一種超聲振動微管擠出模具的製作方法

2023-12-06 13:07:11 2

專利名稱：一種超聲振動微管擠出模具的製作方法
技術領域：
本發明屬於聚合物擠出成型技術領域，涉及到一種利用超聲振動降低聚合物熔體 擠出流動阻力、提高擠出效率和質量的超聲振動微管擠出模具。
背景技術：
聚合物熔體在擠出模具微小流道內的流動過程一直是聚合物擠出加工研究的重 點問題。在宏觀擠出加工中，由於流道特徵尺寸較大，流動阻力相對較小，擠出過程容易實 現。但是在微管擠出過程中，流道特徵尺寸較小，聚合物熔體本身粘彈特性引起的阻力無法 忽略，尤其是當擠出速度提高到臨界值時，聚合物熔體表面會產生「鯊魚皮」現象，甚至發生 熔體破裂，這直接影響到微管擠出生產的效率。所以傳統的微管擠出往往存在著能耗大、生 產效率低、擠出製品質量差等缺點。甚至對於一些加工性能較差的聚合物而言，使用傳統的 擠出加工工藝無法得到合格的成型製品。因此，探索新型、高效、高質量微管擠出成型技術 具有重要的現實意義和廣闊的市場前景。目前，超聲振動在塑料加工領域的研究主要集中在(1)超聲振動對聚合物熔體 流變參數及力學性能的影響；(2)超聲振動在提高聚合物基複合材料界面強度中的應用；超聲振動在填充聚合物中的應用；(4)超聲振動在泡沫塑料擠出中的應用。這些研究著 重揭示了超聲振動對聚合物加工性能和加工效率的影響，為超聲振動在聚合物成型領域的 應用提供了理論基礎。但是在聚合物微管擠出領域，尤其是超聲振動微管擠出模具結構設 計方面的研究國內外未見報導。在微管擠出過程中，應用超聲振動可以使聚合物熔體在微 流道內流動時充分發生壁面滑移，減小流動阻力。這樣一方面可以降低加工難度，成型一些 不易利用微擠出成型加工的聚合物；另一方面由於流道內阻力降低，微擠出速度可以相應 升高，這有利於提高微管擠出的生產效率，獲得具有較高質量的製品。由此可見，研究超聲 振動微管擠出模具具有十分重要的實際意義。

發明內容
本發明提供了一種超聲振動塑料微管擠出模具，用於降低微管擠出流動阻力，提 高擠出效率，獲得較高質量的微型管材。本發明的技術方案是一種超聲振動微管擠出模具，包括超聲頻電源、換能器、傳振杆、變幅杆、振動頭、 機頭體、分流錐、支撐板、定位銷、口模託板、擋板、緊固螺栓、墊圈、口模、擋圈、壓力/溫度 集成傳感器、芯棒、調節螺栓、通氣螺栓、連接管、加熱圈、溫度傳感器和法蘭盤。機頭體垂直擠出方向通過連接管與擠出機出口相連，變幅杆和振動頭以平行於擠 出方向的方式同機頭體連接，分流錐和芯棒分別固定在支撐板兩側，通氣螺栓通過機頭體 上的螺栓孔與支撐板相接觸，調節螺栓通過擋板上的螺紋孔和口模託板連接，利用墊圈、擋 圈和緊固螺栓將口模固定在口模託板上，加熱圈和溫度傳感器固定在機頭體和口模託板外 部，壓力/溫度集成傳感器安裝在口模平直段的小孔內。
3
使用垂直進料方式設計微管擠出模具基本結構，使振動頭振動方向與擠出方向一 致；振動頭採用螺旋凹槽式結構，調節熔體的流場分布；使用外置超聲頻電源、換能器、傳 振器和變幅杆調節超聲振動相關參數；根據需要更換不同結構參數的分流錐、芯棒、口模託 板和口模；調節螺栓可調整芯棒和口模的同軸度和間隙；口模的平直段壓力/溫度集成傳 感器測量聚合物熔體在微擠出過程中的壓力和溫度。該模具可以根據研究的需要更換不同結構參數的分流錐、芯棒、口模託板和口模。 