專利名稱：直列螺桿式可塑化射出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)直徑不小于100毫米且適于包括長玻璃纖維的球粒可塑化射出的直列螺桿式可塑化射出裝置，特別是涉及一種能夠穩(wěn)定有效地生產(chǎn)汽車部件等大尺寸注模制品的直列螺桿式可塑化射出裝置。
背景技術(shù)：
在相關(guān)技術(shù)中，當(dāng)使用通常的可塑化射出裝置成形出長纖維強(qiáng)化樹脂材料時(shí)，纖維發(fā)生破損且不能得到材料本來的特性，因此，存在一種具有帶有在JP-A-6-246802中所述的逆流防止環(huán)的螺桿頭的可塑化射出裝置，通過改進(jìn)螺桿頭的構(gòu)成(JP-A-6-246802)用于防止長纖維的破損。
根據(jù)JP-A-6-246802中所展示的可塑化射出裝置，如圖5和圖6所示，形成一個(gè)熔融樹脂通路34，由一個(gè)中空的加熱汽缸12、一個(gè)設(shè)置在螺桿頭20后方的軸24、一個(gè)設(shè)置在軸24后方且起到閥座功能的堰板22和一個(gè)與軸24的周圍滑動(dòng)配合且能夠在軸24和加熱汽缸23之間的空間在螺桿頭20和堰板22之間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的環(huán)狀擋圈26構(gòu)成。該裝置的特征在于，從堰板22到達(dá)螺桿頭20的熔融樹脂通路34不彎曲呈銳角，正交于流動(dòng)方向上的熔融樹脂通路34的寬度與螺桿直徑的比值在8-20％的范圍內(nèi)，堰板22和加熱汽缸22之間的距離與螺桿直徑的比值在4-10％的范圍內(nèi)，且突出至熔融樹脂通路34中的上述構(gòu)成部件的凸出部沿流動(dòng)方向被做成圓形且圓形部分的半徑至少0.8毫米。
以下，對(duì)其作用進(jìn)行說明。
在圖5中，由供給口30裝入的構(gòu)成長纖維強(qiáng)化樹脂材料的長軸球粒28通過設(shè)置在螺桿14外周的螺旋片32的咬入作用被供給至螺桿頭20一側(cè)。同時(shí)，長軸球粒28被加熱汽缸12加熱以熔融可塑化并通過熔融樹脂通路34以熔融狀態(tài)被供給至在汽缸前端的腔室15中，該熔融樹脂通路由加熱汽缸12、堰板22、擋圈26、螺桿頭20和切口236(參見圖6)所限定。此外，當(dāng)一定量的熔融樹脂完成供給后，加壓機(jī)構(gòu)16將螺桿14壓向前方。此時(shí)，擋圈26封閉了堰板22和加熱汽缸12之間的熔融樹脂通路34，因此熔融可塑化樹脂不逆流，即流回供給口30一側(cè)。供給的長軸球粒28被熔融可塑化，從在前端的噴嘴18射出至成形模具中(未示出)，并成形為所需形狀。
根據(jù)JP-A-6-246802所述的可塑化裝置，在使用具有夾緊力為1470千牛且螺桿直徑為50毫米的射出成形機(jī)射出成形含有長度為12毫米的長纖維(GF)的聚丙烯(PP)球粒的情況下，而在通常的可塑化裝置中上述GF的重量平均纖維長為2.5毫米，在JP-A-6-246802所述的可塑化裝置中，該重量平均纖維長延長為6毫米；且在使用具有夾緊力為7845千牛且螺桿直徑為100毫米的射出成形機(jī)射出成形含有長度為48毫米GF的PP球粒的情況下，而在通常的可塑化裝置中上述GF的重量平均纖維長為4.5毫米，在JP-A-6-246802所述的可塑化裝置中，該重量平均纖維長延長為17毫米，且成形制品在長纖維強(qiáng)化樹脂材料的本來特性，例如強(qiáng)度、剛性、抗沖擊性方面表現(xiàn)優(yōu)良。
此外，盡管可生產(chǎn)包含約48毫米長的GF的長纖維強(qiáng)化樹脂材料的PP球粒，考慮到實(shí)際生產(chǎn)情況，堆積比重減小，因此堆積比重的減小對(duì)包裝和運(yùn)輸來說是不利的，此外，同樣在從供給口向螺桿供給材料時(shí)，產(chǎn)生料斗連接且難于進(jìn)行正常的可塑化和計(jì)量操作，因此在實(shí)際生產(chǎn)中通常不使用該材料，通常使用約10-12毫米GF長的球粒作為長纖維強(qiáng)化樹脂。
盡管上述主要涉及具有逆流防止功能的螺桿頭的構(gòu)成，為了抑制長玻璃纖維的破損，從材料供給口供給材料時(shí)用于可塑化熔融材料的螺桿本身形狀也構(gòu)成了一個(gè)重要因素。
例如，如JP-A-2-292008所述的裝置，被認(rèn)為使螺桿的槽深不小于5毫米或?qū)⒙輻U的長度(L)與直徑(D)的比值限定為7-15且將螺桿的壓縮比限制在等于或小于1.8的水平是有效的。根據(jù)如JP-A-2-292008所述的裝置，螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值為7-15，因此為了熔融可塑化長纖維強(qiáng)化樹脂，螺桿的計(jì)量部的長度(Lm)需為該直徑(D)的2-3倍，螺桿的壓縮部的長度(Lc)需為該直徑(D)的3-5倍，因此螺桿的供給部的長度(Lf)為該直徑(D)的2-7倍。
在此，螺桿的供給部(Lf)表示在螺桿根部(料斗側(cè))的一部分，其具有深螺桿槽且通過旋轉(zhuǎn)螺桿向前輸送從料斗落下的成形材料進(jìn)入加熱汽缸，為了有效地進(jìn)行材料輸送，該部分的螺桿槽要比其它部分的螺桿槽深。螺桿的壓縮部(Lc)表示槽深逐漸減小的一部分且當(dāng)成形材料通過該部分時(shí)，在被壓縮時(shí)成形材料進(jìn)行可塑化，因此材料顆粒間的空氣被壓出并積累了必要的壓力。計(jì)量部(Lm)表示在螺桿前端部的一部分，其具有不變的螺桿槽深且該部分是用于傳輸以不變速度通過壓縮部(Lc)而均勻可塑化的塑性材料的必要部分。此外，在供給部(Lf)的螺桿槽的一個(gè)螺桿的空間體積與在計(jì)量部(Lm)的螺桿槽的一個(gè)螺桿的空間體積的比值被叫做壓縮比。
