一種強剪切力化學反應器的製造方法
2023-05-02 14:20:16
一種強剪切力化學反應器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及高分子聚合物反應裝置領域，尤其涉及一種強剪切力化學反應器，包括機架、料筒、螺杆，料筒水平固定在所述機架上，螺杆設置在料筒中，螺杆分為熔融段螺杆和加料段螺杆，加料段螺杆所處的料筒上設有進料口，熔融段螺杆所處的料筒的埠連接連接筒，連接筒的內腔為圓弧狀，連接筒內設有圓弧狀的研磨杆，研磨杆和熔融段螺杆固定連接，研磨杆的外表面與連接筒的內腔的表面抵接，連接筒未連接料筒的一端連接強剪切筒，強剪切筒內設有強剪切螺杆，強剪切螺杆與研磨杆連接，強剪切筒未連接連接筒的一端設有出料口。本發明的有益效果是：採用螺紋剪切的方法，產生的壓力場更穩定，擠出效率更高，接枝率也更高，從而製備出高性能的熱熔膠產品。
【專利說明】一種強剪切力化學反應器
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子聚合物反應裝置領域，尤其涉及一種強剪切力化學反應器。
【背景技術】
[0002]熱熔膠，在一定溫度範圍內其物理狀態隨溫度改變而改變，而化學特性不變，其無毒無味，屬環保型化學產品。由於其粘接強度大，固化速度快等優點，被廣泛應用。近些年，聚烯烴熱熔膠作為膠粘劑工業領域中的重要產品，表現出良好的增長勢頭。在國際市場上，全球熱熔膠的市場需求將隨著橡塑工業的發展而穩定增加。而目前大部分的聚烯烴熱熔膠主要的生產方法是採用過氧化物引發、雙螺杆擠出的接枝工藝。由於過氧化物的分散困難、引發斷鏈的工藝不易控制等原因，造成熱熔膠往往有黑點、黃點、氣味大、存儲時間短等缺陷，因此力化學反應的接枝法越來越受到人們的重視。
[0003]高分子力化學反應裝置是製備高分子產品的重要設備，多年來，許多專家學者利用現有的設備對高分子聚合物在利化學反應方面作了大量的工作。在我國，四川大學徐僖、王琪等，北京化工大學和華南理工大學的許多學者都致力於高分子力化學的研究，對高分子力化學降解和共聚反應進行了深入而系統的探討，合成了一系列的嵌段和接枝的共聚物。以前所採用的設備主要還是擠出機、球磨機、超聲輻射以及高速攪拌等，大都藉助於現有的加工設備，有一定的局限性，擠出機作為一種專用的塑料成型加工設備，對於材料的對於材料的共混及改性很有效，但作為力化學反應的研究，物料受到的剪切作用和力化學反應的效果方面的研究都是有限的。振動磨，通過鋼球的振動和球體間的碰撞，可使高分子材料受到瞬時的擠壓和衝擊作用，物料通過振動磨中球體之間接觸碰撞，受到擠壓碰撞的機率有限，且振動所需的時間很長，受到的衝擊力亦有限，較難實現工業化。
[0004]四川大學分子材料工程國家重點實驗室的王琪等的發明專利CN1130545A，運用高分子在應力作用下化學反應的基本原理，針對現有產品設備的不足，借鑑中國傳統石磨的構思和結構，設計製造了可用於聚合物及填料的粉碎、混合及力化學反應的磨盤形力化學反應器。該反應器在加工高分子材料的過程中，能夠提供較大的擠壓、剪切作用，使材料受到各個方向的多種應力作用而破碎，產生更有效的破碎和力化學反應。實現採用力場技術製備具有特殊功能和高性能的新材料。另外，北京化工大學最新研製成功了 CPJ75/135II串連式磨盤螺杆擠出機，其設計原理與四川大學的力化學反應器類似，不同點在於將單一的大磨盤改變為多個小磨盤，從而獲得更好的擠出效果。串聯式磨盤螺杆擠出機通過磨盤的形狀、數目以及磨盤間隙的調節等手段對混煉三要素進行控制，主要用於製取特殊高分子合金材料和高填充的物料。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種能提供較大的剪切力，並且剪切壓力穩定，擠出效率高，能解決熱熔膠製備中存在的黑點、黃點問題的強剪切力化學反應器。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種強剪切力化學反應器，包括機架、料筒、螺杆，所述料筒水平固定在所述機架上，所述螺杆可轉動地設置在所述料筒中，所述 螺杆分為熔融段螺杆和加料段螺杆，所述加料段螺杆所處的料筒上設有進料口，所述熔融 段螺杆所處的料筒的埠連接連接筒，所述連接筒的內腔為從與料筒的連接端開始向另一 端逐漸增大的圓弧狀，所述連接筒內設有圓弧狀的研磨杆，所述研磨杆和所述熔融段螺杆 固定連接，所述研磨杆的外表面與所述連接筒的內腔的表面抵接，所述連接筒未連接料筒 的一端連接強剪切筒，所述強剪切筒內設有強剪切螺杆，所述強剪切螺杆與所述研磨杆連 接，所述強剪切筒未連接連接筒的一端設有出料口。
