基於拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置的製作方法
2023-06-24 02:22:16
專利名稱：基於拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到高分子材料的塑化輸運裝置，尤其涉及到基於拉伸流變與剪 切流變的高分子材料塑化輸運裝置。
背景技術：
目前，高分子材料成型加工無論是擠出還是注射都是通過螺杆來完成的，螺 杆對塑料原料的輸送、熔融與塑化的過程所用能量佔高分子材料加工能耗的絕 大部分。在螺杆機械中，物料的塑化輸運主要是靠螺杆旋轉時對物料的拖曳作 用固體輸送為摩擦拖曳，熔體輸送為粘性拖曳，物料的速度梯度與其流動和 變形方向垂直，這種流動與變形主要受剪切應力支配。岡此，可以認為，目前 廣泛應用的螺杆機械是基於剪切流變的高分子材料塑化輸運設備，這樣設備的 塑化輸運能力強烈依賴於物料與金屬料筒內表面之間的摩擦力和物料內摩擦 力。所以目前在螺杆機械中通常釆取在料筒上開槽以增加與物料的摩擦力、增 大螺杆的長徑比、優化螺杆結構等措施可以在一定程度上解決上述問題，但這 些措施往往都會造成物料的熱機械歷程加長、能耗增加、設備結構體積龐大等 缺陷。
高分子材料的電磁動態成型加工設備在一定程度上縮短了成型加工過程物 料的熱機械歷程、降低了能耗，但其本質上仍然是基於剪切流變的螺杆塑化輸 運設備，無法從根本上解決塑化輸運能力依賴於物料與金屬料筒內表面之間的 摩擦力和物料內摩擦力的問題，因此，其降低能耗和提高塑化輸運能力的程度 有限。
葉片塑化輸送單元及由其組成的高分子材料輸運設備首次真正意義上實現 了正應力起主要作用的物料塑化輸運、體積小、能耗低。所謂的葉片塑化輸送 單元是採用具有圓柱內腔的空心定子、置於定子內腔中並與定子偏心的圓柱形轉子、布置於轉子的徑向矩形通孔中若干沿轉子圓周方向均勻分布的葉片以及 在定子兩側布置並與定子同心安裝的擋料盤等零件組成的空間可變的塑化輸送 單元。這種塑化輸運設備主要是通過正應力實現對物料的塑化輸運，即主要採
用拉伸流變實現物料的塑化輸運，而剪切作用小；目前廣泛應用的螺杆輸運設 備對物料的塑化輸運則以剪切為主，拉伸作用小；所以說，這兩種塑化輸運系 統對高分子材料的加工都僅僅採用某一種手段(拉伸或剪切)，都沒有能夠發揮 兩種加工手段的綜合優勢。迄今為止，還沒有能夠有效融合拉伸和剪切這兩種 技術的高分子材料塑化輸運設備。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種在髙分子塑化輸運過程中對物料 同時進行拉伸和剪切的基於拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為基於拉伸流變與剪切流 變的高分子材料塑化輸運裝置，包括設置在同一根傳動軸上至少一個塑化輸 運單元，所有塑化輸運單元串接一起，每個塑化輸運單元包括活動穿設在傳 動軸上的進料盤、排料盤以及固定在傳動軸上的擠壓盤，擠壓盤位於進料盤和 排料盤之間，進料盤和排料盤的內側端面上分別開設有相互配合的由淺至深、 再由深至淺的環形槽，進料盤上設置有進料口，排料盤上設置有出料口，並且 進料口與出料口相互錯開，擠壓盤上沿周向均勻布置有至少三個矩形通孔，每 個矩形通孔中設置有齒形推桿，每個齒形推桿與相應的矩形通孔之間留有過料 通道，並且所有齒形推桿的兩端被進料盤與排料盤所約束。
所述的擠壓盤上沿周向均勻布置有四個矩形通孔。
本發明的有益效果是本發明採用進料盤、排料盤以及置於進料盤、排料 盤之間的擠壓盤和布置於擠壓盤矩形通孔內沿圓周方向均勻分布的若干齒形推 杆組成塑化輸送單元。進料盤和排料盤的內端面、擠壓盤的兩端面及若干齒形 推桿構成的空間，擠壓盤在傳動軸帶動下旋轉時，齒形推桿由於受進料盤和排 料盤內端面的約束而在擠壓盤矩形通孔內作軸嚮往復移動，致使上述空間容積由小到大、再由大到小周期性變化，處於該空間的物料主要受到兩方面作用