通過使用這樣一種螺桿并限制螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為20-50rpm且限制螺桿背壓為0-5MPa盡可能的低，而將可塑化且被計(jì)量的材料以相對(duì)比較低的速度0.2-1.0米/分鐘射出以填滿塑模，對(duì)于抑制纖維的破損被認(rèn)為是有效的。
同時(shí)近年來，在成形用于前端組件、門板、后部車門組件等等的基材的汽車用大尺寸部件的過程中，塑模尺寸加大，因此需要具有夾緊力不小于9806牛的大尺寸成形機(jī)并使用直徑不小于100毫米的螺桿。此外，在使用螺桿直徑不小于100毫米的大尺寸成形機(jī)成形時(shí)，在遇到使用具有低流動(dòng)性和低粘度的聚丙烯的長玻璃纖維強(qiáng)化樹脂時(shí)，伴隨著螺桿直徑的大口徑化而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的增大使纖維顯著破損且難于提供具有優(yōu)良的強(qiáng)度、剛性、抗沖擊性的成形制品。
因此，已發(fā)現(xiàn)在如JP-A-2002-220538所述的裝置中，通過使用具有高流動(dòng)性其中熔體流速(MFR)在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的聚丙烯樹脂作為長纖維強(qiáng)化樹脂的基體聚合物，減輕了施加在玻璃纖維上的剪切應(yīng)力且即使在大尺寸成形機(jī)中，也會(huì)有效地抑制玻璃纖維的破損(切斷)并提高材料的物理性能。
在此，熔體流速構(gòu)成聚合物熔融粘度的一個(gè)指標(biāo)且表示基于JISK7210(ASTEM D1238)的圓筒形壓出流的每10分鐘聚合物射出量的克數(shù)。在圓筒形壓出的條件下，根據(jù)不同的聚合物選擇測試溫度和測試載荷。在應(yīng)用中，在測試溫度為230℃和測試載荷為21.18牛的條件下測量MFR。
因此，為了應(yīng)用具有這樣一種粘度區(qū)間的高流動(dòng)性聚丙烯樹脂，需要一種與防止玻璃纖維的破損和成形能力相兼容的包括帶有逆流防止閥的螺桿或螺桿頭的可塑化射出裝置。
當(dāng)將如上所述的JP-A-6-246802或JP-A-2-292008中的螺桿或螺桿頭應(yīng)用在螺桿直徑小于100毫米的中等尺寸成形機(jī)上時(shí)，在進(jìn)行成形過程中可不存在特別存在嚴(yán)重問題。然而，當(dāng)將螺桿或螺桿頭應(yīng)用在螺桿直徑不小于100毫米的大型尺寸成形機(jī)上時(shí)，就出現(xiàn)了制品重量不穩(wěn)定、不能進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn)、由于長纖維發(fā)生不良解離而產(chǎn)生的外觀不佳和可塑化功能低下等問題。因此，成形周期延長而構(gòu)成了實(shí)際生產(chǎn)中的一個(gè)嚴(yán)重問題。
具體而言，當(dāng)由JP-A-6-246802所示的熔融樹脂通路成形的可塑化射出裝置將被應(yīng)用于具有螺桿直徑不小于100毫米的大口徑成形機(jī)上時(shí)，正交于由堰板22和擋圈26(參見圖4)形成的熔融樹脂通路的流動(dòng)方向的通路寬度B(即密封行程)為螺桿直徑的8-20％。因此，例如當(dāng)螺桿直徑為100毫米時(shí)，通路寬度B為8-20毫米；當(dāng)螺桿直徑為130毫米時(shí)，通路寬度B為10.4-26毫米；當(dāng)螺桿直徑為160毫米時(shí)，通路寬度B為12.8-32毫米。當(dāng)使用具有這樣一種寬的通路寬度B的熔融樹脂通路時(shí)，直至擋圈26和堰板22在開始射出時(shí)關(guān)閉，從腔室15向螺桿14一側(cè)回流的樹脂量增多。且同時(shí)由于熔融樹脂粘度等靈敏的影響作用，密封校時(shí)不能保持不變。結(jié)果是，已發(fā)現(xiàn)存在的缺點(diǎn)即會(huì)產(chǎn)生短細(xì)顆粒和毛邊且難于進(jìn)行穩(wěn)定的塑化過程，由此嚴(yán)重阻礙降低了實(shí)用化。
特別是，已明顯意識(shí)到，通過使用具有高流動(dòng)性其中熔體流速在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的聚丙烯樹脂作為基體聚合物難于穩(wěn)定長纖維強(qiáng)化樹脂的成形重量，如后述有效地在大尺寸成形機(jī)中成形。
同時(shí)，根據(jù)如JP-A-2-292008所述的直列螺桿式可塑化射出裝置，在腔室中被計(jì)量和累積的可塑化熔融的材料被射出，因此螺桿退回一定的計(jì)量行程。由于退回行程(S)與螺桿直徑(D) 的比值(S/D)通常在2-5的范圍內(nèi)，因此在供給部的長度(Lf)為該直徑(D)的2-7倍的螺桿的情況下，供給部的有效長度(Lf)根據(jù)螺桿的退回相應(yīng)減少且供給材料的功能降低，因此產(chǎn)生問題。
