一種小型微量高溫混合擠出立式實驗機的製作方法

2023-06-13 08:09:46

專利名稱：一種小型微量高溫混合擠出立式實驗機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化工機械，特別是一種小型微量高溫混合塑化擠出立式實驗機。
背景技術：
特種耐高溫聚合物材料如熱塑性聚醯亞胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮及超高分子量聚乙烯 等具有優異的機械性能、高耐熱性能、高耐磨性等特殊性能，從而被廣泛應用於高科技領域， 因此是目前高分子材料研究的熱點之一。鑑於此類材料特有的熔融加工溫度高、粘度大、價 格昂貴等特點，對其實驗研究設備有特殊要求，而現有高分子熔融混合、擠出、成型等加工 設備普遍存在加工溫度不夠高、設備龐大、價格昂貴及原材料耗費量大等缺陷，因此從某種 程度上限制了對這些特種高分子材料的熔融共混改性、加工成型等方面的研究。目前國內外 還沒有適合於此類特種耐高溫高分子材料實驗研究的小型擠出設備，特別是耗費原材料少、 加工溫度高(《450'C)、熔融-混合-擠出等一體化的小型高溫擠出實驗機。

發明內容
本發明的目的是提供一種高分子材料，特別是耐高溫高分子材料實驗研究用小型微量高 溫混合擠出研究設備。本實驗機加工溫度高(《450'C)、扭矩大、體積小、耗費原材料少、 控制精確及操作方便，自動實現物料的塑化、熔融、共混及擠出過程。本實驗機加料鬥與機 筒採用螺紋連接，且在同一軸線上。本實驗機的加料鬥、螺杆和機筒全部採用立式結構，螺 杆與驅動軸為插槽平面接觸，不僅實現了強制加料的作用，還可在高溫熔融混合擠出過程中 停止螺杆轉動並瞬間將螺杆拔出。本實驗機的驅動部分設計在螺杆根徑最大的一段，可實現 螺杆最大程度地承載。本實驗機的螺槽採用特殊梯形結構，避免了矩形螺槽根部滯留物料的 缺陷。此外，螺杆靠近出料口底部有反向螺紋，防止物料熔體向下滲流。本實驗機的機頭與 機筒採用螺紋連接，垂直於螺杆直徑最大的一段，極易拆裝及清理。本實驗機可加工所有熱 塑性高分子材料，在用於特種耐高溫熱塑性高分子材料的微量擠出研究對更能體現其價值。
本發明由加料鬥l、小型螺杆2、料筒3、加熱套4、機頭5、軸承6、法蘭7、驅動軸8、 斜齒輪9、軸承套IO、底座ll、調速電機12、控制櫃13、冷卻水管14、螺栓15、冷卻水通 道16、立柱17及熱電偶18構成。加料鬥1和料筒3採用螺紋連接，兩者在同一軸線上。小 型螺杆2為等距不等深螺杆，其直徑D為10mm 20rmn，有效長度與直徑之比L/D為15~25， 壓縮比2.5:1-3.5:1,加料段螺槽深度&為3mm~6mm，熔融均化段螺槽深度H2為lmm 2.5mm， 小型螺杆螺距S,為10mm 16mm，螺紋升角為15°~18° ，螺紋法向寬度e,為1. Omm 3mm， 螺槽法向寬度W,為7mm nmm。小型螺杆2設計有特殊螺糟結構，可有效防止熔融物料在小型螺杆螺槽內的滯留。機頭5 (或出料口)下部的螺杆設計有反螺紋，反螺紋的螺槽深度 H3為lmm 2.5mm，螺距S2為8mm 12mm，螺紋升角02為10°~20°,法螺紋法向寬度e2為 1.0mm 3mm，螺槽法向寬度W2為7mm 17mm，防止物料^體向下滲流。小型螺杆2、料筒 3和驅動軸8均為立式結構，垂直於底座。加熱套4為鑄銅加熱套，加熱溫度可達450'C。加 熱套4和熱電偶18在控制櫃13的控制下，工作溫度可精確至0.1'C。機筒3與法蘭7以及 軸承套10與底座11的連接均採用螺栓15的緊固方式，並且連接處均設有軸承6，從而起到 徑向與軸向的精確定位。調速電機12的轉速可調，轉速控制範圍為0ipm 300rpm，在控制櫃 13的控制下工作轉速可精確到0.1rpm。驅動部分採用等速比的斜齒輪9直接連接調速電機12 與驅動軸8實現。法蘭7上部設計有冷卻水通道16，防止熱量向底部傳遞。冷卻水管14與 冷卻水通道16相連通，構成整機冷卻系統。調速電機12通扭斜齒輪9帶動驅動軸8和小型 螺杆2轉動，當加熱套4達到設定溫度後，將物料加入加料鬥l，物料在螺杆轉到下進入機 筒，從而進一步壓實、塑化、熔融混合，最終經小型機頭5擠出直徑為lmm 2mm的物料長 條。
本發明整機高度可為450mm 650mm，底座尺寸為300mmX300 mm~400mmX400 mm， 重量約為15kg 30kg。因此，該實驗機體積小巧，結構緊湊，自動化程度較高，工作溫度高、 扭矩大，且擠出用材料一次最小僅為10g左右。目前國內外還沒有同類小型微量高溫立式擠 出設備。


