專利名稱：基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運(yùn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到高分子材料的塑化輸運(yùn)裝置，尤其涉及到基于拉伸流變與剪 切流變的高分子材料塑化輸運(yùn)裝置。
背景技術(shù)：
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桿來完成的，螺 桿對塑料原料的輸送、熔融與塑化的過程所用能量占高分子材料加工能耗的絕 大部分。在螺桿機(jī)械中，物料的塑化輸運(yùn)主要是靠螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)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(yīng)力支配。岡此，可以認(rèn)為，目前 廣泛應(yīng)用的螺桿機(jī)械是基于剪切流變的高分子材料塑化輸運(yùn)設(shè)備，這樣設(shè)備的 塑化輸運(yùn)能力強(qiáng)烈依賴于物料與金屬料筒內(nèi)表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦 力。所以目前在螺桿機(jī)械中通常釆取在料筒上開槽以增加與物料的摩擦力、增 大螺桿的長徑比、優(yōu)化螺桿結(jié)構(gòu)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(jī)械歷程加長、能耗增加、設(shè)備結(jié)構(gòu)體積龐大等 缺陷。
高分子材料的電磁動態(tài)成型加工設(shè)備在一定程度上縮短了成型加工過程物 料的熱機(jī)械歷程、降低了能耗，但其本質(zhì)上仍然是基于剪切流變的螺桿塑化輸 運(yùn)設(shè)備，無法從根本上解決塑化輸運(yùn)能力依賴于物料與金屬料筒內(nèi)表面之間的 摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的問題，因此，其降低能耗和提高塑化輸運(yùn)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(yùn)設(shè)備首次真正意義上實(shí)現(xiàn) 了正應(yīng)力起主要作用的物料塑化輸運(yùn)、體積小、能耗低。所謂的葉片塑化輸送 單元是采用具有圓柱內(nèi)腔的空心定子、置于定子內(nèi)腔中并與定子偏心的圓柱形轉(zhuǎn)子、布置于轉(zhuǎn)子的徑向矩形通孔中若干沿轉(zhuǎn)子圓周方向均勻分布的葉片以及 在定子兩側(cè)布置并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(yùn)設(shè)備主要是通過正應(yīng)力實(shí)現(xiàn)對物料的塑化輸運(yùn)，即主要采
用拉伸流變實(shí)現(xiàn)物料的塑化輸運(yùn)，而剪切作用小；目前廣泛應(yīng)用的螺桿輸運(yùn)設(shè) 備對物料的塑化輸運(yùn)則以剪切為主，拉伸作用小；所以說，這兩種塑化輸運(yùn)系 統(tǒng)對高分子材料的加工都僅僅采用某一種手段(拉伸或剪切)，都沒有能夠發(fā)揮 兩種加工手段的綜合優(yōu)勢。迄今為止，還沒有能夠有效融合拉伸和剪切這兩種 技術(shù)的高分子材料塑化輸運(yùn)設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在髙分子塑化輸運(yùn)過程中對物料 同時(shí)進(jìn)行拉伸和剪切的基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運(yùn)裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為基于拉伸流變與剪切流 變的高分子材料塑化輸運(yùn)裝置，包括設(shè)置在同一根傳動軸上至少一個(gè)塑化輸 運(yùn)單元，所有塑化輸運(yùn)單元串接一起，每個(gè)塑化輸運(yùn)單元包括活動穿設(shè)在傳 動軸上的進(jìn)料盤、排料盤以及固定在傳動軸上的擠壓盤，擠壓盤位于進(jìn)料盤和 排料盤之間，進(jìn)料盤和排料盤的內(nèi)側(cè)端面上分別開設(shè)有相互配合的由淺至深、 再由深至淺的環(huán)形槽，進(jìn)料盤上設(shè)置有進(jìn)料口，排料盤上設(shè)置有出料口，并且 進(jìn)料口與出料口相互錯(cuò)開，擠壓盤上沿周向均勻布置有至少三個(gè)矩形通孔，每 個(gè)矩形通孔中設(shè)置有齒形推桿，每個(gè)齒形推桿與相應(yīng)的矩形通孔之間留有過料 通道，并且所有齒形推桿的兩端被進(jìn)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(gè)矩形通孔。