就是說，當(dāng)供給部的長度(Lf)較短時(shí)，造成惡化傳輸材料的功能、計(jì)量時(shí)長延長、不穩(wěn)定(浪涌現(xiàn)象)、生產(chǎn)率降低和難于穩(wěn)定成形等問題。此外，當(dāng)供給部的長度(Lf)較短時(shí)，從外部加熱器向球粒材料加入的熱量不足，預(yù)熱不充分，球粒材料在壓縮區(qū)受到高剪切力，因此造成長纖維易于斷裂、其熔融不充分、由于集束長玻璃纖維解離不良而使外觀不佳和在極端情況下為熔融樹脂與成形材料混合由此惡化物理性能等問題。
盡管可以想到通過增大螺桿背壓或增加螺桿轉(zhuǎn)數(shù)以解決這種缺點(diǎn)，如JP-A-2-292008所述，長玻璃纖維的破損增加，因此在具有小(L/D)的螺桿的情況下，造成存在螺桿背壓、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)等成形條件對(duì)應(yīng)的界限的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的。其目的在于提供一種通過構(gòu)成適用于長玻璃纖維強(qiáng)化樹脂最優(yōu)的大口徑(特別是螺桿直徑不小于100毫米)螺桿的規(guī)格(L/D，供給部的長度，槽深等)，而抑制長玻璃纖維的破損，從而能夠穩(wěn)定高效地生產(chǎn)出含有長玻璃纖維強(qiáng)化樹脂材料的汽車部件等的大尺寸射出成形制品；在射出步驟中而穩(wěn)定可塑化性能，進(jìn)而能夠改善擋圈的密封性能；而在適當(dāng)范圍進(jìn)而能夠構(gòu)成擋圈的形狀和熔融樹脂通路的直列螺桿式可塑化射出裝置。
本發(fā)明的另一目的在于通過達(dá)到由此設(shè)置的不同性能而能夠自然地成形出出售的長玻璃纖維強(qiáng)化樹脂材料，且進(jìn)一步改善研制用于大尺寸汽車部件的長玻璃纖維強(qiáng)化樹脂的物理特性并獲得高度的穩(wěn)定成形性能，該長玻璃纖維強(qiáng)化樹脂使用具有高流動(dòng)性其中熔體流速(MFR)在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的作為基體聚合物的PP樹脂。
本發(fā)明的特征在于，一種包括直徑不小于100毫米的螺桿(14)，形成由中空的加熱汽缸(12)、設(shè)置在螺桿頭(20)后側(cè)的軸(24)、設(shè)置在軸(24)后側(cè)的堰板(22)、和與軸(24)的周圍滑動(dòng)配合且能夠在軸(24)和加熱汽缸之間的空間在螺桿頭(20)和堰板(24)之間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的環(huán)狀擋圈(26)構(gòu)成的熔融樹脂通路，和用于可塑化射出含有其長度與球粒長度相同且沿球?？v向排列的長玻璃纖維的熱塑性樹脂球粒的加熱汽缸的直列螺桿式可塑化射出裝置，其特征在于，螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值被設(shè)定為18-24，螺桿(14)的供給部的長度(Lf)被設(shè)定為該直徑(D)的10-14倍，螺桿供給部的槽深(hf)被設(shè)定為不小于13毫米，螺桿(14)的計(jì)量部的槽深(hm)被設(shè)定為不小于8毫米，且正交于熔融樹脂流動(dòng)通路方向上的由堰板(22)和擋圈(26)形成的熔融樹脂通路的寬度被設(shè)定為螺桿直徑(D)的3-6％。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于，在直列螺桿式可塑化射出裝置中在堰板(22)和擋圈(26)的端面與鉛直軸之間構(gòu)成的角θ被設(shè)定為70°-90°。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于，以使設(shè)置在擋圈前側(cè)的凸出部(26’)與螺桿頭的切口(36)相配合，且在直列螺桿式可塑化射出裝置中旋轉(zhuǎn)螺桿(14)時(shí)，擋圈(26)隨其一同旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于，在直列螺桿式可塑化射出裝置中擋圈(26)的寬度被設(shè)定為螺桿直徑(D)的0.3-0.4倍。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于，長玻璃纖維強(qiáng)化熱固性樹脂的基體聚合物由在直列螺桿式可塑化射出裝置中具有高流動(dòng)性的其中熔體流速在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的聚丙烯樹脂構(gòu)成。
此外，圓括號(hào)內(nèi)的符號(hào)指定了后面本發(fā)明的一種實(shí)施形式的相應(yīng)部件。