同時還可以通過調節超聲頻電源、換能器、傳振杆、變幅杆的相關參數研究不同超聲振動工 藝參數對微管擠出效率和擠出物質量的影響。熔融的聚合物熔體在壓力的作用下通過垂直結構連接管進入模具流道，超聲由超 聲頻電源產生，經過換能器將波能轉換成為機械能，再通過傳振杆、變幅器使振動頭高頻振 動，在分流錐的作用下聚合物進入流道內，經過壓縮段的壓縮，最後由平直段擠出。特殊結 構的振動頭一方面可使聚合物熔體產生超聲振動，能夠有效的降低流動阻力；另一方面，螺 旋凹槽結構可以調節熔體流場分布，使熔體流動均勻；安裝在口模託板上的調節螺栓可改 變芯棒和口模之間的同軸度與間隙，使聚合物熔體擠出過程的流場分布更為均勻；固定在 機頭體和口模託板上的加熱圈和溫度傳感器用來控制微管擠出過程中溫度的變化；安裝在 平直段的傳感器同時具有測量壓力和溫度的功能，是一個壓力/溫度集成傳感器，具有計 算機通訊接口，用於測量超聲振動情況下聚合物熔體在擠出過程中的壓力和溫度。本發明的效果和益處是通過設計一種垂直進料、水平振動的超聲振動微管擠出 模具，實現了在微管擠出領域將超聲振動應用於聚合物的擠出成型加工；振動頭設計成特 殊螺旋凹槽式結構，既能產生超聲振動，降低聚合物熔體的流動阻力，又能使聚合物流動平 衡；採用外置獨立式超聲振動系統，可以通過調節超聲頻電源、換能器、傳振杆和變幅杆相 關參數，系統研究超聲振動工藝參數對微管擠出效率和製品質量的影響；模具結構採用鑲 塊式設計，可以根據研究需要更換不同結構參數的分流錐、芯棒和口模。本發明不但可以降 低微管擠出成型難度，成型一些微擠出工藝不易加工的聚合物，還可以提高擠出效率，獲得 更高質量要求的醫用微擠出導管。


附圖是超聲振動微管擠出模具的結構示意圖。圖中1超聲頻電源；2換能器；3傳振杆；4變幅杆；5振動頭；6機頭體-Jk加熱 圈；8分流錐；9B加熱圈；10支撐板；11定位銷；12 口模託板；13C加熱圈；14擋板；15 A緊 固螺栓；16 D加熱圈；17墊圈；18 B緊固螺栓；19 口模；20擋圈；21壓力/溫度集成傳感 器；22 D溫度傳感器；23芯棒；24調節螺栓；25 C溫度傳感器；26通氣螺栓；27 B溫度傳感 器；28 A溫度傳感器；29 E加熱圈；30連接管；31法蘭盤。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。觀測超聲振動作用下熱塑性聚氨酯(TPU)微型介入導管擠出效率和擠出物質量， 實施例步驟如下步驟1
使用烘乾箱在一定溫度下烘乾TPU，去除水分。步驟2啟動擠出機，利用加熱圈(7、9、13、16、29)和溫度傳感器(22、25、27、28)將擠出機 各段和模具各區域分階段加熱到設定溫度，並保溫一段時間。步驟3將烘乾的TPU塑料顆粒倒入料筒，在擠出機螺杆的作用下，聚合物熔體由連接管 30垂直流入機頭體6，經分流錐8作用進入流道，然後在芯棒23、口模託板12和口模19的 共同作用下，熔體截面形狀逐漸壓縮達到設計要求，並從口模19出口擠出。步驟4打開超聲頻電源1，通過設置相關參數使振動頭5產生高頻振動。步驟5根據擠出製品截面形狀和壁厚均勻情況，利用調節螺栓24調節口模託板12和芯 棒23之間的間隙，使擠出過程平穩、均勻。步驟6調節超聲振動系統工藝參數或擠出工藝參數，測量擠出微管尺寸精度、形狀精度 和擠出速度等，同時利用壓力/溫度集成傳感器21記錄熔體的壓力和溫度值。步驟7通過數據處理和分析，獲得不同超聲振動工藝參數和擠出工藝參數對微管擠出效 率和擠出物質量的影響。步驟8更換不同結構參數的分流錐8、芯棒23、口模託板12和口模19，重複步驟2 步 驟7，獲得超聲振動對聚合物微擠出過程、擠出效率和微管質量的影響，揭示超聲振動作用 下聚合物熔體微擠出過程的流動規律。
