專(zhuān)利名稱(chēng)：高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料塑化加工方法與設(shè)備，具體是指一種高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
高分子材料塑化加工目前主要采用的是基于剪切形變的塑化輸運(yùn)方法，所采用的設(shè)備是以螺桿機(jī)械為主。螺桿機(jī)械在塑化加工過(guò)程中依靠螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)物料的拖曳作用，物料的速度梯度與其流動(dòng)變形方向垂直。這種加工方法通常存在著產(chǎn)量低、壓力波動(dòng)較高、溫度波動(dòng)和產(chǎn)量波動(dòng)較大等問(wèn)題，直接導(dǎo)致制品尺寸波動(dòng)和性能下降以及對(duì)物料適應(yīng)性窄等缺陷。通過(guò)一定的理論研究，對(duì)常規(guī)螺桿進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，螺桿機(jī)械是基于剪切流變的塑化輸運(yùn)設(shè)備，其塑化輸運(yùn)的能力依然強(qiáng)烈依賴(lài)于物料的物理性能，其塑化輸運(yùn)性能的提升空間有限。高分子材料動(dòng)態(tài)塑化成型加工方法與設(shè)備是基于以上問(wèn)題而提出的創(chuàng)新性的塑化加工方法與設(shè)備。與改變螺桿長(zhǎng)徑比以及改變螺桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑化加工過(guò)程的優(yōu)化不同，高分子材料動(dòng)態(tài)塑化成型方法是一種基于動(dòng)態(tài)剪切流變的新的塑化加工方法，是將振動(dòng)力場(chǎng)引入塑料塑化加工全過(guò)程。采用該方法與設(shè)備相比傳統(tǒng)螺桿設(shè)備縮短了熱機(jī)械歷程、降低了加工能耗、提高了制品性能以及增強(qiáng)了對(duì)物料的適應(yīng)能力。但是該方法的本質(zhì)還是基于剪切流變的螺桿塑化輸運(yùn)設(shè)備，無(wú)法從根本上解決塑化輸運(yùn)能力依賴(lài)于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的問(wèn)題，因此，其降低塑化輸運(yùn)能耗與提高塑化輸運(yùn)能力的空間也很有限。高分子材料葉片塑化擠出機(jī)是一種基于拉伸流變的高分子塑化輸運(yùn)設(shè)備，該設(shè)備的塑化輸運(yùn)機(jī)理是基于拉伸流變作用下的一種全新塑化輸運(yùn)方法，具有物料熱機(jī)械歷程短、能耗低、適應(yīng)性廣以及體積小等特點(diǎn)。但是由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備安裝比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積拉伸形變作為支配作用的高分子材料塑化輸運(yùn)方法，以解決高分子材料加工過(guò)程中、能耗高、效率低、對(duì)物料適應(yīng)性差等問(wèn)題。本發(fā)明的目的還在于提供實(shí)現(xiàn)上述方法的斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)設(shè)備。本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)方法物料在由定子內(nèi)壁、置于定子內(nèi)腔中并與定子偏心的轉(zhuǎn)子外壁、布置在轉(zhuǎn)子表面斜面溝槽中的滾柱、兩端擋料板圍成的封閉空間中隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期性變化而受到拉伸形變支配作用被塑化輸運(yùn)。實(shí)現(xiàn)所述方法的高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)設(shè)備由一個(gè)或者多個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元組合構(gòu)成，所述斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元主要由圓柱內(nèi)腔的空心定子、圓柱形滾柱、圓柱形轉(zhuǎn)子、第一擋板和第二擋板構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子置于定子內(nèi)腔并與定子偏心設(shè)置，多個(gè)滾柱均勻分布于開(kāi)設(shè)在轉(zhuǎn)子表面上的斜面溝槽中，定子兩側(cè)分別設(shè)第一擋板和第二擋板；第一擋板或第二擋板設(shè)有進(jìn)料缺口或出料口 ；多個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元中的前一個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元的第一擋板與后一個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元的第二擋板連接。所述轉(zhuǎn)子與定子的偏心量大于0，小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差。進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子與定子的偏心量大于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差的二分之一，小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差。在轉(zhuǎn)子上沿圓周均勻分布開(kāi)設(shè)3個(gè)以上斜面溝槽。