[0007]本發明的有益效果是:構思新穎，結構獨特，可提供較大的剪切應力場，運用一種 新型的接枝方法，為聚烯烴熱熔膠的製備提供一種全新的方法，從而解決了熱熔膠製備中 存在的黑點、黃點問題。採用螺紋剪切的方法，產生的壓力場更穩定，擠出效率更高，接枝率 也更高，從而製備出高性能的熱熔膠產品。
[0008]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0009]進一步，所述連接筒與所述料筒和所述強剪切筒的連接方式為螺紋連接，所述螺 紋為反向螺紋。
[0010]進一步，所述研磨杆與所述螺杆的連接方式為反向螺紋連接。
[0011]進一步，所述強剪切螺杆與所述研磨杆的連接方式為反向螺紋連接。
[0012]採用上述進一步方案的有益效果是:螺紋連接便於拆卸，方便加工製造，以及後期 使用中的更換和維修。
[0013]進一步，所述強剪切螺杆上的螺稜為多頭梯形螺稜，所述多頭梯形螺稜的螺紋升 角為30度至65度。
[0014]進一步，所述強剪切筒的內壁上設有梯形螺紋槽，所述梯形螺紋槽的升角為30度 至65度。
[0015]採用上述進一步方案的有益效果是:多頭梯形螺稜和梯形螺紋槽的設置既可以獲 得較高的擠出效率，又可以保持較高的剪切力場。
[0016]進一步，所述料筒外設有加熱器。
[0017]進一步，所述料筒外設有冷卻器。
[0018]採用上述進一步方案的有益效果是:料筒外設置加熱器和冷卻器以調整和保持整 機各部分的溫度穩定並且適宜，從而調整內部物料的摩擦和粘粘力，進而調整物料的受力 和運動狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明一種強剪切力化學反應器結構示意圖；
[0020]圖2為本發明一種強剪切力化學反應器的強剪切螺杆結構示意圖；
[0021]圖3為本發明一種強剪切力化學反應器的研磨杆結構示意圖；
[0022]圖4為本發明一種強剪切力化學反應器的應用示意圖。
[0023]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0024]1、機架，2、料筒，3、螺杆，3-1、加料段螺杆，3-2、熔融段螺杆，4、進料口，5、連接筒，
6、研磨杆，7、強剪切筒，8、強剪切螺杆，9、出料口，10、反螺紋，11、多頭梯形螺稜，12、反螺紋 槽，13、止推軸承，14、傳動杆，15、軸承，16、電機，17、梯形螺紋槽。【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0026]如圖1所示，本發明所述的一種強剪切力化學反應器，包括機架1、料筒2、螺杆3，所述料筒2水平固定在所述機架I上，所述螺杆3可轉動地設置在所述料筒2中，所述螺杆3分為熔融段螺杆3-2和加料段螺杆3-1，所述加料段螺杆3-1所處的料筒2上設有進料口4，所述熔融段螺杆3-2所處的料筒2的埠連接連接筒5，所述連接筒5的內腔為從與料筒2的連接端開始向另一端逐漸增大的圓弧狀，連接段做成圓弧狀以保證熔融態的物料能夠順利進入強剪切段。所述連接筒5內設有圓弧狀的研磨杆6，所述研磨杆6和所述熔融段螺杆3-2固定連接，所述研磨杆6的外表面與所述連接筒5的內腔表面抵接，所述連接筒5未連接料筒2的一端連接強剪切筒7，所述連接筒5與所述料筒2和所述強剪切筒7的連接方式為螺紋連接，所述螺紋為反向螺紋(與電機轉向相反)，以保證運行時不會出現螺紋連接鬆動現象。所述強剪切筒7內設有強剪切螺杆8，所述強剪切螺杆8與所述研磨杆6連接，所述研磨杆6與所述螺杆3和所述強剪切螺杆8的連接方式為反向螺紋10連接，一端設有所述強剪切筒7未連接連接筒5的一端設有出料口 9。
[0027]如圖2所述，所述強剪切螺杆8上的螺稜為多頭梯形螺稜11，所述多頭梯形螺稜的螺紋升角為30度至65度，所述強剪切螺杆8的一端設有表面為反螺紋10的連接螺杆，強剪切螺杆8通過連接螺杆連接研磨杆6的反螺紋槽12上，如圖3所述，從而與研磨杆6連接。所述強剪切筒的內壁上設有梯形螺紋槽，所述梯形螺紋槽的升角為30度至65度。
[0028]如圖4所述為本發明一種強剪切力化學反應器的應用示意圖，本發明裝置中的加料段螺杆3-1通過傳動杆14連接電機16，所述電機16通過傳動杆14帶動螺杆3、研磨杆6和強剪切螺杆8轉動，所述傳動杆14依靠止推軸承13和軸承15支承。