① 該空間容積由小變大時，物料被逐漸納入，該空間容積由大變小時物料 被研磨、壓實、排氣，並在來自外輔加熱作用下熔融塑化並被排出，實現物料 在很短的熱機械歷程內完成塑化輸運過程。該空間容積在由小到大、再由大到 小變化時，物料的流動和變形所通過的截面積也由小到大、再由大到小周期性 變化，物料的速度梯度與其流動和變形方向一致，這種流動和變形主要是正應 力支配，可以認為是基於拉伸流變的塑化輸運過程；
② 由於擠壓盤旋轉、進料盤和排料盤靜止，位於上述空間中的物料同時還 受到剪切作用，這種剪切力大小可變、且與上述空間容積的變化相反。
位於上述空間中的物料同時受到正應力和剪切應力的聯合作用，而且所受 到的正應力和剪切應力的大小呈周期性動態變化，所以這種塑化輸運單元被定 義為複合動態塑化輸運單元。
相對於單純的拉伸流變單元或剪切流變單元，複合動態塑化輸運單元對物 料塑化、混煉效果更好、物料的熱機械歷程更短、能耗更低。多個複合動態塑 化輸運單元的串聯疊加可以組合成全複合動態塑化輸送擠出機，複合動態塑化
輸運單元與各種螺杆擠壓單元或各種柱塞注射單元可以組合成各種擠出機或注 射機的複合動態塑化注射裝置。
本發明解決了螺杆塑化輸運過程中物料的塑化與輸運主要依賴於物料與金屬 料筒內表面之間的摩擦力與物料內摩擦力的問題和葉片塑化輸運單元只能提供 單純的拉伸流變問題。與螺杆塑化輸運技術及設備相比，具有如下優點
1、 完成塑化輸運過程所經歷的熱機械歷程大大縮短，塑化輸運能耗降低；
2、 塑化輸運靠特定形狀的空間容積變化完成，具有完全正位移特性，效率
高；
3、 塑化輸運過程在很短的熱機械歷程內完成，相應的塑化輸運設備體積小；
4、 塑化輸運能力不依賴於物料的物理特性和物料內外部的摩擦拖曳力。 本發明與葉片塑化輸運技術與設備相比，具有如下優點1、葉片塑化輸運設備的葉片布置於轉子徑向的矩形通孔中，由於受到轉子 強度的限制，能布置於其間的葉片對數有限，而本發明中的齒形推桿沿擠壓盤 的圓周方向均勻布置，對擠壓盤的強度幾乎沒有影響，安裝齒形推桿的數量可 以完全根據物料加工的需要來定，從而保證了物料輸運的穩定性更好；
2、葉片塑化輸運設備中物料主要受正應力作用，剪切效果小。本發明的復
合動態塑化輸運設備集成了拉伸流變與剪切流變的技術優勢，位於其中的物料 同時受正應力和剪切應力聯合作用，其強度呈周期性變化，這種複合動態的加 工手段使物料塑化更快、混合效果更好，且不易降解。
圖1是本發明的剖面結構示意圖。
圖2是圖1的A-A剖面結構示意圖。
圖3是圖1的右視結構示意圖。
圖4是圖1中單個塑化輸運單元的剖面結構示意圖。
圖5是圖4的B-B剖面結構示意圖。
圖6是圖4的右視結構示意圖。
圖7是圖4的K向結構示意圖。
圖8是本發明的實際應用結構示意圖。
圖1至圖8中1、進料鬥，2、傳動軸，3、進料盤，31、進料口， 32、環 形槽，4、擠壓盤，41、過料通道，5、排料盤，51、出料口， 52、環形槽，6、 齒形推桿，7、機筒，10、集料器，11、注射油缸，12、注射活塞，13、注射料 筒，14、噴嘴。
具體實施例方式
下面結合附圖，詳細描述本發明的具體實施方案。
如圖1所示，本發明所述的基於拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸
運裝置，包括設置在同一根傳動軸2上三個塑化輸運單元即塑化輸運單元I 、
n和in，這三個塑化輸運單元i、 n和ni串接一起，塑化輸運單元i的進料口與進料鬥1相連通，塑化輸運單元II的進料口與塑化輸運單元I的出料口相連
通，塑化輸運單元ni的進料口與塑化輸運單元ii的出料口相連通，如圖4所示，
每個塑化輸運單元包括活動穿設在傳動軸2上的進料盤3、排料盤5以及固定
