專利名稱：基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高分子材料塑化加工方法與設備，具體是指基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運 方法及設備。技術背景高分子材料成型加工是高l嫩過程作業(yè)，目前普遍采用螺桿機械，如螺桿擠出機、螺桿注射 機等，但無論是擠出相關的各種制品加工，還是注射、壓延等制品加工，塑料原料都必須經(jīng)過輸 送、熔融塑化這一基本和共性的過程，這一斑呈所用能量占高OT材料加工能耗的絕大部分。在 螺桿機械中物料塑化輸運主要是靠螺桿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，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。 因此可以認為目前普遍采用的螺桿機械是基于剪切流變的高分子材料螺桿塑化輸運設備，無可避 免地存在塑化輸運能力強烈依賴于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內摩擦力的問題。這 兩類問題又依賴于物料自身的物理性能和過程作業(yè)工藝條件。在螺桿機械中通常采M料筒的固 體輸送段開槽以增加與物料的摩擦力、增大螺桿長徑比、優(yōu)化螺桿結構等措施可以在一定程度上 解決上述問題。但這些措施又勢必造成物料塑化ifg所經(jīng)歷的熱機械歷程加長、能耗增加、設備 結構體積大等缺陷。高分子材料動態(tài)成型加工設備在一定程度上縮短了成型加工過程中物料所經(jīng)歷的熱機械歷 程，降低了成型加工過程中物料的流動阻力，從而使得塑化輸運能耗降低、塑化能力提高。但高 分子材料動態(tài)成型加工機械本質上還是基于剪切流變的螺桿塑化輸運設備，無法從根本上解決塑 化輸運能力依賴于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內摩擦力的問題，因此，其降低塑化 輸運能耗與提高塑化輸運能力的空間也很有限。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于 —種基于拉伸流變的高^^材料塑化輸運方法，以解決高分子材料成 型加工過程中物料經(jīng)歷的熱機械歷程長、育繼高的問題。本發(fā)明的目的還在于J!i共實m0f述方法的一種基于拉伸流變的高^T材料塑化輸運設備。本發(fā)明的一種基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運方法是利用一組具有確定幾何形狀的空 間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時納入物料，容積變小時壓 實、塑化并排出物料，實現(xiàn)正應力起主要作用的物料塑化輸運。實現(xiàn)上述方法的一種設備結構如下采用具有圓柱內腔的空心定子、置于定子內腔中并與定 子偏心的圓柱形轉子、布置在轉子的徑向矩形截面通孔中若干沿轉子圓周方向均勻分布的葉片以 及在定子兩側布置并與定子同心安裝的擋料盤等零件組成一個葉片塑化輸運單元。該葉片塑化輸 運單元中，轉子與定子的偏心距可以調整改變，其值大于0小于定子內腔半徑與轉子半徑之差； 定子內表面、轉子外表面、兩葉片及兩擋料盤圍成了上述方法中提至啲具有確定幾何微的空間， 轉子旋轉時，在轉子直徑上的一對葉片由于夕卜側頂面受定子的內表面約束在轉子徑向矩形截面通 孔內往復移動，致使上述的空間容積由小到大再由大到小周期性變化；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在正應力的主要作用下被研磨、壓實、排氣，同時在 來自定子的外加熱輔助作用下熔融塑化并被排出，實現(xiàn)物料在很短的熱機械歷程內完成塑化輸運 過程。在該空間容積由小到大再由大到小周期性變化時，物料在流動和變形過程中通過的截面積 也由小到大再由大到小周期性變化，因此物料的皿梯度與其流動和變形方向一致，這種流動與 變形主要受正應力支配，可以認為這是基于拉伸流變的葉片塑化輸運過程。多個葉片輸送塑化單 兀串聯(lián)疊加可以組合成全葉片塑化輸運擠出機，葉片塑化輸運單元與各種螺桿擠壓單元或各種柱 塞注射單元可以組合成各種擠出機皿射機的葉片塑化注射裝置。本發(fā)明采用基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運方法及設備，解決了螺桿塑化輸運過程中塑 化能力主要依賴物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內摩擦力的問題，與螺桿塑化輸運技術 及設備相比，具有如下優(yōu)點1、 完成塑化輸^l禾if 經(jīng)歷的熱機械歷程大大縮短，塑化輸運會雜斷氐；2、 .塑化輸縫特定微的空間容積變化完成，具有完全正位移特性，效率提高；3、 塑化輸3til程在很短的熱機械歷程內完成，相應的塑化輸運設備^f只縮??；4、 塑化輸運能力不 于物料的物理特性，塑化輸運穩(wěn)定性提高，對物料適應性提高。


