一种玻纤增强复合材料生产系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种玻纤增强复合材料生产系统及方法，属于无机非金属材料技术领域。上述玻纤增强复合材料生产系统包括：包括混料装置、加热装置、池窑拉丝装置、浸润集丝装置及复合材料混料挤出装置；通过混料装置将玻璃纤维原料混合均匀，并通过气力输送至池窑拉丝装置，并通过加热装置对池窑拉丝装置进行加热，使得原料熔融，然后拉丝成型，得到玻璃纤维原丝，然后在表面涂覆浸润剂，集丝后得到原丝饼，然后利用复合材料混料挤出装置对复合材料的原料进行混合挤出得到玻纤增强复合材料。本发明专利技术玻璃纤维生产设备简单，制备的玻璃纤维与树脂相容性好，制备的玻璃纤维增强树脂复合材料在汽车轻量化的大背景下具有更广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种玻纤增强复合材料生产系统及方法
本专利技术涉及无机非金属材料
，特别是指一种玻纤增强复合材料生产系统及方法。
技术介绍
工信部要求2020年达到油耗5L/100km的目标，而2015年约有1/4企业未能达到当年目标，工信部将通过不受理新产品申报以及不受理不达标企业投资项目等多个方式予以处罚。目前汽车厂商节能降耗压力大，汽车轻量化是实现节能降耗重要途径。汽车轻量化是消费者和车企都关注的问题，要实现轻量化目标，除了优化结构和工艺设计之外，材料的选取也非常关键。为了给汽车减重，车企大量采用工程塑料，尤其是玻璃纤维增强塑料，以玻璃纤维增强塑料替代传统的高强度钢、镁铝合金等，能够在较大程度上降低汽车重量，节能降耗，同时也节约了制造成本。但是针对不同的树脂基体，需要利用不同的纤维材料，才能够达到较好的效果。当前常规的玻璃纤维原料组成和制备工艺都已相当成熟，且变更较为困难，设备复杂。生产的玻璃纤维与树脂基体的相容性较差，为此可以利用浸润剂改变玻璃纤维的表面性能，增强其与树脂基体的相容性，在一定程度上提高复合材料的性能。例如专利CN107540244A、CN108640535A、CN108996923A等均是通过浸润剂提高改善玻璃纤维的表面性能，进一步提高增强塑料的性能。在玻璃纤维生产过程中，需要在玻璃纤维表面涂覆浸润剂，浸润剂的性能很大程度上决定玻璃纤维的质量品质，浸润剂不仅能够增强纤维束的粘合性、耐起绒性、涂覆性，使纤维表面平滑，增加耐磨性、柔韧性，并易于卷绕且缠绕时损伤减少；还能够提高玻璃纤维与树脂基体的相容性，使得制备的复合材料的机械性能得以提高。但是，现有浸润剂在玻璃纤维表面的浸透较慢，成膜性差，导致制备的复合材料的力学性能较差，不便于应用。尼龙是五大工程塑料之一，其具有良好的机械性能、耐热稳定性、耐腐蚀性和自润滑性、摩擦系数较低，有一定的阻燃性，易于改性，广泛应用于汽车工业。专利CN103173010A公开了一种具有抗汽车冷冻液性能的尼龙复合物及其制备方法，包括尼龙树脂、短切玻璃纤维和特定结构的双马来酰亚胺衍生物粉，该专利技术的玻璃纤维增强尼龙复合材料在120℃加热200小时，其性能保持率在60％以上，完全符合水室料要求。但是发动机客体等位置材料的机械性能要求更高，机械性能有待进一步提高。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种玻纤增强复合材料生产系统及方法；本专利技术中原料通过气力混合并输送，生产设备简单，制备的玻璃纤维与与尼龙66树脂相容性极好，使得制备的复合材料具有较好的机械性能和较高的热变形温度。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种玻纤增强复合材料生产系统，包括混料装置、加热装置、池窑拉丝装置、浸润集丝装置及复合材料混料挤出装置；所述混料装置包括原料罐、料仓、称量器和混合输送罐，所述原料罐中的原料通过气力输送至所述料仓，所述料仓中原料经过所述称量器称量后管道输送至所述混合输送罐，并利用气力将所述原料混合均匀，再经脉冲气力输送到所述池窑拉丝装置；所述池窑拉丝装置包括单元窑和设置在所述单元窑末端的H型通路，所述原料在单元窑中熔融成玻璃液，然后流至所述H型通路，由所述H型通路中的铂金漏板流出，由拉丝机拉制形成纤维单丝；所述浸润集丝装置包括为所述纤维单丝涂覆浸润剂的单丝涂油器、以及合并所述纤维单丝的集丝器，所述纤维单丝被收集后经拉丝机拉制卷绕成原丝饼；所述复合材料混料挤出装置包括玻璃纤维剪切装置、复合材料混料罐和双螺杆挤出机。