圖1是示出了本發(fā)明的一種實(shí)施形式的直列螺桿式可塑化射出裝置的局部斷面視圖；圖2是示出了本發(fā)明的一種實(shí)施形式的直列螺桿式可塑化射出裝置的螺桿的側(cè)視圖；圖3是示出了本發(fā)明的一種實(shí)施形式的直列螺桿式可塑化射出裝置的具有共轉(zhuǎn)型擋圈的螺桿的前端部分的放大視圖；圖4是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的直列螺桿式可塑化射出裝置的具有非共轉(zhuǎn)型擋圈的螺桿的前端部分的放大視圖；圖5是示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的直列螺桿式可塑化射出裝置的外形斷面視圖；以及圖6是圖5中的可塑化射出裝置的主要部分的放大視圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，對(duì)本發(fā)明的直列螺桿式可塑化射出裝置的一種實(shí)施形式進(jìn)行說明。圖1是示出了本發(fā)明應(yīng)用的一種實(shí)施形式的直列螺桿式可塑化射出裝置的局部斷面視圖，圖2是示出了該直列螺桿式可塑化射出裝置的螺桿的側(cè)視圖，和圖3是示出了具有共轉(zhuǎn)型擋圈的螺桿的前端部分的放大視圖。
此外，該直列螺桿式可塑化射出裝置的基本構(gòu)造與如圖5所示的JP-A-6-246802中的直列螺桿式可塑化射出裝置相似且因此，使用相同的標(biāo)號(hào)表示具有相似構(gòu)造和作用的部分。
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式進(jìn)行說明。
如圖5所示，用于長軸球粒的直列螺桿式可塑化射出裝置基本上由加熱汽缸12、能夠在加熱汽缸12內(nèi)旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的螺桿14、用于將在加熱汽缸12和螺桿14之間熔融可塑化的熱塑性樹脂射入未示出的塑模內(nèi)的加熱汽缸12的噴嘴18、以及設(shè)置在前方噴嘴18相對(duì)側(cè)上的螺桿旋轉(zhuǎn)和加壓機(jī)構(gòu)16構(gòu)成。螺桿14的頭部設(shè)有具有構(gòu)成頭部的熔融樹脂通路34的多個(gè)切口36(圖5僅示出其中的一部分)的錐狀螺桿頭20。起到閥座作用的堰板22被設(shè)置在其后側(cè)上(噴嘴18的相對(duì)側(cè))，且能夠在螺桿頭20和堰板22之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的環(huán)狀擋圈26與在螺桿頭20和堰板22之間的軸24周圍滑動(dòng)配合。加熱汽缸12的上部設(shè)有用于裝填長軸球粒28以制成長纖維強(qiáng)化樹脂材料的球粒供給口30。
首先，對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施形式的螺桿頭部的特征進(jìn)行說明。在JP-A-6-246802中形成的熔融樹脂通路34中，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施形式，如圖1所示，通過將正交于樹脂通路流動(dòng)方向上的通路寬度B與螺桿直徑(D)的比率約束在3-6％，且通過在擋圈26和堰板22的端面與鉛直軸之間構(gòu)成70°-90°的角θ，當(dāng)限定長纖維樹脂混合物的多種性能達(dá)到后面所述的塑性要求的水平時(shí)，可有利于射出時(shí)的密封性能。
將在擋圈26和堰板22的端面與鉛直軸之間構(gòu)成的角θ為70°-90°，這是因?yàn)橥铅葹?0°-90°相比較，當(dāng)角θ等于或小于60°時(shí)，熔融樹脂易于流動(dòng)，且因此缺點(diǎn)在于在射出開始時(shí)直至擋圈26關(guān)閉的時(shí)刻，熔融樹脂易于從腔室15一側(cè)通過熔融樹脂通路34流回螺桿14一側(cè)，且為改掉這一缺點(diǎn)，有必要將通路寬度B減小至等于或小于螺桿直徑(D)的3％，以由此增多玻璃纖維的破損。因此，通過在堰板22和擋圈26的端面與鉛直軸之間構(gòu)成70°-90°的角θ，增大從腔室15一側(cè)到螺桿15一側(cè)的流體阻力，可減少直至通過使擋圈26與堰板22相接觸而封閉通路寬度B這一時(shí)期的回流量并可提高成形的穩(wěn)定性。
此外，正交于樹脂通路流動(dòng)方向上的通路寬度B為螺桿直徑(D)的3-6％。例如，在螺桿直徑為100毫米的情況下，通路寬度B為3-6毫米；在螺桿直徑為130毫米的情況下，通路寬度(B)為3.9-7.8毫米；且在螺桿直徑為160毫米的情況下，通路寬度B為4.8-9.5毫米。通過形成這樣一種范圍，在抑制玻璃纖維的破損以構(gòu)成實(shí)用性非常好的殘存玻璃纖維時(shí)，可防止發(fā)生由在射出開始時(shí)延遲密封校時(shí)而產(chǎn)生的射出重量的變動(dòng)。在此，關(guān)于“密封校時(shí)”，在可塑化計(jì)量材料時(shí)，擋圈26被壓到螺桿頭20一側(cè)，且熔融材料通過樹脂流動(dòng)通路34被供給至在前方的腔室15且其預(yù)先確定的量被計(jì)量。其后，熔融材料在后續(xù)周期中被射出，從射出開始直至流體通路寬度(B)完全關(guān)閉的時(shí)間滯后被稱為密封校時(shí)。通路寬度B越寬，對(duì)樹脂溫度(熔融粘度)或其他進(jìn)行的細(xì)微改變可使密封校時(shí)發(fā)生較大的變化，因此穩(wěn)定的塑化過程需要適當(dāng)?shù)耐穼挾菳。例如，雖然根據(jù)JP-A-6-246802中的用于長纖維的塑化裝置，正交于樹脂通路流動(dòng)方向上的通路寬度B為螺桿直徑的8-20％，但是在具有直徑不小于100毫米的大口徑的螺桿的情況下，通路寬度B為3-6％是適當(dāng)?shù)?。就是說，當(dāng)樹脂通路的通路寬度B的比率超過6％時(shí)，密封校時(shí)易于產(chǎn)生變動(dòng)，因此存在的缺點(diǎn)即會(huì)產(chǎn)生短細(xì)顆粒和毛邊且難于進(jìn)行穩(wěn)定的塑化過程。因?yàn)樵谙喾吹那闆r下，即當(dāng)通路寬度B的比率小于3％時(shí)，由于通路寬度B過窄，存在的缺點(diǎn)即延長了計(jì)量時(shí)長，降低了生產(chǎn)率，并增加了玻璃纖維的破損，由此不能獲得預(yù)定的物理性能。