圖1為從擋料盤缺口納入物料的葉片塑化輸運單元結構示意圖；圖2為從擋料盤缺口納入物料的葉片塑化輸運單元的A——A剖視圖；圖3為從定子缺口納入物料的葉片塑化ilM單元結構示意圖；圖4為從定子缺口納入物料的葉片塑化輸運單元的B_—B剖視圖；圖5為全葉片塑化擠出機結構示意圖； 圖6為全葉片塑化擠出機C— —C咅l艦圖； 圖7為葉片、螺桿組合塑化擠出機結構示意圖；圖8為葉片塑化注射裝置結構示意圖。具體實船式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施 例表述的范圍。實施例1參考圖l、圖2，葉片塑化輸運單元主要由具有圓柱內腔的空心定子l、置于定子l內腔中并 與定子1偏心的圓柱形轉子2、布置在轉子2的徑向矩 面通孔中兩對沿轉子2圓周方向均勻分 布的葉片3、布置在轉子兩側的擋料盤4和擋料盤5等組成。轉子2偏心安裝在空心定子1中，轉 子2與定子1的偏心量可以調整，其{|^于0小于定子內腔半徑與轉子半徑之差，葉片3成X寸安 裝在轉子2的徑向矩麟面通孔中，兩葉片內側底面相互繊，夕卜部頂面與定子的內表面,。 當轉子2逆時針方向旋轉時，在轉子2直徑上的一對葉片3由于外側頂面受定子1的內表面約束 在轉子徑向矩麟面通 L內往復移動，致使定子l內表面、轉子2外表面、葉片3、擋料盤4和擋 料盤5圍成的空間容積由小變大再由大變小周期性變化。在葉片3逐漸移出轉子2的區(qū)域C內， 容積由小變大；在葉片3逐 入轉子2的區(qū)域0內，容積由大變小。當容積由小變大時可以通 過擋料盤4上的進料缺口 A納入高^T材料，容積由大變小時，物料在正應力的主要作用下被研 磨、壓實、排氣、塑化，同時在來自定子的夕卜加熱輔助作用下塑化熔融，并由擋料盤5上的出料缺口B排出。
參考圖3與圖4，容積由小變大時ffi3i定子l上的進料口M納入物料；容積由大變小時，物
料在拉(壓)應力的主要作用下被研磨、壓實、排氣，同時在來自定子的外加熱輔助作用下塑化
熔融，并由擋料盤5上的出料缺口B排出。 實施例2
參考圖5與圖6，全葉片塑化擠出機主要由葉片塑化輸運單元I、 n、 m和驅動軸i、料斗2、
過渡套3、分流器4等##組成。葉片塑化輸運單元i、 n、 m串聯(lián)疊加安裝。塑化輸運單元i的
擋料盤5與塑化輸運單元II的擋料盤4同心固定連接，塑化輸運單元II的擋料盤5與塑化輸運 單元III的擋料盤4同心固定連接，迚渡套8與塑化輸運單元m的擋料盤5同軸固定連接。塑化 輸運單元I的定子1相對于轉子2的偏心方向與塑化,單元II的定子1相對于轉子2的偏心方 向相反，塑化輸運單元III的定子1相對于轉子2的偏心方向與塑化輸運單元II的定子1相對于 轉子2的偏心方向相反。各塑化輸運單元的轉子2同軸固定連接，驅動軸1與塑化輸運單元I的轉 子2同軸固定連接。分流器4被置于過渡套3的圓柱內腔中并與塑化輸運單元III的轉子2同軸固 定連接。料斗2被固定安裝在塑化輸運單元I的定子1上。塑化輸運單元I的擋料盤5上的出料缺 口 B與塑化輸運單元II的擋料盤4上的進料缺口 A相iiil,塑化輸運單元II的擋料盤5上的出 料缺口 B與塑化輸運單元III的擋料盤4上的進料缺口 A相3iM。驅動軸1帶動塑化輸運單元I、 n、 m的轉子2旋轉時，來自料斗2的物料被納入葉片塑化tf3i單元I，經(jīng)塑化后依次進入塑化輸
運單元n、 m中被進一步塑化和均化，再經(jīng)連接在過渡套3上的模具擠出、冷卻、定型得到制品。
實施例3
參考圖7，葉片、螺桿組合塑化擠出機主要由葉片塑化單元I、螺桿擠壓單元II和驅動軸1、
料斗2等零件組成，其中，螺桿擠壓單元II由料筒3、螺桿4組成。葉片塑化輸運單元I和螺桿
擠壓單元II串聯(lián)疊加安裝，螺桿擠壓單元II的料筒3與葉片塑化單元I的擋料盤5同軸固定連接，
螺桿擠壓單元II的螺桿4與葉片塑化單元I的轉子2同軸固定連接3，驅動軸1與塑化輸運單元I
的轉子2同軸固定連接。料斗2被固定安裝在塑化輸運單元I的定子1上。驅動軸1帶動塑化輸運單元I的轉子2和螺桿擠壓單元n的螺桿4旋轉時來自料斗2的物料被納入葉片塑化輸運單元I， 經(jīng)塑化后iSA螺桿擠壓單元II中進一步塑化和均化，再經(jīng)連接在螺桿擠壓單元II的料筒3上的 模具擠出、冷卻、定型得到制品。