进一步的，所述混料装置还包括脉冲气力提供装置，所述脉冲气力提供装置通过管道连通所述原料罐和所述混合输送罐。进一步的，所述加热装置包括以天然气为燃料的锅炉以及位于所述锅炉和池窑拉丝装置之间的换热器，用于对所述池窑拉丝装置供热，使原料熔融。进一步的，所述生产系统还包括废丝回收装置，所述废丝回收装置包括使废丝混合均匀的废丝混合罐，所述废丝混合罐通过管道连通至所述单元窑，对废丝进行熔融处理。进一步的，所述脉冲气力提供装置还连通废丝混合罐，通过气力将废丝混合并输送至所述单元窑中。另一方面，本专利技术还提供一种玻纤增强复合材料生产方法，利用上述生产系统，包括：利用所述混合装置称取玻璃纤维的原料，并输送至所述池窑拉丝装置中，通过加热装置对原料进行玻璃化、熔融处理，然后进行纺丝成型；然后再通过单丝涂油器涂覆浸润剂后，集丝器集丝绕制得到原丝饼；然后利用复合材料混料挤出装置对复合材料的原料进行混合挤出得到玻纤增强复合材料。进一步的，所述玻纤增强尼龙复合材料包括以下重量份组分：所述改性玻璃纤维表面涂覆浸润剂，所述浸润剂由以下重量份组分组成：所述硅烷偶联剂为质量比为1:1:0.5-1的苯胺甲基三乙氧基硅烷、二乙烯基三胺基丙基三乙氧基硅烷和γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷的混合物；所述表面活性剂为质量比1:0.8-1的脂肪醇聚氧乙烯醚和蓖麻油酸乙二醇双酯硫酸钠的混合物。优选的，所述浸润剂由以下重量份组分组成：优选的，所述不饱和聚酯树脂乳液分子量为800-3000；所述水性环氧树脂乳液分子量为300-500；所述抗氧化剂为抗氧剂1010；所述pH调节剂为柠檬酸和或醋酸；所述分散剂为YY-703；所述阻燃剂为氢氧化镁。进一步的，所述浸润剂通过以下方法制备：步骤1：将表面活性剂溶解在一部分去离子水中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀；步骤2：将不饱和聚酯树脂乳液和水性环氧树脂乳液分别用剩余的去离子水稀释后，加入到步骤1的混合溶液中，混合均匀；步骤3：向步骤2溶液中加入pH调节剂、抗氧化剂，混合均匀即可得到浸润剂；步骤4：将上述浸润剂稀释后形成8-10wt％的水溶液，对玻璃纤维进行涂覆后，干燥即可得到改性玻璃纤维。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术生产系统包括：混料装置、加热装置、池窑拉丝装置、浸润集丝装置和复合材料混料挤出装置；通过混料装置将玻璃纤维原料混合均匀，并通过气力输送至池窑拉丝装置，并通过加热装置对池窑拉丝装置进行加热，使得原料熔融，然后拉丝成型，得到玻璃纤维原丝，然后在表面涂覆浸润剂，集丝后得到原丝饼；然后利用复合材料混料挤出装置对玻璃纤维进行剪切，并与树脂基体混合后，挤出得到玻纤增强复合材料。本专利技术生产设备简单，制备的玻璃纤维与树脂相容性好，利用本专利技术浸润剂制备的玻璃纤维增强树脂复合材料具有良好的力学性能和机械性能。本专利技术中改性玻璃纤维表面涂覆浸润剂，浸润剂中硅烷偶联剂为特定配比的苯胺甲基三乙氧基硅烷、二乙烯基三胺基丙基三乙氧基硅烷和γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷，水解后的产生的反应基团，与玻璃纤维中的二氧化硅能够反应，另一端基团能够与尼龙66结合，使得玻璃纤维与尼龙66之间具有较好的相容性。同时，本专利技术的浸润剂通过表面活性剂使得硅烷偶联剂与树脂乳液能够较好的分散，并使得树脂乳液与玻璃纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻纤增强复合材料生产系统，其特征在于，包括混料装置、加热装置、池窑拉丝装置、浸润集丝装置及复合材料混料挤出装置；/n所述混料装置包括原料罐、料仓、称量器和混合输送罐，所述原料罐中的原料通过气力输送至所述料仓，所述料仓中原料经过所述称量器称量后管道输送至所述混合输送罐，并利用气力将所述原料混合均匀，再经脉冲气力输送到所述池窑拉丝装置；/n所述池窑拉丝装置包括单元窑和设置在所述单元窑末端的H型通路，所述原料在单元窑中熔融成玻璃液，然后流至所述H型通路，由所述H型通路中的铂金漏板流出，由拉丝机拉制形成纤维单丝；/n所述浸润集丝装置包括为所述纤维单丝涂覆浸润剂的单丝涂油器、以及合并所述纤维单丝的集丝器，所述纤维单丝被收集后经拉丝机拉制卷绕成原丝饼；/n所述复合材料混料挤出装置包括玻璃纤维剪切装置、复合材料混料罐和双螺杆挤出机。/n