在傳動軸1上的擠壓盤4，擠壓盤4位於進料盤3和排料盤5之間、其兩側端面 分別與進料盤3的內側端面和排料盤5的內側端面間隙配合，其間隙通常在 0.1 0.2毫米之間，進料盤3的內側端面上開設有由淺至深(0 180度)、再由深 至淺Q80 360度)的環形槽32，排料盤5的內側端面上開設有與環形槽32相 配合的由淺至深G80 360度)、再由深至淺(0 180度)的環形槽52，這樣就 保證了環形槽32底部的任何一點沿軸向到環形槽52底部的相應點的距離相等， 進料盤3上開設有與環形槽32相通的進料口 31——參見圖2所示，排料盤5上 設置有與環形槽52相通的出料口 51——參見圖3所示，並且進料口 31與出料 口51相互錯開——參見圖6、圖7所示，擠壓盤4上沿周向均勻布置有四個矩 形通 L，每個矩形通孔中設置有齒形推桿6，每個齒形推桿6與相應的矩形通孔 之間留有過料通道41，並且所有齒形推桿6的兩端被進料盤3與排料盤5所約 束；本實施例中，塑化輸運單元I的排料盤5與、塑化輸運單元II的進料盤3 採用了一體化結構，塑化輸運單元II的排料盤5與、塑化輸運單元III的進料盤3 採用了一體化結構。實際應用時，塑化輸運單元I、 n和m的進料盤3和排料 盤5分別固定在三個機筒7上，塑化輸運單元I上裝置進料鬥1，這樣便構成了 一臺全複合動態塑化擠出機。
上述塑化輸運裝的工作過程為高分子材料在通過塑化輸運單元I 、 II和 m時，三個塑化輸運單元中的擠壓盤4在傳動軸2的帶動下旋轉，齒形推桿6 的兩端面被進料盤3和排料盤5的內側面約束於擠壓盤4的矩形通孔內作軸向 往復移動；由擠壓盤4右側端面、進料盤3的內端面以及任意兩個相鄰的齒形 推桿6圍成的空間容積由小到大、再由大到小周期性變化；當該空間由小到大 時，塑化輸運單元由進料口31進料，當該空間由大到小時，高分子材料被不斷 壓實，在壓實過程中，高分子材料同時被拉伸和剪切，並從擠壓盤4的過料通道41經排料盤5的出料口 51中排出。這樣就使得高分子材料的塑化更快、混 合效果更好，且不易降解。
如圖8所示，全複合動態塑化擠出機與主要由注射油缸ll、注射活塞12、 注射料筒13和噴嘴14構成的柱塞注射單元以及集料器10構成複合動態塑化注
射機。高分子材料經過進料鬥i、塑化輸運單元i、 n和in以及集料器10，進
入到注射料筒13中，在熔體壓力作用下，注射活塞12後退；當注射料筒13中 的儲料量達到注射製品要求的計量值時，全複合動態塑化擠出機停止塑化，注 射機的塑化計量工作結束。待注射機完成了充模、保壓工序之後，在制品冷卻 階段，全複合動態塑化擠出機開始塑化，注射機開始下一個製品成型周期。
權利要求
1.基於拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置，其特徵在於包括設置在同一根傳動軸上至少一個塑化輸運單元，所有塑化輸運單元串接一起，每個塑化輸運單元包括活動穿設在傳動軸上的進料盤、排料盤以及固定在傳動軸上的擠壓盤，擠壓盤位於進料盤和排料盤之間，進料盤和排料盤的內側端面上分別開設有相互配合的由淺至深、再由深至淺的環形槽，進料盤上設置有進料口，排料盤上設置有出料口，並且進料口與出料口相互錯開，擠壓盤上沿周向均勻布置有至少三個矩形通孔，每個矩形通孔中設置有齒形推桿，每個齒形推桿與相應的矩形通孔之間留有過料通道，並且所有齒形推桿的兩端被進料盤與排料盤所約束。
2. 根據權利求1所述的塑化輸運裝置，其特徵在於所述的擠壓盤上沿周 向均勻布置有四個矩形通孔。
全文摘要
本發明公開了一種在高分子塑化輸運過程中對物料同時進行拉伸和剪切的基於拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置，包括設置在同一根傳動軸上的至少一個塑化輸運單元，所有塑化輸運單元串接一起，每個塑化輸運單元包括進料盤、排料盤以及置於進料盤、排料盤之間的擠壓盤和布置於擠壓盤矩形通孔內沿圓周方向均勻分布的若干齒形推桿。多個塑化輸運單元的串聯疊加可以組合成全複合動態塑化輸送擠出機，塑化輸運單元與各種螺杆擠壓單元或各種柱塞注射單元可以組合成各種擠出機或注射機的複合動態塑化注射裝置。
文檔編號B29B7/34GK101628453SQ20091014448
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月9日 優先權日2009年8月9日
發明者武停啟 申請人:江蘇維達機械有限公司