專利名稱：一種仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料加工實(shí)驗(yàn)機(jī)，特別是一種熱塑性高分子材料加工實(shí)驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，高分子材料研究方向仍然是先進(jìn)聚合物合金、先進(jìn)聚合物共混物、生物醫(yī)用高分子材料、智能高分子材料與仿生高分子材料，以及添加阻燃、碳納米管、石墨烯、抗菌等助劑的功能高分子材料研發(fā)，因此，適合材料研發(fā)的加工實(shí)驗(yàn)機(jī)是非常需要的，但長(zhǎng)期困擾研究者所需高分子材料加工實(shí)驗(yàn)機(jī)的難題主要有三個(gè) 一是現(xiàn)有高分子材料加工實(shí)驗(yàn)機(jī)只是混合實(shí)驗(yàn)機(jī)，或只是擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)，即混合和擠出兩種操作只能在不同設(shè)備上完成。例如，混合實(shí)驗(yàn)機(jī)的種類之一是轉(zhuǎn)子型流變儀，具有很好的混合和分散功能，混合時(shí)間可任意設(shè)定，但制得的混合物無(wú)規(guī)則形狀，內(nèi)部含有大量氣泡或氣孔，不能直接作為成型材料用于成型規(guī)則形狀的樣條，且操作者易燙傷，勞力強(qiáng)度大，更不適宜女性研究者或沒有體力的人員使用；單螺桿擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)或雙螺桿擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)的擠出產(chǎn)物具有規(guī)則形狀，但混合時(shí)間只能通過(guò)螺桿轉(zhuǎn)速和長(zhǎng)徑比控制，雖然慢轉(zhuǎn)速螺桿擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)的混合時(shí)間長(zhǎng)，但慢轉(zhuǎn)速時(shí)的剪切作用低，多相體系分散混合效果差；大長(zhǎng)徑比螺桿擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)混合時(shí)間較長(zhǎng)，但設(shè)備龐大、笨重、占地面積大，操作復(fù)雜。二是高分子材料與混合室壁面發(fā)生相對(duì)滑移，影響剪切分散混合效果。三是現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)機(jī)需要消耗相當(dāng)多的原材料，限制了聚醚醚酮、聚酰亞胺等高成本和高附加值的特種高分子材料的深入研究，更限制了生物高分子材料、石墨烯和碳納米管等分散混合高分子材料的深入研究，影響了先進(jìn)高分子材料的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)程。因此，需開發(fā)一種具有混合和擠出獨(dú)立功能、高分子材料與混合室壁面不發(fā)生相對(duì)滑移、混合時(shí)間任意控制、耗材少、操作簡(jiǎn)單、耗能低、占地小、操作方便的高分子材料熔融加工混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)。發(fā)明專利ZL200510086697. X“微量混合-擠出-注射成型一體化實(shí)驗(yàn)裝置”具有混合時(shí)間可控和擠出成型規(guī)則形狀樣條的特點(diǎn)，但使用發(fā)現(xiàn)其多相分散混合效果較差，高分子材料液體或熔體與螺桿端面和混合室內(nèi)底面之間存在相對(duì)滑移，以及離心力作用導(dǎo)致高分子材料液體或熔體流向流動(dòng)場(chǎng)邊緣，影響剪切分散效果；其次，混合腔內(nèi)的空氣和揮發(fā)分不易逸散。