一种碳纤维离心罐的制作工艺.pdf

本发明公开一种碳纤维离心罐的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：1）将长度小于3mm短切碳纤维经表面处理后，与聚丙烯分别加入到双螺杆挤出机内，经机口模头挤出切粒后得碳纤维质量分数为30%的复合母粒料；2）将步骤1）的复合母粒料与聚丙烯粒料配成碳纤维质量分数为15%、20%的混合料，在注射温度为220-240℃、230-260℃注射成型制得碳纤维/聚丙烯复合材料试样；3）测试得碳纤维含量15%的碳纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度增加，得到最优配比；4）将罐体分解为几个形状较为单一的零件，将碳纤维/聚丙烯复合材料，制作成零件；该碳纤维离心罐罐体明显减重，节电，因通电时有磁铁吸引，不飞罐，使用安全。

1.   一种碳纤维离心罐的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
    1）将长度小于3mm短切碳纤维经表面处理后，与聚丙烯分别加入到双螺杆挤出机内，经机口模头挤出切粒后得碳纤维质量分数为 30 %的复合母粒料；
    2）将步骤1）的复合母粒料与聚丙烯粒料配成碳纤维质量分数为 15 %、20%的混合料，在注射温度为220-240℃、 230-260 ℃注射成型制得碳纤维/聚丙烯复合材料试样；
    3）测试得碳纤维含量15%的碳纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度增加，得到最优配比；
4）将罐体分解为几个形状较为单一的零件，使用碳纤维/聚丙烯复合材料制作成零件，在加工过程中保持温度稳定；
5）将碳纤维/聚丙烯复合材料经过聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝工序支制成零件形状；
6）将单一零件离心罐侧壁和离心罐底座配合连接构成离心罐主体及轴衬，在离心罐侧壁上补碳纤维的加强筋，然后再沿半径方向补碳纤维，保持碳纤维添加均匀后进行表面处理；
7）将离心罐体内壁上安装突起圆柱点，罐底加磁铁并与支杆连接，最终完成。