同時(shí)，擋圈可被粗分成兩種類型(非共轉(zhuǎn)型)，其中擋圈在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)不旋轉(zhuǎn)以及類型(共轉(zhuǎn)型)，其中擋圈在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)隨螺桿一同旋轉(zhuǎn)，在如圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的共轉(zhuǎn)構(gòu)成中，其中擋圈26的前側(cè)設(shè)置有與螺桿頭20的多個(gè)切口36相配合的多個(gè)凸出部26’且在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，擋圈26隨螺桿頭20一同旋轉(zhuǎn)。由此，在具有通路寬度B的由堰板22和擋圈26形成的在鉛直方向的樹脂通路34b和具有通路寬度(A)的由擋圈26和螺桿頭20的軸24形成的在水平方向的樹脂通路34a處旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，通過限定沿旋轉(zhuǎn)方向施加給樹脂的剪切速度為零，可以減少長玻璃纖維的破損。能夠限定剪切速度為零的理由在于當(dāng)擋圈26由JP-A-6-246802中如圖4所示的非共轉(zhuǎn)型構(gòu)成時(shí)，在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，擋圈26幾乎不旋轉(zhuǎn)，因此在處，在鉛直方向的樹脂通路34b和水平方向的樹脂通路34a處，堰板22和螺桿頭20的軸24之間產(chǎn)生增強(qiáng)的剪切速度。相反，在圖3中的根據(jù)本發(fā)明的共轉(zhuǎn)構(gòu)成中，在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，擋圈26以與堰板22和螺桿頭20(軸24)同速旋轉(zhuǎn)，因此沿旋轉(zhuǎn)方向不產(chǎn)生剪切速度。
此外，根據(jù)與螺桿頭20的多個(gè)切口36相配合的多個(gè)凸出部26’，擋圈26的凸出部26’與多個(gè)(3-4個(gè))螺桿頭的切口全部相配合。
此外，除去擋圈26的凸出部26’后的擋圈26的寬度(W)在螺桿直徑(D)的0.3-0.4倍的范圍內(nèi)對(duì)于抑制玻璃纖維在水平方向的樹脂通路34a處發(fā)生破損也是有效的，在以上范圍中樹脂從擋圈26外周泄漏不會(huì)妨礙實(shí)際生產(chǎn)。即寬度(W)為該直徑(D)的0.3-0.4倍是因?yàn)楫?dāng)該寬度小于該直徑(D)的0.3倍時(shí)，從擋圈26外周和加熱汽缸12的內(nèi)壁之間的間隙的回流量增加，在材料裝填完之后的壓力保持步驟中螺桿14的前進(jìn)量增加，且當(dāng)螺桿14到達(dá)最前端位置時(shí)，壓力不能被保持住，由此產(chǎn)生縮痕失效并惡化了尺寸精度。在另一方面，當(dāng)寬度(D)大于0.4時(shí)，盡管不會(huì)產(chǎn)生上述缺點(diǎn)，但是由于延長了具有通路寬度(A)的在水平方向的樹脂通路34a，因此長玻璃纖維的損壞趨于增多。通過將寬度(W)定為該直徑(D)的0.3-0.4倍，可實(shí)現(xiàn)防止樹脂從擋圈26外周泄漏與防止纖維在擋圈26內(nèi)表面上的樹脂通路34a處損壞的兼容性。通過上述協(xié)作效應(yīng)，可以構(gòu)造出增強(qiáng)可塑化性能、增強(qiáng)密封性能和減少長玻璃纖維的損壞的結(jié)構(gòu)。
下面，對(duì)本發(fā)明的螺桿形狀進(jìn)行說明。如圖2所示，螺桿的長度與直徑的比值(L/D)被設(shè)定為18-24，供給部的長度(Lf)被設(shè)定為該直徑(D)的10-14倍，壓縮部的長度(Lc)被設(shè)定為該直徑(D)的5-6倍，計(jì)量部的長度(Lm)被設(shè)定為該直徑(D)的3-4倍。根據(jù)供給部的長度(Lf)，螺桿直徑(D)越大，供給部的槽深(hf)越深，就越難于傳導(dǎo)來自外部加熱器的預(yù)熱熱量。因此通過延長供給部的長度(Lf)設(shè)置長預(yù)熱區(qū)是有效的。
螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值被設(shè)定為18-24是因?yàn)楫?dāng)該比值小于18時(shí)，預(yù)熱樹脂的效應(yīng)減少且因此產(chǎn)生樹脂熔融不充分，由于長纖維解離不良造成的外觀不佳和強(qiáng)度的不穩(wěn)定，進(jìn)一步還會(huì)惡化可塑化性能并延長了模塑周期。此外在實(shí)驗(yàn)中，預(yù)測當(dāng)螺桿直徑為160Φ且螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值為24時(shí)，可獲得足夠效果。此外，當(dāng)(L/D)增大超過設(shè)計(jì)的必須值時(shí)，通過在螺桿中過多的剪切作用，玻璃纖維長度被縮短且沖擊強(qiáng)度降低。此外，當(dāng)(L/D)無益地增大時(shí)，產(chǎn)生增加成形機(jī)的全長的缺點(diǎn)，該長度需被限制在必要的最小值，且因此(L/D)應(yīng)等于或小于24。