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種更高剪切流動(dòng)場(chǎng)和更高分散混合效果、良好排除混合室內(nèi)氣體、混合時(shí)間可控、可擠出條樣、占地很小的高分子合金、高分子功能材料、高分子分散復(fù)合材料等實(shí)驗(yàn)用微量料仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明所述一種仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)由端面混合型螺桿100、混合室200、卸料閥300、手輪400、調(diào)速電機(jī)500、溫控和速控柜600組成，端面混合型螺桿100的L1段端面101與混合室200的內(nèi)底面形成磨盤混合室，如圖Ia和圖2所示，圖2中混合室的工作高度h為Omm 10mm, v表示層流速度,螺桿100與混合室200均采用不銹鋼制造。[0009]本發(fā)明所述端面混合型螺桿100的端面101設(shè)計(jì)有法向溝槽102 (圖Ib)，引用壁虎飛檐走壁及其腳趾吸附原理，在法向溝槽102之間的區(qū)域103和混合室200的內(nèi)底面201設(shè)計(jì)有31415 282740根仿壁虎腳趾微結(jié)構(gòu)的剛性絨毛104，剛性絨毛104的高30 μ m 130 μ m、直徑O. 2 μ m O. 5 μ m、間距20 μ m 50 μ m，如圖3所示，剛性絨毛增強(qiáng)高分子材料液體或熔體與圖Ia中201和圖Ib中103的表面的粘著力或高分子鏈的分子引力。這種上萬(wàn)根微小剛性絨毛的引力凝聚成一股巨大粘著力，使高分子材料液體或熔體牢牢地吸附在圖Ia中201的表面和圖Ib中103的表面，從而提高磨盤混合室的剪切和分散效果。本發(fā)明所述螺桿100的LI段外表面設(shè)計(jì)有反向螺紋槽105和平行軸線的溝槽106,反向螺紋槽105的螺旋角α為5° 30°、槽寬為O. 5mm 3mm,槽深為O. 5mm 2mm,平行于軸線的表面溝槽106的槽寬為O. Imm 3mm、槽深為O. Imm 2mm、槽長(zhǎng)等于L1，如圖4所示，螺桿100的L1段外表面上反向螺紋105可防止料流的逆流，平行軸線的溝槽106可使混合室內(nèi)氣體或揮發(fā)分逸散。本發(fā)明所述螺桿100的L1段的端面101設(shè)計(jì)有3條連接中心的法向溝槽102，法向溝槽的槽寬為O. 05mm 1mm、槽深為O. 05mm 1mm、槽長(zhǎng)等于螺桿IOOL1段的外徑D,如圖Ib和圖4所示。螺桿端面101的法向溝槽102相當(dāng)于一個(gè)磨盤，與混合室200的內(nèi)底面201形成磨盤型腔，使加工材料充分研磨和混合，混合室200內(nèi)直徑為IOmm 30mm，螺桿100的L1段外經(jīng)D為10謹(jǐn) 30謹(jǐn)，L/D比值為I 3。其次，混合室200內(nèi)直徑為10_ 30_ ;螺桿100的LI段外經(jīng)D為10_ 30_，L1ZO比值為I 3，一次混合-擠出加工原材料為O. 5g 10g，工作溫度為室溫 400°C，螺桿100的轉(zhuǎn)速為O. Irpm 300rpm。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)機(jī)安裝了具有圖I、圖3和圖4及圖5所示結(jié)構(gòu)特征的螺桿100和混合室200，以及卸料閥300、通過(guò)手輪400轉(zhuǎn)動(dòng)可上下直線移動(dòng)的調(diào)速電機(jī)500、溫控和速控柜600。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)機(jī)的螺桿100與電機(jī)500串聯(lián)在同一軸線上，串聯(lián)在同一軸線上，且同步上、下移動(dòng)。本發(fā)明一種仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)的高為400mm 800mm,底座尺寸200mmX 200mm 600mmX 600mmo

圖Ia端面混合型螺桿與混合室及其相對(duì)位置示意圖圖Ib螺桿端面結(jié)構(gòu)示意圖圖2磨盤剪切流動(dòng)場(chǎng)示意圖圖3剛性絨毛結(jié)構(gòu)示意圖[0021 ]圖4螺桿結(jié)構(gòu)示意圖圖5 (a)仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)主視示意圖圖5 (b)仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)右視示意圖具體實(shí)施方式