圖1為本發明的結構示意圖(正視)
圖2為本發明的結構示意圖(側視)
圖3為本發明的小型螺杆結構示意圖
圖4為本發明的小型螺杆螺槽剖面結構示意圖
具體實施例方式
實施例1
打開主機電源，接通冷卻水系統及加熱系統，並設定操作溫度依次為350°C/37<rC/340 'C (從加料口至機頭)，待溫度升至操作溫度後恆溫20min後，打開調速電機至轉速為50rpm， 將聚醯亞胺/聚醚醚酮混合物(聚醯亞胺質量分數為60wt%)緩慢加入加料鬥，物料在料筒中 經壓實、塑化、熔融混合後經機頭擠出，最終得到擠出物樣條。待實驗完成後，將調速電機 轉速調至Orpm，將螺杆拔出後，清理物料，或直接用清理物料對螺杆進行擠出清理。操作完 畢後關閉加熱系統及主機電源，待整機冷卻至室溫後停止通冷卻水。
4實施例2
打開主機電源，接通冷卻水系統及加熱系統，並設定操作溫度依次為390'C/42(TC/370 °C (從加料口至機頭)，待溫度升至操作溫度後再恆溫30min，打開調速電機至轉速為40rpm， 將納米蒙脫土/熱塑性聚醯亞胺混合物(蒙脫土質量分數為I0wt%)緩慢加入加料鬥，物料在 料筒中經壓實、塑化、熔融混合後經機頭擠出，最終得到擠出物樣條。當實驗完成後，將調 速電機轉速調至Orpm，將螺杆拔出後進行清理物料，或直接用螺杆清理物料對螺杆進行擠出 清理。操作完畢後關閉加熱系統及主機電源，待整機冷卻至室溫後停止通冷卻水。
權利要求
1.一種小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於該實驗機含有加料鬥(1)、小型螺杆(2)、機筒(3)、加熱套(4)、機頭(5)、法蘭(7)、驅動軸(8)、斜齒輪(9)、調速電機(12)和控制櫃(13)等部件。
2. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於加料鬥(1)與 機筒(3)採用螺紋連接，且在同一軸線上，加料鬥(1)、小型螺杆(2)和機筒(3)均 為立式結構，均垂直於底座(11)。
3. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於小型螺杆(2) 為等距不等深螺杆，其直徑D為10mm 20mm，螺杆有效長度與直徑之比L/D為15 25， 壓縮比為2.5:1 3.5:1，加料段螺槽深度H！為3mm 6mm，熔融均化段螺槽深度H2為 lmm 2.5mm，小型螺杆螺距S,為10mm 16mm,螺紋升角01為15° 18° ，螺紋法向寬度 e,為1.0mm 3mm，螺槽法向寬度Wi為7mm 17mm。
4. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於小型螺杆(2) 在烙體出料口處下段開設有防熔體滲流的反螺紋(19)，且反螺紋的螺槽深度H3為 lmm 2.5mm，螺距S2為8mm 12nim，螺紋升角02為10° 20°,法螺紋法向寬度e2為 1.0mm 3mm，螺槽法向寬度W2為7mm~l 7mm。
5. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於小型螺杆(2) 驅動部分開設在根徑最大的一段，可實現最大限度地承載，小型螺杆(2)與驅動軸(8) 採取插槽平面接觸，小型螺杆可在停止螺杆轉動後瞬間拔出。
6. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於微型機頭(5) 與機筒(3)採用螺紋連接，垂直於螺杆直徑最大的一段，且方便拆裝及清理。
7. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於驅動方式採用結 構緊湊、控制準確的等速比斜齒輪(9)驅動，且驅動系統由驅動軸(8)、斜齒輪(9)和 調速電機(12)構成。
8. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於機筒(3)與法 蘭(7)以及軸承套(10)與底座(11)連接處均設有精確定位作用的軸承(6)。
9. 根據權利要求1所述的小型微量高溫混合擠出立式實驗機，其特徵在於在機筒加料段設 計有環繞冷卻水管(14)，及連接機筒的法蘭上設計有冷卻水通道(16)，構成冷卻系統。
全文摘要
小型微量高溫混合擠出立式實驗機是一種供實驗室及企業進行微量特種耐高溫高分子材料研究時使用，是具有加工溫度高、扭矩大、體積小巧及控制精確高等特徵的小型科研實驗設備。由加料鬥、小型螺杆、機筒、加熱套、機頭、法蘭、驅動軸、斜齒輪、調速電機及控制櫃等部件構造。本實驗機加料鬥與機筒採用螺紋連接，且在同一軸線上，小型螺杆和機筒均採用立式結構，且驅動部分設置在螺杆根徑最大的一端，即螺杆擠出段的端部，從而使螺杆最大限度地承載扭矩。本實驗機的螺杆與驅動軸為插槽平面接觸，可在高溫熔融混合擠出過程中停止螺杆轉動並瞬間將螺杆拔出。本實驗機適用於所有熱塑高分子，尤其是特種耐熱高分子材料的微量熔融混合擠出及成型研究。
文檔編號G01N33/44GK101650361SQ200910092309
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者梁海軍, 凱 王, 詹茂盛 申請人:北京航空航天大學