此外，螺桿的供給部的長度(Lf)被設(shè)定為該直徑(D)的10-14倍是因?yàn)橛?jì)量行程(Smax)與螺桿直徑(D)的比值Smax/D的范圍為5-6，然而，在實(shí)際成形時(shí)，通常是如下情況，即計(jì)量行程使用最大行程的1/2-1/3。在任何情況下，根據(jù)直列螺桿式射出機(jī)，為保證必要的射出重量，螺桿14后退，因此由于螺桿縮回，供給部的實(shí)質(zhì)長度(Lf)被縮短，且因此降低了材料的輸送性能，此外還減小了來自外部加熱器的預(yù)熱效果。甚至在這樣一種直列螺桿中，證實(shí)當(dāng)(Lf)確保為該直徑(D)的10-14倍時(shí)，例如，在100毫米直徑的螺桿的供給部的長度(Lf)為10D時(shí)，在普通成形過程中，該長度為該直徑(D)的7-8倍并保證了足夠的供給性能且設(shè)置在最大行程時(shí)，確保為該直徑(D)的4-5倍且因此盡管或多或少降低了可塑化性能(10-20％)，也不會(huì)產(chǎn)生極端浪涌的現(xiàn)象且該材料可被塑化。就是說，在螺桿的供給部的長度(Lf)小于10D的情況下，證實(shí)通過隨計(jì)量行程增大，使得材料的供給性能下降，因此會(huì)產(chǎn)生該浪涌現(xiàn)象。同時(shí)，當(dāng)螺桿直徑(D)增大時(shí)，供給部的槽深(hf)加深，減小了來自外部加熱器的預(yù)熱效果，因此。壓縮部(Lc)上的負(fù)擔(dān)增大，可塑化性能下降或產(chǎn)生該浪涌現(xiàn)象，因此，通過將(Lf)延長至14D可實(shí)施這一改進(jìn)。另一方面，長度(Lf)不大于14D是因?yàn)樵黾映尚螜C(jī)的總長是一個(gè)缺點(diǎn)，將該長度限制在必要的最小值時(shí)很重要的，且因此(Lf)應(yīng)等于或小于14D。
以這種方法，即通過增加螺桿的長度與直徑的比值(L/D)至18-24且增長供給部的長度(Lf)至10-14D，可為下部的材料球粒提供充足的熱量，該材以一種易于軟化和熔融的狀態(tài)被傳輸至壓縮部，因此剪切力降低且集束玻璃纖維的破損可被受到限制而減少。此外，由于供給部的長度(Lf)大小為該直徑(D)的10-14倍，即使當(dāng)螺桿14退回用于在汽缸前端計(jì)量腔室15中的熔融材料的計(jì)量行程(S)的該直徑(D)的2-5倍的量時(shí)，螺桿14的供給部的有效長度(Lf)被確保為該直徑(D)的8-9倍，因此甚至在低速旋轉(zhuǎn)條件下也可以實(shí)施穩(wěn)定的計(jì)量操作。
以下設(shè)置是有效的，即對(duì)于螺桿14的槽深，形成的供給部的槽深(hf)大于球粒長度(通常約10-12毫米)且不少于13毫米，用于防止從材料口至螺桿14咬入材料而造成材料的破損；且對(duì)于計(jì)量部的槽深(hm)，形成的該槽深(hm)不少于8毫米，用于防止玻璃纖維未解離并限制玻璃纖維的破損盡可能少。對(duì)于螺桿的槽深，在供給部(hf)處形成的槽深不少于13毫米，且在計(jì)量部(hm)處形成的槽深不少于8毫米。螺桿供給部的槽深(hf)不少于13毫米且計(jì)量部的槽深不少于8毫米，原因如下。盡管根據(jù)通過調(diào)整球粒長度生產(chǎn)用于汽車上的大尺寸結(jié)構(gòu)件的球粒這一目的，可在6-24毫米的范圍內(nèi)改變長纖維混合物中的球粒長度，但是根據(jù)目標(biāo)沖擊強(qiáng)度、成形性、球粒處理的容易性等等，通常使用10-12毫米的球粒。在給料器到螺桿14間咬入構(gòu)成長纖維強(qiáng)化樹脂材料的球粒過程中，當(dāng)供給部的槽深(hf)淺于球粒長度時(shí)，在供給螺桿14的硬質(zhì)球粒時(shí)，該球粒不能順利地進(jìn)入螺桿槽，在該時(shí)點(diǎn)，球粒被切斷或被折彎，因此，形成的槽深(hf)等于或大于13毫米，深于球粒長度，以防止在將球粒中的長纖維帶入螺桿14時(shí)發(fā)生破損。下面，計(jì)量部的槽深(hm)不少于8毫米是因?yàn)楫?dāng)該槽深(hm)少于8毫米時(shí)，增大了長纖維的破損程度。根據(jù)本發(fā)明，特別是由當(dāng)前鋼板生產(chǎn)出的大尺寸結(jié)構(gòu)件可通過樹脂成形，因此可實(shí)現(xiàn)大幅輕質(zhì)成形并減少約20-25％的成本。具體對(duì)于汽車部件而言，本發(fā)明適用于基材的各種結(jié)構(gòu)件，用于前端組件、門板、后部車門組件等等。顯然，本發(fā)明還適用于汽車部件以外的大尺寸結(jié)構(gòu)件。
此外，本發(fā)明的上述實(shí)施方式僅作為本發(fā)明的示例，且本發(fā)明并不局限于此。本發(fā)明可通過單個(gè)螺桿頭或螺桿的單獨(dú)構(gòu)成要件或構(gòu)成要件的任意組合進(jìn)行體現(xiàn)。