一种碳纤维离心罐的制作工艺
技术领域
    本发明涉及一种碳纤维离心罐的制作工艺。
背景技术
我国是世界第一大化纤生产国。目前，国内长胶纺丝生产企业竞相扩大产能，我国粘胶纤维产量迅速增长，除了满足国内市场，出口也成为行业重点的支撑。同时长胶纺丝产品在新领域的运用将成为行业的新亮点。 粘胶行业属于劳动技术密集型产业，生产工艺对环境有一定污染，而且企业生产过程有大量的能源消耗。例如生产一吨长胶纺丝需耗用120立方水和3000千瓦电。随着我国环保法规越来越严格，造成企业环保费用支出增加，而劳动成本也高居不下。因此长胶纺丝的产业化生产不具成本优势。何加快原有生产设备改进和更新的步伐，大力推广和应用更加节能低耗的技术设备，是许多大型长胶纺丝生产企业研究的热点。长胶纺丝设备用离心罐是由离心罐侧壁和离心罐底座组成的，为了保证离心罐在纺丝过程中长期保持良好的动态平衡及高速旋转的安全性，要求其侧壁及其底面的抗蠕变性是良好的，同时在强度上具有良好的耐疲劳性。同时为了满足设备运转所需的耗电量减少，如何减轻传统铝制或铁制离心罐的质量也成为企业研发的重点。
  目前我们所用的铝质离心罐制造工艺多为压力模铸或离心模铸后经精车而成，实践中或因管理不善时爆罐现象常有发生。在酸性丝饼中，铝质离心罐极易受蚀。薄壁结构的铝合金制品受到难以避免的机械碰撞或打击后又易产生塑性变形，其几何形状和质量分布难以保持均匀对称，严重影响实际动平衡精度。且金属离心罐质量大，机器设备连续运行过程中耗能严重。
本发明立足于改进传统人造纤维纺丝用的铝制或铁制离心罐，利用更加轻便强度更高的短切碳纤维聚丙烯复合材料。目的是给在人造纤维纺丝中长期反复旋转的离心罐增加力学上的良好耐久性同时提高其在高速旋转时的安全性。另外短切碳纤维的掺杂也使得离心罐成品的质量大大减轻，生产设备在使用过程中能够更加省电节能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种罐体明显减重，节电，因通电时有电磁铁（磁铁）吸引，不飞罐，使用安全的碳纤维离心罐的制作工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤：
1）将长度小于3mm短切碳纤维经表面处理后，与聚丙烯分别加入到双螺杆挤出机内，经机口模头挤出切粒后得碳纤维质量分数为 30 %的复合母粒料；
2）将步骤1）的复合母粒料与聚丙烯粒料配成碳纤维质量分数为 15 %、20%的混合料，在注射温度为220-240℃、 230-260 ℃注射成型制得碳纤维/聚丙烯复合材料试样；
3）测试得碳纤维含量15%的碳纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度增加，得到最优配比；
4）将罐体分解为几个形状较为单一的零件，使用碳纤维/聚丙烯复合材料制作成零件，在加工过程中保持温度稳定；
5）将碳纤维/聚丙烯复合材料经过聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝工序支制成零件形状；
6）将单一零件离心罐侧壁和离心罐底座配合连接构成离心罐主体及轴衬，在离心罐侧壁上补碳纤维的加强筋，然后再沿半径方向补碳纤维，保持碳纤维添加均匀后进行表面处理；
7）将离心罐体内壁上安装突起圆柱点，罐底加磁铁并与支杆连接，最终完成。
本发明的有益效果是：采用的碳纤维/聚丙烯复合材料使得罐体重量大大减轻，离心罐连续运转所需的耗电量大大减少，达到节能低耗的目的，同时降低长胶纺丝纤维生产成本，加强筋增加了离心罐底座内部对旋转方向的移动阻力，即使长期地进行周期性的起动，高速旋转急速停止也不会使底座歪斜，这样旋转轴和离心罐的中心线能够持久地保持一致，继而保持良好的动态平衡，增加力学上的良好耐久性同时提高其在高速旋转时的安全性。
具体实施方式
一种碳纤维离心罐的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1）将长度小于3mm短切碳纤维经表面处理后，与聚丙烯分别加入到双螺杆挤出机内，经机口模头挤出切粒后得碳纤维质量分数为 30 %的复合母粒料；
2）将步骤1）的复合母粒料与聚丙烯粒料配成碳纤维质量分数为 15 %、20%的混合料，在注射温度为220-240℃、 230-260 ℃注射成型制得碳纤维/聚丙烯复合材料试样；
3）测试得碳纤维含量15%的碳纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度增加，得到最优配比；
4）将罐体分解为几个形状较为单一的零件，使用碳纤维/聚丙烯复合材料制作成零件，在加工过程中保持温度稳定；
5）将碳纤维/聚丙烯复合材料经过聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝工序支制成零件形状；
6）将单一零件离心罐侧壁和离心罐底座配合连接构成离心罐主体及轴衬，在离心罐侧壁上补碳纤维的加强筋，然后再沿半径方向补碳纤维，保持碳纤维添加均匀后进行表面处理；
7）将离心罐体内壁上安装突起圆柱点，罐底加磁铁并与支杆连接，最终完成。
实验表明，在相同注射压力和注射速度下，PP 树脂的最佳注射温度为 210-220 ℃。温度过低，流动性差，成型困难，有充模不足现象。温度过高，流动性好，有溢边现象。温度太高，制品发黄，材料发生分解。15 %碳纤维含量聚丙烯料混合料的最佳注射温度为 230-260 ℃。对于碳纤维含量为 20 %聚丙烯料混合料而言，注塑相当困难，即使注射温度提高到 280 ℃，也未能得到充模完整的样品。产生这些现象的原因，正是由于碳纤维的加入降低了复合材料的流动性，碳纤维含量越高，复合材料流动性降低得越多。为保证充模完整、制品外观饱满良好，可随碳纤维含量的增加逐步提高注射温度。但正如上文所述，对于 CF/PP 复合材料而言，通过提高温度增加流动性，在相对高温时效果不明显，一味提高温度不仅不能有效提高流动性，温度过高反而使材料分解，影响使用性能。碳纤维含量5%的聚丙烯复合材料的的拉伸强度与 PP 树脂比较接近，未有提高，甚至略有下降。碳纤维含量 10 %聚丙烯复合材料的拉伸强度与 PP 树脂比较已有增加，但程度不高。碳纤维含量15  %的聚丙烯复合材料的的拉伸强度与PP树脂相比增加明显。这是因为，在纤维增强复合材料中，纤维增强基体的效果，在某个合理的纤维体积分数范围内，与纤维体积分数成正比。纤维体积分数太小了起不到增强效果，纤维在基体应变稍大时就已大量断裂，在基体中造成许多缺陷，有时反而使强度下降；纤维体积分数如果太大了，成型加工不方便的同时，纤维和基体间由于粘接变差，缺陷增多，界面强度也会下降。通过反复实验得出15 %、20%碳纤维含量的碳纤维/聚丙烯复合材料的最佳注射温度为220-240℃和 230-260 ℃。碳纤维含量15%的碳纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度增加明显。
在使用时，碳纤维/聚丙烯复合离心罐筒壁沿圆周方向的拉伸许用应力[σ]≥300MPa，安全系数大大优于铝合金制品，离心罐材料硬度高，抗冲击强度≥150kJ/m2，可保证在受非正常外力打击下罐体形状和强度不变，也不会因此发生动平衡精度锐减的情况，注塑成型技术稳定。
本发明的有益效果是：采用的碳纤维/聚丙烯复合材料使得罐体重量大大减轻，离心罐连续运转所需的耗电量大大减少，达到节能低耗的目的，同时降低长胶纺丝纤维生产成本，加强筋增加了离心罐底座内部对旋转方向的移动阻力，即使长期地进行周期性的起动，高速旋转急速停止也不会使底座歪斜，这样旋转轴和离心罐的中心线能够持久地保持一致，继而保持良好的动态平衡，增加力学上的良好耐久性同时提高其在高速旋转时的安全性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新保护范围为准。