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用進(jìn)料盤、排料盤以及置于進(jìn)料盤、排料 盤之間的擠壓盤和布置于擠壓盤矩形通孔內(nèi)沿圓周方向均勻分布的若干齒形推 桿組成塑化輸送單元。進(jìn)料盤和排料盤的內(nèi)端面、擠壓盤的兩端面及若干齒形 推桿構(gòu)成的空間，擠壓盤在傳動軸帶動下旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒形推桿由于受進(jìn)料盤和排 料盤內(nèi)端面的約束而在擠壓盤矩形通孔內(nèi)作軸向往復(fù)移動，致使上述空間容積由小到大、再由大到小周期性變化，處于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(shí)，物料被逐漸納入，該空間容積由大變小時(shí)物料 被研磨、壓實(shí)、排氣，并在來自外輔加熱作用下熔融塑化并被排出，實(shí)現(xiàn)物料 在很短的熱機(jī)械歷程內(nèi)完成塑化輸運(yùn)過程。該空間容積在由小到大、再由大到 小變化時(shí)，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(yīng) 力支配，可以認(rèn)為是基于拉伸流變的塑化輸運(yùn)過程；
② 由于擠壓盤旋轉(zhuǎn)、進(jìn)料盤和排料盤靜止，位于上述空間中的物料同時(shí)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。
位于上述空間中的物料同時(shí)受到正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的聯(lián)合作用，而且所受 到的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的大小呈周期性動態(tài)變化，所以這種塑化輸運(yùn)單元被定 義為復(fù)合動態(tài)塑化輸運(yùn)單元。
相對于單純的拉伸流變單元或剪切流變單元，復(fù)合動態(tài)塑化輸運(yùn)單元對物 料塑化、混煉效果更好、物料的熱機(jī)械歷程更短、能耗更低。多個(gè)復(fù)合動態(tài)塑 化輸運(yùn)單元的串聯(lián)疊加可以組合成全復(fù)合動態(tài)塑化輸送擠出機(jī)，復(fù)合動態(tài)塑化
輸運(yùn)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(jī)或注 射機(jī)的復(fù)合動態(tài)塑化注射裝置。
本發(fā)明解決了螺桿塑化輸運(yùn)過程中物料的塑化與輸運(yùn)主要依賴于物料與金屬 料筒內(nèi)表面之間的摩擦力與物料內(nèi)摩擦力的問題和葉片塑化輸運(yùn)單元只能提供 單純的拉伸流變問題。與螺桿塑化輸運(yùn)技術(shù)及設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 完成塑化輸運(yùn)過程所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程大大縮短，塑化輸運(yùn)能耗降低；
2、 塑化輸運(yùn)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(yùn)過程在很短的熱機(jī)械歷程內(nèi)完成，相應(yīng)的塑化輸運(yùn)設(shè)備體積??；
4、 塑化輸運(yùn)能力不依賴于物料的物理特性和物料內(nèi)外部的摩擦拖曳力。 本發(fā)明與葉片塑化輸運(yùn)技術(shù)與設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、葉片塑化輸運(yùn)設(shè)備的葉片布置于轉(zhuǎn)子徑向的矩形通孔中，由于受到轉(zhuǎn)子 強(qiáng)度的限制，能布置于其間的葉片對數(shù)有限，而本發(fā)明中的齒形推桿沿?cái)D壓盤 的圓周方向均勻布置，對擠壓盤的強(qiáng)度幾乎沒有影響，安裝齒形推桿的數(shù)量可 以完全根據(jù)物料加工的需要來定，從而保證了物料輸運(yùn)的穩(wěn)定性更好；
