D-LFT长玻纤增强热塑性塑料在线配混技术

采用长玻纤增强材料制成的部件具有重量轻、硬度高、较好的弹性模量，以及较高的抗冲击强度和抗拉伸强度等特点，因此在汽车工业中得到了广泛应用。科倍隆W&P公司的D-LFT长玻纤一步法在线挤出配混工艺，实现了物料的柔性混炼分散及均化过程，提高了产品质量，降低了生产成本。

随着长玻纤在线配混工艺技术的不断进步，在过去的10年里，长玻纤配混的生产增长了3倍，其中尤其是长度高达100mm的玻纤或天然纤维的增强配混生产发展迅速，仅汽车和交通运输领域就占据了大约95％的市场份额。近年来，一步法的长玻纤在线配混工艺在实现经济高效生产的同时，还可靠地保证了产品的质量，从而为长玻纤配混生产提供了经济、高效、便捷的生产方式。

在长玻纤配混技术领域中，D-LFT长玻纤一步法在线挤出配混工艺已经成为热塑性塑料长玻纤填充的成熟工艺。在该工艺技术中，通过和下游的压机组合，省去了半成品加工步骤，可直接将玻纤、聚合物和添加剂混合分散，从而使得LFT长玻纤制品能够将挤出部件的柔性设计和卓越的机械性能更好地结合在一起，保证了产品质量，提高了生产效率。

D-LFT长玻纤一步法在线挤出配混工艺具有如下优点：

● 省去了半成品加工步骤，降低了原料成本；

● 便捷的产品设计；

● 较高的自动化生产线（仅需要一个操作人员进行监测和维护）；

● 较短的部件加工周期，提高了生产效率；

● 较低的废品率；

● 100％边角料回收再利用；

● 较小的设备占地空间。

该生产工艺使用的核心设备是ZSK双螺杆混炼机，它主要包含以下单元：

● 驱动电机；

● 减速箱，带有止推轴承系统和润滑油系统；

● 挤出机加工段；

● 挤出机排料单元。

其中，挤出机的加工段由单个的机筒以模块化方式构成，并包括一套同向旋转螺杆。工程师可以选择不同结构的机筒和螺杆块进行组合，然后将螺杆块安装到渐开线式花键的芯轴上，从而可为不同的产品配方设定不同的工艺配置。

图2D-LFT生产线

ZSK双螺杆混炼机的工作原理

在ZSK双螺杆混炼机中，配置了特殊的螺杆，以用于长玻纤的配混，其作用是：

● 聚合物熔融；

● 聚合物柔性混合和均化；

● 长玻纤通过螺杆的旋转被带入到机筒中，然后被熔融料包裹，经过螺杆块剪断和分散。

通常，在挤出机的上游有失重计量秤为聚合物称重，如果需要，也可以同时为添加剂和颜料配置失重秤。物料的各个组分通过计量秤被连续均匀地喂入挤出机中，确保了产品质量的稳定性。

随着挤出机螺杆的旋转，挤出机以平稳的牵引力带入玻纤，将其切断，和熔融料混合并分散，螺杆的特别设计使其能够适应聚合物和玻纤的物料特性。在挤出机运行的过程中，每股长玻纤均由控制系统监测，玻纤的断裂或缺失可以通过监测系统将信号反馈到主控制面板，给操作人员以警报提示。

为了对产品的质量进行稳定的控制，可以在控制器中设置停机限定功能，玻纤的线轴也可以在挤出机连续运行的同时被更换，此外，每一个玻纤的喂料装置都有各自的输送通道。

在熔融物料配混的过程中，熔融的长玻纤物料从机头被连续挤出。料块的挤出是一个复杂的工艺过程，首先，熔融料在机头的出口被切割成预先设定的长度，然后将平板熔融料送到保温传送带，传送带的速度可通过缓冲与物料的出口速度保持一致，物料的保温是通过强制热空气箱体来实现的。接着，熔融料从箱体转移到分拣输送单元，通过机器人或操作人员将它们放入压机，最后压制成制品。

高度自调节模口的挤出工艺

在模具中挤出制品的位置和形状不仅决定了压机所需的压力，同时也会影响最终制品的翘曲程度及厚度偏差等特性。

将熔融料块以两层或三层叠加的方式放入压机中成型是一种比较成熟的生产工艺，这种方法至今仍然应用于GMT玻纤增强生产中。为使得以上工艺实现自动化操作，可采用带往复移动气缸的针型机械手，以将多层料块自动叠加在一起，然后压制成成品。

挤出机机头的模口除了可以手动调节高度外，同时还装有伺服电机，可对模口进行在线自动调节，以满足不同的生产工艺要求。其中最为核心的控制是挤出机在线挤出的过程中，通过自动调节来保持挤出机、机头切刀和熔融料块输送带的同步运行。

图3 D-LFT系统生产线示意图 1、失重喂料秤；2、长玻纤喂料系统；3、电机；4、真空泵；5、机头切刀；6、输送带；7、机械手；8、压机

由于机头模口的高度调节会带来熔融料块速度的改变，所以要对机头内部的物料速度及时进行补偿和修正，以使熔融料的挤出和挤出机的速度保持一致。

总之，高度自调节模口的挤出工艺具有如下优点：

● 可降低40％的压机压力（实际数据取决于玻纤的含量及制品的形状）；

● 压机运行时，由于料块中的玻纤不会重新定向，因此避免了制品的扭曲；

● 可获得均一的制品厚度；

● 针型操作夹具的操作简单方便。

快速便捷的安装和调试

D-LFT生产线采用了模块化和即插接口的设计，这使得设备一到达客户处，就可以组装连接并带料试机，从而极大地缩短了调试时间，其安装和调试一般只需两周就可以完成。此外，利用该生产线，能够很方便地将GMT工艺转换到D-LFT工艺，缩短了压机的空闲时间。