權利要求
一種超聲振動微管擠出模具，包括超聲頻電源(1)、換能器(2)、傳振杆(3)、變幅杆(4)、振動頭(5)、機頭體(6)、分流錐(8)、支撐板(10)、定位銷(11)、口模託板(12)、擋板(14)、A緊固螺栓(15)、墊圈(17)、B緊固螺栓(18)、口模(19)、擋圈(20)、壓力/溫度集成傳感器(21)、芯棒(23)、調節螺栓(24)、通氣螺栓(26)、連接管(30)、法蘭盤(31)、加熱圈和溫度傳感器；加熱圈包括A加熱圈(7)、B加熱圈(9)、C加熱圈(13)、D加熱圈(16)和E加熱圈(29)；溫度傳感器包括A溫度傳感器(28)、B溫度傳感器(27)、C溫度傳感器(25)和D溫度傳感器(22)；其特徵在於機頭體(6)通過連接管(30)與擠出機出口相連，變幅杆(4)和振動頭(5)與機頭體(6)相連，分流錐(8)和芯棒(23)分別固定在支撐板(10)兩側，通氣螺栓(26)通過機頭體(6)上的螺栓孔與支撐板(10)相接觸，調節螺栓(24)通過擋板(14)上的螺栓孔與口模託板(12)相接觸，利用墊圈(17)、擋圈(20)和緊固螺栓(18)將口模(19)固定在口模託板(12)上，加熱圈和溫度傳感器固定在連接管(30)、機頭體(6)和口模託板(12)外部，壓力/溫度集成傳感器(21)安裝在口模(19)平直段的小孔內；使用垂直進料方式作為超聲振動微管擠出模具的基本結構，使振動頭(5)振動方向與擠出方向一致；振動頭(5)採用螺旋凹槽式結構；使用外置超聲頻電源(1)、換能器(2)、傳振器(3)和變幅杆(4)調節超聲振動相關參數；根據需要更換不同結構參數的分流錐(8)、芯棒(23)、口模託板(12)和口模(19)；調節螺栓(24)調整芯棒(23)和口模(19)的同軸度和間隙；口模(19)的平直段壓力/溫度集成傳感器(21)測量聚合物熔體在微擠出過程中的壓力和溫度。
全文摘要
本發明公開了一種超聲振動微管擠出模具，屬於聚合物擠出成型技術領域。其特徵是該模具由超聲頻電源、換能器、傳振杆、變幅杆、振動頭、機頭體、分流錐、支撐板、定位銷、口模託板、擋板、緊固螺栓、墊圈、口模、擋圈、壓力/溫度集成傳感器、芯棒、調節螺栓、通氣螺栓、加熱圈、溫度傳感器、連接管和法蘭盤組成。模具採用垂直於擠出方向的供料方式；振動頭採用螺旋凹槽式結構，沿微管擠出方向振動；根據需要可更換不同結構參數的分流錐、芯棒和口模；壓力/溫度集成傳感器用於測量模具流道內壓力和溫度的變化。本發明通過設計垂直供料的超聲振動微管擠出模具，將超聲振動添加到塑料微管擠出成型中，可降低流動阻力，提高生產效率，獲得較高質量的塑料微管。
文檔編號B29C47/22GK101947846SQ20101028407
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者宋滿倉, 王敏傑, 趙丹陽, 金翼飛 申請人:大連理工大學