋复配圆形管材挤出机头，安装在各种通用塑料挤出机上，可挤出玻璃纤维绕轴向螺旋加强的管材，其特征在于机体上螺纹连接其玻璃粗纱的输入、裁断装置，机头内有纤维与熔体的混合与分布装置，混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动装置。
2.如权利要求1所述的长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头，其特征在于其玻璃粗纱的输入、裁断装置由钢制筒体和固定筒体上端的变速电机及在筒体内与筒体相配合的螺杆组成，其中，筒体上段横向有一孔为连续的玻璃粗纱和耦连剂输入口，筒体下端外壁有螺纹与挤出机头相连，内壁上固定玻璃纤维裁断刀片；螺杆的上端与变速电机轴相连，下端周边装有刀片与筒体上刀片相切，螺杆下端为一蜗杆。
3.如权利要求1所述的长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头，其特征在于其纤维与熔体的混合与分布装置为一钢制圆锥体，锥体顶角60°，锥体底部凹进一圆台，安装轴承与芯棒支架相连，可绕圆锥轴线转动，圆锥顶部固接一蜗杆，与玻璃粗纱输入、裁断装置内螺杆下端的蜗杆相啮合。
4.如权利要求1所述的长玻纤维螺旋在线复配圆形塑料管材挤出机头，其特征在于其混合熔体绕管材芯棒轴线螺旋流动装置为一具有涡轮支承肋片的芯棒支架，其内缘一侧由螺纹与芯棒联接，另一侧由轴承与分流锥联接。
专利摘要本实用新型涉及一种安装在塑料挤出机上具有长玻纤维在线螺旋复配特点的塑料圆形管材挤出装置。该装置实现玻璃粗纱连续输入并被剪断成一定长度的玻璃纤维，使玻璃纤维均匀地混合到塑料熔体中，在熔体通过内径支架的支撑肋片时由沿芯棒轴线流动变成绕芯棒螺旋方向流动，直到固化。这种装置挤出的塑料管材中聚合物分子和长玻纤维沿轴线的螺旋方向取向，大大提高管材的周向强度，扩大管材的使用范围。
文档编号B29C47/20GK2601817SQ0224349
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月7日 优先权日2002年8月7日
发明者孙利民, 申长雨, 陈静波, 李倩, 刘春太 申请人:郑州大学国家橡塑模具工程研究中心