實施例4
參考圖8，葉片塑化注射裝置主要由全葉片塑化擠出機i、柱塞注射單元n和集料器i組成，
其中，柱塞注射單元由注射油缸2、注射活塞3、注射料筒4、噴嘴5等零件組成。集料器l的進 料端面與全葉片塑化擠出機I的過度套3上的出料端面固定連接，集料器1的出料端面與柱塞注射 單元n的注射料筒4的進料端面固定連接。由全葉片塑化擠出機I塑化好的熔體經(jīng)過集料器1進
入柱塞注射單元n的注射料筒4中，在熔體的壓力下柱塞注射單元n的注射活塞3后退，當柱塞 注射單元n的注射料筒4中儲料駄至勝射制品要求的計量值時全葉片塑化擠出機i停止塑化， 注射機的塑化計量工序結束。待注射機完成充模、保壓工序后，在制品冷卻階段全葉片塑化擠出 機i開始塑化，注射機開始制品成型的新一個周期。
權利要求
1、一種基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運方法，其特征在于通過一組具有確定幾何形狀的空間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時納入物料，容積變小時壓實、塑化并排出物料，實現(xiàn)正應力起主要作用的物料塑化輸運。
2、 一種實現(xiàn)權利要求l所述方法的設備，其特征在于由一個或一個以上葉片塑化輸運單元組 合構成，所述葉片塑化輸運單元主要由具有圓柱內腔的空心定子(1)、圓柱形轉子(2)、葉片(3)、 擋料盤(4)和擋料盤(5)構成，其中轉子(2)置于定子(1)的內腔并與定子(1)偏心，若干葉 片(3)沿圓周方向均布在轉子(2)的徑向矩,面通孔中，定子(1)兩側分別設擋料盤(4) 和擋料盤(5)。
3、 根據(jù)權利要求2所述的設備，辦征在于轉子(2)與定子(1)的偏心量(e)可調，范 圍在大于O小于定子(1)內腔半徑與轉子(2) ^&t差之間。
4、 根據(jù)權利要求2所述的設備，，征在于葉片(3)在轉子(2)直，ii:成對布置，不少于 兩對， 一對葉片(3)的總高度小于定子(1)圓柱內fl空直徑，兩葉片(3)內側底面相互接觸，轉 子(2)旋轉時兩葉片(3)外側頂面受定子(1)的內表面約束在轉子(2)的徑向矩形截面通孔 內往復移動。
5、 根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于轉子(2)旋轉時，由定子(1)內表面、轉子(2) 外表面、葉片(3)、擋料盤(4)和擋料盤(5)圍成的空間容積由小變大再由大變小周斯性變化。
6、 根據(jù)權利要求2所述的設備，辦征在于定子(1)兩偵怖置的擋料盤(4)和擋料盤(5) 上分別開設有進料缺口 (A)和出料缺口 (B)，進料缺口 (A)對應于葉片(3)逐漸移出轉子(2) 的區(qū)域(C)，出料缺口 (B)對應于葉片(3)逐漸移入轉子(2)的區(qū)域(D)。
7、 根據(jù)權利要求2所述的設備，，征在于定子(1) 一頓怖置的擋料盤(5)上開設有出料缺 口 (B)，定子(1)上開設有進料口 (AA)，并艦應于葉片(3)逐繊出轉子(2)的區(qū)域(C)。
8、 根據(jù)權利要求2戶;M的設備，其特征在于多個葉片塑化輸運單元可疊加組合成擠出機。
9、 根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于葉片塑化輸運單元可與各種螺桿擠壓單元或各 種柱塞注射單元組合成擠出機或注射機的葉片塑化S^t裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運方法及設備。通過一組具有確定幾何形狀的空間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時納入物料，容積變小時壓實、塑化并排出物料，實現(xiàn)正應力起主要作用的物料塑化輸運。由具有圓柱內腔的定子、置于定子內腔中并與定子偏心的轉子、布置在轉子的直徑方向并沿圓周方向均勻分布的若干葉片和布置在定子兩側的擋料盤組成葉片塑化輸運單元。定子內表面、轉子外表面、兩葉片及兩擋料盤圍成上述具有確定幾何形狀的空間。葉片塑化輸運單元可與各種螺桿擠壓單元或各種柱塞注射單元組合成擠出機或注射機的葉片塑化注射裝置，具有物料熱機械歷程短、能耗低、適應性廣以及體積小等特點。
文檔編號B29B7/00GK101219565SQ20081002605
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權日2008年1月25日
發(fā)明者瞿金平 申請人:華南理工大學