本發(fā)明轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在物料的阻力和轉(zhuǎn)子斜面溝槽的斜面反推力作用下，滾柱做與定子內(nèi)表面相切的行星滾動(dòng)；由定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、滾柱以及兩個(gè)擋板形成一個(gè)空間容積，在滾柱做與定子內(nèi)表面相切的行星滾動(dòng)過(guò)程中，該空間容積由小到大再由大到小周期性變化；該容積由小到大變化時(shí)，物料的不斷納入，該空間容積由大到小變化時(shí)物料在正應(yīng)力的主要作用下被研磨、壓實(shí)、排氣，同時(shí)在來(lái)自定子的外加熱輔助作用下熔融塑化并被排除，實(shí)現(xiàn)物料的塑化輸運(yùn)過(guò)程。多個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元串聯(lián)疊加可以組合成擠出機(jī)，斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元可與各種螺桿擠壓?jiǎn)卧蚋鞣N柱塞注射單元組合成擠出機(jī)或者注射機(jī)的斜面滾柱塑化注射裝置。本發(fā)明采用了斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備，解決了螺桿塑化輸運(yùn)設(shè)備主要依賴(lài)物料與料筒表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦力來(lái)進(jìn)行加工的方法，與傳統(tǒng)的螺桿塑化輸運(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(guò)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)過(guò)程是由體積周期性變化的體積拉伸形變支配作用，對(duì)物料適應(yīng)性廣，塑化輸運(yùn)效率高


圖1為高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A-A向剖視圖；圖3為實(shí)施例1的高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)設(shè)備應(yīng)用于擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖4為圖3中B-B向的剖視圖；圖5為實(shí)施例2的螺桿斜面滾柱塑化擠出機(jī)應(yīng)用于注射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例所表述的范圍。實(shí)施例1參考圖1、圖2，高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)設(shè)備為斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元，主要是由具有圓柱內(nèi)腔的空心定子1、置于定子I內(nèi)腔中并與定子I偏心的圓柱形的轉(zhuǎn)子3，布置在轉(zhuǎn)子3斜面溝槽4中的滾柱2，以及布置在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的第一擋板5和第二擋板6等組成。轉(zhuǎn)子3偏心安裝在空心定子I中，轉(zhuǎn)子3與定子I的偏心量可以調(diào)整，其值大于0小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差，優(yōu)選轉(zhuǎn)子與定子的偏心量大于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差的二分之一，小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差。滾柱2安裝在轉(zhuǎn)子上沿圓周均勻分布的三個(gè)以上斜面溝槽4中，滾柱2軸線與轉(zhuǎn)子3軸線平行且滾柱2表面與轉(zhuǎn)子3斜面溝槽4的斜面相切。當(dāng)轉(zhuǎn)子3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱2在物料的阻力和轉(zhuǎn)子3斜面溝槽4的斜面反推力作用下，滾柱2做與定子I內(nèi)表面相切的行星滾動(dòng)，從而由定子I內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子3外表面、滾柱2以及第一擋板5和第二擋板6形成一個(gè)空間容積，該容積做周期性變化。當(dāng)容積由小變大時(shí)可以通過(guò)第一擋板5上的進(jìn)料缺口 A納入物料，容積由大變小時(shí)，物料在正應(yīng)力的主要作用下被研磨、壓實(shí)、排氣、塑化，同時(shí)在來(lái)自定子的外加熱輔助作用下塑化熔融，并由第二擋板6上的出料口 B排出。實(shí)施例2如圖3和圖4所示，螺桿斜面滾柱塑化擠出機(jī)主要由螺桿擠壓?jiǎn)卧?、斜面滾柱塑化單元I1、II1、IV和驅(qū)動(dòng)軸1、料斗2、分流器5和過(guò)渡套6組成。其中螺桿擠壓?jiǎn)卧狪包括螺桿3和料筒4 ;螺桿擠壓?jiǎn)卧狪與斜面滾柱塑化單元I1、II1、IV串聯(lián)疊加安裝；即螺桿擠壓?jiǎn)卧狪與斜面滾柱塑化單元I1、II1、IV從右到左依次設(shè)置。斜面滾柱塑化單元I1、II1、IV的轉(zhuǎn)子都與螺桿3同軸固定連接，螺桿3與驅(qū)動(dòng)軸I同軸固定連接。料斗2固定在螺桿擠壓?jiǎn)卧狪的料筒4上，斜面滾柱塑化單元II的第一擋板與螺桿擠壓?jiǎn)卧狪的料筒4同心固定連接，斜面滾柱塑化單元III的第一擋板與斜面滾柱塑化單元II的第二擋板同心固定連接，斜面滾柱塑化單元IV的第一擋板與斜面滾柱塑化單元III的第二擋板同心固定連接，過(guò)渡套6與斜面滾柱塑化單元IV的第二擋板同軸固定連接。斜面滾柱塑化單元II的定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心方向與斜面滾柱塑化單元III的定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心方向相反，斜面滾柱塑化單元IV的定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心方向與斜面滾柱塑化單元III的定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心方向相反。分流器5被置于過(guò)渡套6的圓腔內(nèi)并與斜面滾柱塑化單元IV的轉(zhuǎn)子同軸固定連接。