(實(shí)施例)表1和2列出了基于JP-A-6-246802和JP-A-2-292008生產(chǎn)的長纖維的直列螺桿式可塑化射出裝置構(gòu)成的一個(gè)比較例，通過本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)實(shí)施例中相對(duì)于螺桿直徑為100毫米、130毫米、160毫米時(shí)，由PP樹脂制品切出的具有初始玻璃纖維長度為12毫米、玻璃纖維含量為40％的樣品的可塑化性能、重量穩(wěn)定性、制品的物理性質(zhì)等等的比較。表1示出了測試裝置的規(guī)格，表2示出了測試結(jié)果。
表1

表2

注意1)在表中，○優(yōu)良的重量穩(wěn)定性及穩(wěn)定成形可能×混有短細(xì)顆粒，毛邊及實(shí)際生產(chǎn)不可能2)在表中，○不用涂層可使用 △使用涂層達(dá)到使用級(jí)別3)測試方法ASTM D2564)測試方法ASTM D7905)測試方法ISO06603-2
根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)螺桿直徑(D)為100毫米時(shí)，供給部的長度(Lf)被設(shè)定為10D；當(dāng)螺桿直徑(D)為130毫米時(shí)，供給部的長度(Lf)被設(shè)定為12D；當(dāng)螺桿直徑(D)為160毫米時(shí)，供給部的長度(Lf)被設(shè)定為14D。
根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)螺桿直徑(D)為100毫米時(shí)，供給部的槽深(hf)被設(shè)定為14毫米且計(jì)量部的槽深(hm)設(shè)定為8毫米；當(dāng)螺桿直徑(D)為130毫米時(shí)，供給部的槽深(hf)被設(shè)定為17毫米且計(jì)量部的槽深(hm)設(shè)定為10毫米；當(dāng)螺桿直徑(D)為160毫米時(shí)，供給部的槽深(hf)被設(shè)定為20毫米且計(jì)量部的槽深(hm)設(shè)定為12毫米。
由此發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明，在包括螺桿直徑不小于100毫米的直列螺桿式可塑化射出裝置的大尺寸射出成形機(jī)中，通過將螺桿的長度與直徑的比值(L/D)設(shè)定為18-24且將供給部的長度(Lf)設(shè)定為該直徑(D)的10-14倍，穩(wěn)定了計(jì)量時(shí)間周期，將可塑化性能提高了1.4-2倍且大幅提高了生產(chǎn)率。
通過將正交于熔融樹脂通路流動(dòng)方向上的通路寬度B限定為螺桿直徑(D)的3-6％，在堰板22和擋圈26的端面與鉛直軸之間構(gòu)成70°-90°的角θ，且在擋圈26的前側(cè)設(shè)置與螺桿頭20的切口相配合的凸出部26’，由此在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，擋圈隨螺桿頭一同旋轉(zhuǎn)并將擋圈26的寬度設(shè)定為螺桿直徑(D)的0.3-0.4倍，在抑制玻璃纖維破損至實(shí)際要求水平的同時(shí)改善了密封性能，因此實(shí)現(xiàn)了能夠?qū)嵤┓€(wěn)定成形而不產(chǎn)生短細(xì)顆粒，毛邊等等不良成形的效果。
特別是，在使用具有高流動(dòng)性的其中熔體如基料聚合物流速在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的聚丙烯樹脂的長纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂大尺寸成形制品中，這種效果很顯著且證實(shí)了可高周生產(chǎn)出穩(wěn)定制品，而不產(chǎn)生短細(xì)顆粒，毛邊等等。此外，通過增大螺桿14的長度與直徑的比值(L/D)，從外部加熱器向球粒材料提供充足的熱量以由此促進(jìn)熔融，不產(chǎn)生集束長纖維的解離不良并提供良好的產(chǎn)品外觀。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明，通過建立以下構(gòu)成，即將螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值設(shè)定為18-24且將供給部的長度(Lf)設(shè)定為該直徑(D)的10-14倍，從外部加熱器可向原材料球粒提供充足的熱量，該材料以一種易于軟化和熔融的狀態(tài)被傳送至壓縮部，因此減小了剪切力并減小了集束長纖維的破損。此外，由于供給部的長度(Lf)大小為該直徑(D)的10-14倍，即使當(dāng)螺桿14退回用于在汽缸前端計(jì)量腔室15中的熔融材料的計(jì)量行程(S)的該直徑(D)的2-5倍的量時(shí)，供給部的有效長度(Lf)被確保為該直徑(D)的8-9倍，因此甚至在低速旋轉(zhuǎn)條件下也可以實(shí)施穩(wěn)定的計(jì)量操作。
此外，通過設(shè)定螺桿供給部的槽深(hf)不少于13毫米且設(shè)定計(jì)量部的槽深(hm)不少于8毫米，深于球粒長度的槽深(hf)被設(shè)定為不少于13毫米且在將球粒引入螺桿內(nèi)時(shí)，可防止發(fā)生長纖維的破損，并且通過設(shè)定計(jì)量部的槽深(hm)不少于8毫米，可有效地熔融樹脂且可盡可能地減少長纖維的破損。