一種仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)的端面混合型螺桿100的L1段外經(jīng)D為20mm，混合室200的內(nèi)腔直徑20+°_2mm，L1ZD比值為I. 25，L1段外表面的反向螺紋槽105的螺旋角α為17°、槽寬為I. 5mm、槽深為Imm ;平行軸線的表面溝槽106的寬為I. 5mm、槽深為1mm、槽長(zhǎng)等于L1 ;螺桿100的L1段的端面101中的法向溝槽102的槽寬為I. 3mm、槽深為O. 8mm、槽長(zhǎng)等于D ;螺桿100中的L1段端面法向溝槽之間區(qū)域和混合室200的底部?jī)?nèi)底面201分別分布著125600根高30 μ m、直徑O. 25 μ m、間距50 μ m的人造剛性絨毛；該實(shí)驗(yàn)機(jī)由端面混 合型螺桿100、混合室200、卸料閥300、手輪400、調(diào)速電機(jī)500、溫控和速控柜600組成；該實(shí)驗(yàn)機(jī)的高為600mm,底座尺寸300mm 次混合-擠出加工聚醚醚酮/碳納米8g,工作溫度380°C，螺桿100的轉(zhuǎn)速為lOOrpm。
權(quán)利要求1.一種仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)，其特征在于該實(shí)驗(yàn)機(jī)由端面混合型螺桿(100)、混合室(200)、卸料閥(300)、手輪(400)、調(diào)速電機(jī)(500)、溫控和速控柜(600)組成，端面混合型螺桿(100)的端面(101)設(shè)計(jì)有法向溝槽(102)，法向溝槽(102)之間的區(qū)域(103)和混合室(200)的內(nèi)底面(201)設(shè)計(jì)有31415 282740根仿壁虎腳趾微結(jié)構(gòu)的剛性絨毛(104)，剛性絨毛(104)的高30 μ m 130 μ m、直徑O. 2 μ m O. 5 μ m、間距20 μ m 50 μ m，螺桿(100)的L1段外表面設(shè)計(jì)有反向螺紋槽(105)和平行軸線的溝槽(106)，反向螺紋槽(105)的螺旋角α為5° 30°、槽寬為O. 5mm 3mm,槽深為O. 5mm 2mm,平行于軸線的表面溝槽(106)的槽寬為O. Imm 3mm、槽深為O. Imm 2mm、槽長(zhǎng)等于L1,螺桿(100)的L1段的端面(101)設(shè)計(jì)有3條連接中心的法向溝槽(102)，法向溝槽的槽寬為O. 05mm 1mm、槽深為0.05_ 1_、槽長(zhǎng)等于螺桿(100) L1段的外徑D，螺桿端面(101)的法向溝槽(102)相當(dāng)于一個(gè)磨盤，與混合室(200)的內(nèi)底面(201)形成磨盤型腔，混合室(200)內(nèi)直徑為10mm 30mm,螺桿(100)的L1段外經(jīng)D為10mm 30mm, L1ZO比值為I 3。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種仿生混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)。該混合-擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)的螺桿端面和混合室內(nèi)底面根據(jù)壁虎腳趾微結(jié)構(gòu)剛性絨毛特征設(shè)計(jì)了仿生結(jié)構(gòu)，提高了剪切分散效果，降低高分子材料液體或熔體相對(duì)于螺桿端面和混合室內(nèi)底面的滑移，控制離心力導(dǎo)致高分子材料液體或熔體流向流動(dòng)場(chǎng)邊緣；螺桿外表面設(shè)計(jì)有反向螺紋溝槽和平行螺桿軸線的溝槽，反向螺紋溝槽限制物料流出混合室，平行螺桿軸線的螺桿表面溝槽使混合腔內(nèi)空氣和揮發(fā)分逸散。該實(shí)驗(yàn)機(jī)由端面混合型螺桿、混合事、調(diào)速電機(jī)、卸料閥和電器控制柜等部件構(gòu)成，混合時(shí)間可根據(jù)需要設(shè)定，擠出特點(diǎn)如同普通擠出機(jī)，可混合-擠出加工幾乎所有熱塑性高分子材料和填充分散高分子材料。
文檔編號(hào)B29C47/62GK202781782SQ20122026875
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者詹瑾 申請(qǐng)人:北京英博苑科技有限公司