[0029]所述所述料筒外還可設置加熱器和冷卻器，以調整和保持整機各部分的溫度穩定並且適宜，從而調整內部物料的摩擦和粘粘力，進而調整物料的受力和運動狀態。
[0030]在高分子聚合物的加工過程中，能提供強大的擠壓、剪切作用，使被擠出的熔融態高分子聚合物受到各個方向的剪切作用而發生斷鏈現象。再加入適量的馬來酸酐等極性材料在高溫條件和無過氧化引發劑的情況下和活性的斷裂自由基發生接枝反應，從而實現了無引發劑的接枝。實現的接枝母料中分子量分布更窄，進一步改進接枝效果和提高接枝率。提高熱熔膠產品的質量和粘結效果。
[0031]本發明為聚烯烴的接枝提供一種新的思路，即不同於溶液接枝、輻射接枝、自由基高溫接枝、光引發聚合接枝又不同於力化學反應固相接枝技術。由於該接枝方法只利用強力剪切所產生的斷鏈現象，加入適量的馬來酸酐等極性基團在高溫條件和無過氧化引發劑的情況下和活性的斷裂自由基發生接枝反應，從而實現了無引發劑的接枝，避免在產品中出現黃點、黑點，並可提高接枝率。該裝置產生的強烈的剪切力可以優先實現對長鏈大分子的斷鏈，因此可能實現的接枝母料中分子量分布更窄，所生產的接枝母料能夠在熱熔膠中更優化和均勻的產生粘結效果。
[0032]本發明的優點如下:
[0033]1.強剪切力化學反應器構思新穎，結構獨特，可提供較大的剪切應力場，運用一種新型的接枝方法，為聚烯烴熱熔膠的製備提供一種全新的方法，從而解決了熱熔膠製備中 存在的黑點、黃點問題。
[0034]2.採用螺紋剪切的方法，產生的壓力場更穩定，擠出效率更高，接枝率也更高，從 而製備出高性能的熱熔膠產品。
[0035]3.在擠出操作中，改變強剪切部分螺杆與料筒的間隙，或者改變強剪切部分螺杆 的梯形螺紋槽形狀均可以改變擠出時的剪切力場分布，提高了力化學反應器的適應性。
[0036]4.強剪切部分和連接段均可拆卸，方便加工製造，以及後期使用中的更換和維修。
[0037]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種強剪切力化學反應器，包括機架、料筒、螺杆，所述料筒水平固定在所述機架上， 所述螺杆可轉動地設置在所述料筒中，所述螺杆分為熔融段螺杆和加料段螺杆，所述加料 段螺杆所處的料筒上設有進料口，其特徵在於，所述熔融段螺杆所處的料筒的埠連接連 接筒，所述連接筒的內腔為從與料筒的連接端開始向另一端逐漸增大的圓弧狀，所述連接 筒內設有圓弧狀的研磨杆，所述研磨杆和所述熔融段螺杆固定連接，所述研磨杆的外表面 與所述連接筒的內腔的表面抵接，所述連接筒未連接料筒的一端連接強剪切筒，所述強剪 切筒內設有強剪切螺杆，所述強剪切螺杆與所述研磨杆連接，所述強剪切筒未連接連接筒 的一端設有出料口。
2.根據權利要求1所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述連接筒與所述 料筒和所述強剪切筒的連接方式為螺紋連接，所述螺紋為反向螺紋。
3.根據權利要求1或2所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述研磨杆與所 述螺杆的連接方式為反向螺紋連接。
4.根據權利要求3所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述強剪切螺杆與 所述研磨杆的連接方式為反向螺紋連接。
5.根據權利要求1所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述強剪切螺杆上 的螺稜為多頭梯形螺稜，所述多頭梯形螺稜的螺紋升角為30度至65度。
6.根據權利要求1或5所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述強剪切筒的 內壁上設有梯形螺紋槽，所述梯形螺紋槽的升角為30度至65度。
7.根據權利要求1所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述料筒外設有加 熱器。
8.根據權利要求1或7所述的一種強剪切力化學反應器，其特徵在於，所述料筒外設有 冷卻器。
【文檔編號】C09J151/06GK103566862SQ201310530259
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】陳佔春, 李峰, 樊耀耀, 王寧 申請人:太原理工大學