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裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到高分子材料的塑化輸運裝置，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 機械中，物料的塑化輸運主要是靠螺桿旋轉(zhuǎn)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。因此，可以認為，目前廣泛應用的螺桿機械是基于剪切流變的高分子材料塑化 輸運設(shè)備，這樣設(shè)備的塑化輸運能力強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。所以目前在螺桿機械中通常采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設(shè)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(shè)備首次真正意義上實現(xiàn)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。這種塑化輸運設(shè)備主要是通過正應力實現(xiàn)對 物料的塑化輸運，即主要采用拉伸流變實現(xiàn)物料的塑化輸運，而剪切作用??；目前廣泛應用 的螺桿輸運設(shè)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(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 化輸運設(shè)備。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供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于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(shù)問題，本實用新型采用的技術(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裝置，包括設(shè)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(shè)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，擠壓盤位于進料盤和排料盤之間，進料盤和排料盤的內(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，進料盤上設(shè)置有進料口 ，排料盤 上設(shè)置有出料口，并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(shè)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，并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。 本實用新型的有益效果是本實用新型采用進料盤、排料盤以及置于進料盤、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，齒形推桿由于受進料盤和排料盤內(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，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，并在來自外輔加熱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(nèi)
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，可以認為是基于拉伸流變的塑化輸運過程； ②由于擠壓盤旋轉(zhuǎn)、進料盤和排料盤靜止，位于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。 位于上述空間中的物料同時受到正應力和剪切應力的聯(lián)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(tài)變化，所以這種塑化輸運單元被定義為復合動態(tài)塑化 輸運單元。 相對于單純的拉伸流變單元或剪切流變單元，復合動態(tài)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。多個復合動態(tài)塑化輸運單元的串聯(lián)
疊加可以組合成全復合動態(tài)塑化輸送擠出機，復合動態(tài)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或注射機的復合動態(tài)塑化注射裝置。 本實用新型解決了螺桿塑化輸運過程中物料的塑化與輸運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單元只能提供單純的
拉伸流變問題。與螺桿塑化輸運技術(shù)及設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點 1、完成塑化輸運過程所經(jīng)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(nèi)完成，相應的塑化輸運設(shè)備體積??； 4、塑化輸運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。
本實用新型與葉片塑化輸運技術(shù)與設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點 1、葉片塑化輸運設(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)子強度的 限制，能布置于其間的葉片對數(shù)有限，而本實用新型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(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的穩(wěn)定性更好； 2、葉片塑化輸運設(shè)備中物料主要受正應力作用，剪切效果小。本實用新型的復合 動態(tài)塑化輸運設(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受正應力和剪切應力聯(lián)合作用，其強度呈周期性變化，這種復合動態(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是本實用新型的剖面結(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中單個塑化輸運單元的剖面結(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是本實用新型的實際應用結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1至圖8中1、進料斗，2、傳動軸，3、進料盤，31、進料口，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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，詳細描述本實用新型的具體實施方案。 如圖1所示，本實用新型所述的基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運 裝置，包括設(shè)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、II和III，這三 個塑化輸運單元I、 II和III串接一起，塑化輸運單元I的進料口與進料斗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III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(shè)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位于進料盤3和排料盤 5之間、其兩側(cè)端面分別與進料盤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(180 360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(180 360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 部的任何一點沿軸向到環(huán)形槽52底部的相應點的距離相等，進料盤3上開設(shè)有與環(huán)形槽32 相通的進料口 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孔，每個矩形通孔中設(shè)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，并且所有齒形推桿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I1的進料盤3采用了一體 化結(jié)構(gòu)，塑化輸運單元11的排料盤5與、塑化輸運單元111的進料盤3采用了 一體化結(jié)構(gòu)。 實際應用時，塑化輸運單元I、 II和III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上裝置進料斗l，這樣便構(gòu)成了一臺全復合動態(tài)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III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(zhuǎn)，齒形推桿6的兩端面被進料盤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)作軸向往復移動；由擠壓盤4右側(cè)端面、 進料盤3的內(nèi)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，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，全復合動態(tài)塑化擠出機與主要由注射油缸11、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)成復合動態(tài)塑化注射機。高分子材料 經(jīng)過進料斗1、塑化輸運單元I、 II和III以及集料器IO，進入到注射料筒13中，在熔體壓 力作用下，注射活塞12后退；當注射料筒13中的儲料量達到注射制品要求的計量值時，全 復合動態(tài)塑化擠出機停止塑化，注射機的塑化計量工作結(jié)束。待注射機完成了充模、保壓工 序之后，在制品冷卻階段，全復合動態(tài)塑化擠出機開始塑化，注射機開始下一個制品成型周 期。
權(quán)利要求基于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置，其特征在于包括設(shè)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(shè)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，擠壓盤位于進料盤和排料盤之間，進料盤和排料盤的內(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，進料盤上設(shè)置有進料口，排料盤上設(shè)置有出料口，并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(shè)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，并且所有齒形推桿的兩端被進料盤與排料盤所約束。
2. 根據(jù)權(quán)利求1所述的塑化輸運裝置，其特征在于所述的擠壓盤上沿周向均勻布置 有四個矩形通孔。
專利摘要本實用新型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于拉伸流變與剪切流變的高分子材料塑化輸運裝置，包括設(shè)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、排料盤以及置于進料盤、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。多個塑化輸運單元的串聯(lián)疊加可以組合成全復合動態(tài)塑化輸送擠出機，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或注射機的復合動態(tài)塑化注射裝置。
文檔編號B29C47/52GK201493971SQ20092018691
公開日2010年6月2日 申請日期2009年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月9日
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