斜面滾柱塑化單元II的第二擋板上的出料口與斜面滾柱塑化單元III的第一擋板上的進(jìn)料口相連通，斜面滾柱塑化單元III的第二擋板上的出料口與斜面滾柱塑化單元IV的第一擋板上的進(jìn)料口相連通。驅(qū)動(dòng)軸I帶動(dòng)螺桿擠壓?jiǎn)卧狪的螺桿和斜面滾柱塑化單元I1、II1、IV的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，來(lái)自料斗2的物料被納入螺桿擠壓?jiǎn)卧狪，經(jīng)塑化后依次進(jìn)入斜面滾柱塑化單元I1、II1、IV中進(jìn)一步塑化和均化，在經(jīng)連接在過(guò)渡套6上的模具擠出、冷卻、定型得到制品。實(shí)施例3如圖5所示，斜面滾柱塑化注射裝置主要由全斜面滾柱塑化擠出機(jī)1、柱塞注射單元II和集料器I組成；其中，全斜面滾柱塑化擠出機(jī)I結(jié)構(gòu)和工作原理完全同實(shí)施例2中的螺桿斜面滾柱塑化擠出機(jī)；柱塞注射單元II主要由注射油缸2、注射活塞3、注射料筒4和噴嘴5組成。集料器I的進(jìn)料端面與全斜面滾柱塑化擠出機(jī)I的過(guò)度套6 (見(jiàn)圖3、4)上的出料端面固定連接，集料器I的出料端面與柱塞注射單元II的注射料筒4的進(jìn)料端面固定連接。由全斜面滾柱塑化擠出機(jī)I塑化好的熔體經(jīng)過(guò)集料器I進(jìn)入柱塞注射單元II的注射料筒4中，在熔體的壓力下柱塞注射單元II的注射活塞3后退，當(dāng)柱塞注射單元II的注射料筒4中儲(chǔ)料量達(dá)到注射制品要求的計(jì)量值時(shí)全斜面滾柱塑化擠出機(jī)I停止塑化，注射機(jī)的塑化計(jì)量工序結(jié)束。待注射機(jī)完成充模、保壓工序后，在制品冷卻階段全斜面滾柱塑化擠出機(jī)I開(kāi)始塑化，注射機(jī)開(kāi)始制品成型的新一個(gè)周期。
權(quán)利要求
1.一種高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)方法，其特征在于物料在由定子內(nèi)壁、置于定子內(nèi)腔中并與定子偏心的轉(zhuǎn)子外壁、布置在轉(zhuǎn)子表面斜面溝槽中的滾柱、兩端擋料板圍成的封閉空間中隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期性變化而受到拉伸形變支配作用被塑化輸運(yùn)。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)設(shè)備，其特征在于由一個(gè)或者多個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元組合構(gòu)成，所述斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元主要由圓柱內(nèi)腔的空心定子(I)、圓柱形滾柱(2)、圓柱形轉(zhuǎn)子(3)、第一擋板(5)和第二擋板(6)構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子(3)置于定子(I)內(nèi)腔并與定子(I)偏心設(shè)置，多個(gè)滾柱均勻分布于開(kāi)設(shè)在轉(zhuǎn)子表面上的斜面溝槽(4)中，定子(I)兩側(cè)分別設(shè)第一擋板(5)和第二擋板(6);第一擋板(5)或第二擋板(6)設(shè)有進(jìn)料缺口或出料口 ；多個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元中的前一個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元的第一擋板(5)與后一個(gè)斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元的第二擋板(6)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(3)與定子(I)的偏心量(e)大于O小于定子(I)內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子(3)半徑之差。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述轉(zhuǎn)子與定子的偏心量(e)大于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差的二分之一，小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于在轉(zhuǎn)子(3)上沿圓周均勻分布開(kāi)設(shè)3個(gè)以上斜面溝槽(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了高分子材料斜面滾柱體積拉伸流變塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備。利用定子內(nèi)孔與轉(zhuǎn)子偏心，滾柱被置于轉(zhuǎn)子上沿圓周均勻分布的多個(gè)斜面溝槽中，滾柱軸線與轉(zhuǎn)子軸線平行且滾柱表面與轉(zhuǎn)子斜面溝槽的斜面相切，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在物料的阻力和轉(zhuǎn)子斜面溝槽的斜面反推力作用下，滾柱做與定子內(nèi)表面相切的行星滾動(dòng)，在定子、轉(zhuǎn)子和滾柱圍成的空間中的物料，由于體積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期性變化而受到體積拉伸形變支配作用被塑化輸運(yùn)。實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)單元為斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元，斜面滾柱塑化輸運(yùn)單元可與各種螺桿擠壓?jiǎn)卧蛘吒鞣N柱塞注射單元組合成擠出機(jī)或者注射機(jī)的斜面滾柱塑化注射裝置。
文檔編號(hào)B29C45/53GK103057087SQ20121056042
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者瞿金平, 殷小春, 楊智韜, 馮彥洪, 何和智 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 廣州華新科實(shí)業(yè)有限公司