双螺杆挤出机螺杆组合对碳纤维增强聚酰胺6均匀性的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.004

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (6): 14-18.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.004

双螺杆挤出机螺杆组合对碳纤维增强聚酰胺6均匀性的影响

何浪¹^,², 刘江林¹^,²(), 杨冬冬¹^,², 梁建国¹^,², 赵润田¹^,², 王治辉¹^,², 李晓东¹^,², 陈占春¹

^1.太原理工大学机械与运载工程学院，太原 030024
^2.太原理工大学先进金属复合材料成型技术与装备教育部工程研究中心，太原 030024

收稿日期:2024-07-16 出版日期:2025-06-26 发布日期:2025-06-20
通讯作者: 刘江林（1984-），男，副教授，博士，从事材料成型技术及仿真研究，liujianglin@tyut.edu.cn
E-mail:liujianglin@tyut.edu.cn
作者简介:何浪(2001-),男,硕士研究生,从事碳纤维增强树脂基复合材料均匀性研究,1045987131@qq,com
基金资助:
国家自然科学基金(52075359);山西省科技重大专项(20201102003);校地合作产业科技引导专项项目(2022XDHZ08);中国博士后科学基金(2020M670710)

Effect of screw configuration of twin⁃screw extruder on uniformity of carbon⁃fiber⁃reinforced polyamide 6

HE Lang¹^,², LIU Jianglin¹^,²(), YANG Dongdong¹^,², LIANG Jianguo¹^,², ZHAO Runtian¹^,², WANG Zhihui¹^,², LI Xiaodong¹^,², CHEN Zhanchun¹

^1.College of Mechanical and Vehicle Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
^2.Engineering Research Center of Advanced Metal Composites Forming Technology and Equipment，Ministry of Education，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China

Received:2024-07-16 Online:2025-06-26 Published:2025-06-20
Contact: LIU Jianglin E-mail:liujianglin@tyut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用4种不同螺杆组合制备聚酰胺6/碳纤维（PA6/CF）粒料，通过对其停留时间、纤维长度、纤维分布情况进行分析，研究了螺杆组合对复合材料均匀性的影响。结果表明，开槽螺纹大幅延长物料的停留时间，并能使物料做分流合并运动，30°啮合块剪切应力最大，能进一步剪切碳纤维；带有开槽螺纹的螺杆组合最有利于提升物料的均匀性，相比于初始螺杆提升了52 %。

关键词: 双螺杆挤出机, 螺杆组合, 碳纤维, 聚酰胺6, 开槽螺纹, 均匀性, 纤维保留长度

Abstract:

Four distinct screw configurations were evaluated for fabricating polyamide 6 （PA6）/carbon fiber （CF） composites. The impact of screw design on material uniformity was systematically assessed by characterizing residence time distribution， fiber length retention， and dispersion homogeneity. The results indicated that the slotted screw elements not only extended material residence time significantly but also induced divergent flow paths and elongational mixing， enhancing fiber dispersion. The 30° kneading block generated peak shear stress， effectively refining carbon fiber length through intensified mechanical action. The slotted⁃thread configuration improved composite uniformity by 52 % compared to the baseline design， demonstrating superior fiber alignment and matrix⁃fiber integration. This study underscores the critical role of screw geometry in tailoring shear intensity and flow dynamics to achieve high⁃performance PA6/CF composites.

Key words: twin?screw extruder, screw combination, carbon fiber, polyamide 6, slotted thread, uniformity, fiber retention length

中图分类号:

TQ320.66⁺3

何浪, 刘江林, 杨冬冬, 梁建国, 赵润田, 王治辉, 李晓东, 陈占春. 双螺杆挤出机螺杆组合对碳纤维增强聚酰胺6均匀性的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 14-18.

HE Lang, LIU Jianglin, YANG Dongdong, LIANG Jianguo, ZHAO Runtian, WANG Zhihui, LI Xiaodong, CHEN Zhanchun. Effect of screw configuration of twin⁃screw extruder on uniformity of carbon⁃fiber⁃reinforced polyamide 6[J]. China Plastics, 2025, 39(6): 14-18.

图/表 8

图1 螺杆组合

Fig.1 Screw combination

图2 停留时间

Fig.2 Residence time

图3 整体分布

Fig.3 Overall distribution

图4 纤维详细分布

Fig.4 Detailed distribution of fibers

组别	S0	S1	S2	S3	S4	$σ$
a组	602	729	645	762	690	63.99
b组	658	784	774	808	752	56.23
c组	684	737	714	732	761	33.63
d组	783	751	775	813	828	30.69

组别	S0	S1	S2	S3	S4	$σ$
a组	602	729	645	762	690	63.99
b组	658	784	774	808	752	56.23
c组	684	737	714	732	761	33.63
d组	783	751	775	813	828	30.69

表1 碳纤维分布

Tab.1 Carbon fiber distribution

表1 碳纤维分布

Tab.1 Carbon fiber distribution

图5 CF/PA 6复合材料的纤维保留长度

Fig.5 Fiber retention length of the PA 6/CF composites

图6 保留长度统计

Fig.6 Retention length statistics

图7 数均长度

Fig.7 Number⁃average length

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双螺杆挤出机螺杆组合对碳纤维增强聚酰胺6均匀性的影响

Effect of screw configuration of twin⁃screw extruder on uniformity of carbon⁃fiber⁃reinforced polyamide 6

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