2、葉片塑化輸運(yùn)設(shè)備中物料主要受正應(yīng)力作用，剪切效果小。本發(fā)明的復(fù)
合動態(tài)塑化輸運(yùn)設(shè)備集成了拉伸流變與剪切流變的技術(shù)優(yōu)勢，位于其中的物料 同時(shí)受正應(yīng)力和剪切應(yīng)力聯(lián)合作用，其強(qiáng)度呈周期性變化，這種復(fù)合動態(tài)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(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖1的右視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖1中單個(gè)塑化輸運(yùn)單元的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖4的右視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是圖4的K向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1至圖8中1、進(jìn)料斗，2、傳動軸，3、進(jìn)料盤，31、進(jìn)料口， 32、環(huán) 形槽，4、擠壓盤，41、過料通道，5、排料盤，51、出料口， 52、環(huán)形槽，6、 齒形推桿，7、機(jī)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(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
如圖1所示，本發(fā)明所述的基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸
運(yùn)裝置，包括設(shè)置在同一根傳動軸2上三個(gè)塑化輸運(yùn)單元即塑化輸運(yùn)單元I 、
n和in，這三個(gè)塑化輸運(yùn)單元i、 n和ni串接一起，塑化輸運(yùn)單元i的進(jìn)料口與進(jìn)料斗1相連通，塑化輸運(yùn)單元II的進(jìn)料口與塑化輸運(yùn)單元I的出料口相連
通，塑化輸運(yùn)單元ni的進(jìn)料口與塑化輸運(yùn)單元ii的出料口相連通，如圖4所示，
每個(gè)塑化輸運(yùn)單元包括活動穿設(shè)在傳動軸2上的進(jìn)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位于進(jìn)料盤3和排料盤5之間、其兩側(cè)端面 分別與進(jìn)料盤3的內(nèi)側(cè)端面和排料盤5的內(nèi)側(cè)端面間隙配合，其間隙通常在 0.1 0.2毫米之間，進(jìn)料盤3的內(nèi)側(cè)端面上開設(shè)有由淺至深(0 180度)、再由深 至淺Q80 360度)的環(huán)形槽32，排料盤5的內(nèi)側(cè)端面上開設(shè)有與環(huán)形槽32相 配合的由淺至深G80 360度)、再由深至淺(0 180度)的環(huán)形槽52，這樣就 保證了環(huán)形槽32底部的任何一點(diǎn)沿軸向到環(huán)形槽52底部的相應(yīng)點(diǎn)的距離相等， 進(jìn)料盤3上開設(shè)有與環(huán)形槽32相通的進(jìn)料口 31——參見圖2所示，排料盤5上 設(shè)置有與環(huán)形槽52相通的出料口 51——參見圖3所示，并且進(jìn)料口 31與出料 口51相互錯(cuò)開——參見圖6、圖7所示，擠壓盤4上沿周向均勻布置有四個(gè)矩 形通 L，每個(gè)矩形通孔中設(shè)置有齒形推桿6，每個(gè)齒形推桿6與相應(yīng)的矩形通孔 之間留有過料通道41，并且所有齒形推桿6的兩端被進(jìn)料盤3與排料盤5所約 束；本實(shí)施例中，塑化輸運(yùn)單元I的排料盤5與、塑化輸運(yùn)單元II的進(jìn)料盤3 采用了一體化結(jié)構(gòu)，塑化輸運(yùn)單元II的排料盤5與、塑化輸運(yùn)單元III的進(jìn)料盤3 采用了一體化結(jié)構(gòu)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，塑化輸運(yùn)單元I、 n和m的進(jìn)料盤3和排料 盤5分別固定在三個(gè)機(jī)筒7上，塑化輸運(yùn)單元I上裝置進(jìn)料斗1，這樣便構(gòu)成了 一臺全復(fù)合動態(tài)塑化擠出機(jī)。