【技术特征摘要】
1.一种玻纤增强复合材料生产系统，其特征在于，包括混料装置、加热装置、池窑拉丝装置、浸润集丝装置及复合材料混料挤出装置；
所述混料装置包括原料罐、料仓、称量器和混合输送罐，所述原料罐中的原料通过气力输送至所述料仓，所述料仓中原料经过所述称量器称量后管道输送至所述混合输送罐，并利用气力将所述原料混合均匀，再经脉冲气力输送到所述池窑拉丝装置；
所述池窑拉丝装置包括单元窑和设置在所述单元窑末端的H型通路，所述原料在单元窑中熔融成玻璃液，然后流至所述H型通路，由所述H型通路中的铂金漏板流出，由拉丝机拉制形成纤维单丝；
所述浸润集丝装置包括为所述纤维单丝涂覆浸润剂的单丝涂油器、以及合并所述纤维单丝的集丝器，所述纤维单丝被收集后经拉丝机拉制卷绕成原丝饼；
所述复合材料混料挤出装置包括玻璃纤维剪切装置、复合材料混料罐和双螺杆挤出机。


2.根据权利要求1所述的玻纤增强复合材料生产系统，其特征在于，所述混料装置还包括脉冲气力提供装置，所述脉冲气力提供装置通过管道连通所述原料罐和所述混合输送罐。


3.根据权利要求2所述的玻纤增强复合材料生产系统，其特征在于，所述加热装置包括以天然气为燃料的锅炉以及位于所述锅炉和池窑拉丝装置之间的换热器，用于对所述池窑拉丝装置供热，使原料熔融。


4.根据权利要求3所述的玻纤增强复合材料生产系统，其特征在于，所述生产系统还包括废丝回收装置，所述废丝回收装置包括使废丝混合均匀的废丝混合罐，所述废丝混合罐通过管道连通至所述单元窑，对废丝进行熔融处理。


5.根据权利要求4所述的玻纤增强复合材料生产系统，其特征在于，所述脉冲气力提供装置还连通废丝混合罐，通过气力将废丝混合并输送至所述单元窑中。


6.一种玻纤增强复合材料生产方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一所述的玻纤增强复合材料生产系统，包括：利用所述混合装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善俊，刘兴月，刘学慧，
申请(专利权)人：山东玻纤集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37