此外，通過將正交于熔融樹脂流動(dòng)方向上的由堰板和擋圈形成的熔融樹脂通路的寬度設(shè)定為螺桿直徑的3-6％的構(gòu)成，不會(huì)分散密封時(shí)限，還可減少長纖維的破損，因此該構(gòu)成對(duì)于直徑不小于100毫米的大口徑螺桿特別有效。由此特別是，可以穩(wěn)定且高效地成形大尺寸汽車部件。
根據(jù)本發(fā)明，通過將在堰板和擋圈的端面與鉛直軸之間構(gòu)成角θ設(shè)定為70°-90°的構(gòu)成，從腔室一側(cè)到螺桿一側(cè)的流體阻力增大，可減少直至通過使擋圈與堰板相接觸而封閉通路寬度(B)這一時(shí)期的回流量并可提高成形的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明，通過建立一種構(gòu)成，其中具有擋圈的螺桿頭被安裝且設(shè)置在擋圈前側(cè)上的凸出部與螺桿頭的切口相配合，以由此在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，擋圈隨螺桿一同旋轉(zhuǎn)。由此，在由堰板和擋圈形成的樹脂通路(具有通路寬度B的樹脂通路34b)和由擋圈和螺桿頭的軸形成的樹脂通路(具有通路寬度(A)的樹脂通路34a)處旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，沿旋轉(zhuǎn)方向施加給樹脂的剪切力可被限定為零，可以減少長玻璃纖維的破損。
根據(jù)本發(fā)明，通過安裝具有擋圈的螺桿頭且設(shè)定擋圈的寬度為螺桿直徑(D)的0.3-0.4倍的構(gòu)成，可防止在具有通路寬度(A)的樹脂通路(34a)處發(fā)生長玻璃纖維的破損。
根據(jù)本發(fā)明，甚至當(dāng)長纖維強(qiáng)化熱固性樹脂的基體聚合物由具有高流動(dòng)性的其中熔體流速在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的聚丙烯樹脂構(gòu)成時(shí)，可高周生產(chǎn)出穩(wěn)定制品，而不產(chǎn)生短細(xì)顆粒，毛邊等等。
權(quán)利要求
1.一種可塑化射出含有其長度與球粒長度基本相同且沿球粒縱向排列的長纖維的熱塑性樹脂球粒的直列螺桿式可塑化射出裝置，該射出裝置包括一個(gè)直徑不小于100毫米的螺桿；一個(gè)其中設(shè)置有螺桿的中空的加熱汽缸；一個(gè)通過軸與螺桿相連的螺桿頭；一個(gè)固定在軸的后端部的堰板；以及一個(gè)在軸周圍滑動(dòng)配合以使得能夠在由軸和加熱汽缸限定的空間內(nèi)在螺桿頭和堰板之間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的擋圈，以致由加熱汽缸、螺桿頭、軸、擋圈和堰板形成熔融樹脂通路；其特征在于，螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值被設(shè)定為18-24，螺桿供給部的長度(Lf)被設(shè)定為該直徑(D)的10-14倍，螺桿供給部的槽深(hf)被設(shè)定為不小于13毫米，螺桿計(jì)量部的槽深(hm)被設(shè)定為不小于8毫米，以及正交于熔融樹脂流動(dòng)通路方向上的由堰板和擋圈形成的熔融樹脂通路的寬度被設(shè)定為螺桿直徑(D)的3-6％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直列螺桿式可塑化射出裝置，其特征在于，在堰板和擋圈的端面與鉛直軸之間構(gòu)成的角θ被設(shè)定為70°-90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直列螺桿式可塑化射出裝置，其特征在于，設(shè)置在擋圈前側(cè)的凸出部與螺桿頭的切口相配合，且在旋轉(zhuǎn)螺桿時(shí)，擋圈隨其一同旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直列螺桿式可塑化射出裝置，其特征在于，擋圈的寬度被設(shè)定為螺桿直徑(D)的0.3-0.4倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直列螺桿式可塑化射出裝置，其特征在于，長玻璃纖維強(qiáng)化熱固性樹脂的基體聚合物由具有高流動(dòng)性的其中熔體流速在100-300克/10分鐘范圍內(nèi)的聚丙烯樹脂構(gòu)成。
全文摘要
螺桿的長度(L)與直徑(D)的比值被設(shè)定為18－24，螺桿供給部的長度(Lf)被設(shè)定為該直徑(D)的10－14倍，螺桿(14)的供給部的槽深(hf)被設(shè)定為不小于13毫米，螺桿(14)的計(jì)量部的槽深(hm)被設(shè)定為不小于8毫米，且正交于熔融樹脂流動(dòng)方向上的由堰板(22)和擋圈(22)形成的熔融樹脂通路的寬度被設(shè)定為螺桿直徑(D)的3－6％。
文檔編號(hào)B29C45/58GK1533870SQ20041003141
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者橫山和久, 中島英昭, 津田文朗, 栃岡孝宏, 金子滿晴, 宏, 昭, 晴, 朗 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本制鋼所, 馬自達(dá)汽車株式會(huì)社