上述塑化輸運(yùn)裝的工作過程為高分子材料在通過塑化輸運(yùn)單元I 、 II和 m時(shí)，三個(gè)塑化輸運(yùn)單元中的擠壓盤4在傳動軸2的帶動下旋轉(zhuǎn)，齒形推桿6 的兩端面被進(jìn)料盤3和排料盤5的內(nèi)側(cè)面約束于擠壓盤4的矩形通孔內(nèi)作軸向 往復(fù)移動；由擠壓盤4右側(cè)端面、進(jìn)料盤3的內(nèi)端面以及任意兩個(gè)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(dāng)該空間由小到大 時(shí)，塑化輸運(yùn)單元由進(jìn)料口31進(jìn)料，當(dāng)該空間由大到小時(shí)，高分子材料被不斷 壓實(shí)，在壓實(shí)過程中，高分子材料同時(shí)被拉伸和剪切，并從擠壓盤4的過料通道41經(jīng)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，全復(fù)合動態(tài)塑化擠出機(jī)與主要由注射油缸ll、注射活塞12、 注射料筒13和噴嘴14構(gòu)成的柱塞注射單元以及集料器10構(gòu)成復(fù)合動態(tài)塑化注
射機(jī)。高分子材料經(jīng)過進(jìn)料斗i、塑化輸運(yùn)單元i、 n和in以及集料器10，進(jìn)
入到注射料筒13中，在熔體壓力作用下，注射活塞12后退；當(dāng)注射料筒13中 的儲料量達(dá)到注射制品要求的計(jì)量值時(shí)，全復(fù)合動態(tài)塑化擠出機(jī)停止塑化，注 射機(jī)的塑化計(jì)量工作結(jié)束。待注射機(jī)完成了充模、保壓工序之后，在制品冷卻 階段，全復(fù)合動態(tài)塑化擠出機(jī)開始塑化，注射機(jī)開始下一個(gè)制品成型周期。
權(quán)利要求
1.基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運(yùn)裝置，其特征在于包括設(shè)置在同一根傳動軸上至少一個(gè)塑化輸運(yùn)單元，所有塑化輸運(yùn)單元串接一起，每個(gè)塑化輸運(yùn)單元包括活動穿設(shè)在傳動軸上的進(jìn)料盤、排料盤以及固定在傳動軸上的擠壓盤，擠壓盤位于進(jìn)料盤和排料盤之間，進(jìn)料盤和排料盤的內(nèi)側(cè)端面上分別開設(shè)有相互配合的由淺至深、再由深至淺的環(huán)形槽，進(jìn)料盤上設(shè)置有進(jìn)料口，排料盤上設(shè)置有出料口，并且進(jìn)料口與出料口相互錯(cuò)開，擠壓盤上沿周向均勻布置有至少三個(gè)矩形通孔，每個(gè)矩形通孔中設(shè)置有齒形推桿，每個(gè)齒形推桿與相應(yīng)的矩形通孔之間留有過料通道，并且所有齒形推桿的兩端被進(jìn)料盤與排料盤所約束。
2. 根據(jù)權(quán)利求1所述的塑化輸運(yùn)裝置，其特征在于所述的擠壓盤上沿周 向均勻布置有四個(gè)矩形通孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在高分子塑化輸運(yùn)過程中對物料同時(shí)進(jìn)行拉伸和剪切的基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運(yùn)裝置，包括設(shè)置在同一根傳動軸上的至少一個(gè)塑化輸運(yùn)單元，所有塑化輸運(yùn)單元串接一起，每個(gè)塑化輸運(yùn)單元包括進(jìn)料盤、排料盤以及置于進(jìn)料盤、排料盤之間的擠壓盤和布置于擠壓盤矩形通孔內(nèi)沿圓周方向均勻分布的若干齒形推桿。多個(gè)塑化輸運(yùn)單元的串聯(lián)疊加可以組合成全復(fù)合動態(tài)塑化輸送擠出機(jī)，塑化輸運(yùn)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(jī)或注射機(jī)的復(fù)合動態(tài)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(yōu)先權(quán)日2009年8月9日
發(fā)明者武停啟 申請人:江蘇維達(dá)機(jī)械有限公司