一種基于拉伸流變的高分子材料塑化設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于拉伸流變的高分子材料塑化設備，包括具有圓柱內(nèi)腔的料筒、置于料筒內(nèi)的若干塑化片、用于調(diào)節(jié)流體在被塑化片分隔開的若干空間之間流量的凸輪環(huán)以及在料筒兩側(cè)的擋料盤和,該塑化運輸設備中，塑化片的數(shù)量至少為二，將料筒中的圓柱空腔分隔為若干空間，每片塑化片都開有一個槽與凸輪環(huán)配合，與凸輪環(huán)配合的槽是被塑化片分隔開的各個空間之間的流通口,各塑化片繞著料筒圓柱內(nèi)腔的軸心旋轉(zhuǎn)且各塑化片的旋轉(zhuǎn)速度不完全相同。凸輪環(huán)的形狀與塑化片的旋轉(zhuǎn)速度相對應，保證物料沿著塑化片的旋轉(zhuǎn)方向在被塑化片分隔開來的各個空間之間流動而逆流。本發(fā)明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。
【專利說明】一種基于拉伸流變的高分子材料塑化設備
[0001]
【技術領域】
[0002]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設備。
【背景技術】
[0003]高分子材料成型加工是高能耗過程作業(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。在螺桿機械中物料塑化主要是靠螺桿旋轉(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設備，無可避免地存在塑化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(nèi)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取對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(jié)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所經(jīng)歷的熱機械歷程加長、能耗增加，設備結(jié)構體積大等缺陷。
[0004]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，從而使得塑化能耗降低、塑化能力提高。但大部分高分子材料動態(tài)成型加工機械本質(zhì)上還是基于剪切流變的螺桿塑化設備，無法從根本上解決塑化能力依賴于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的問題，部分高分子材料動 態(tài)成型加工機械是基于拉伸流變的，能夠降低塑化能耗與提高塑化能力，但這類設備較少，且不能很好的解決螺桿塑化設備體積較大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于拉伸流變的高分子材料塑化設備，為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、能耗高的問題提供新的設備。
[0006]本發(fā)明的采用如下技術方案:
一種基于拉伸流變的高分子材料塑化設備，包括料筒、塑化片、凸輪環(huán)、位于料筒兩端的左擋料盤和右擋料盤，所述料筒具有圓柱內(nèi)腔，塑化片與料筒圓柱內(nèi)腔同軸配合，塑化片的數(shù)量為至少二，將料筒中的圓柱空腔分隔為至少四個空間，各塑化片之間同軸配合且可相對轉(zhuǎn)動，每片塑化片上都開有槽與凸輪環(huán)配合，各塑化片繞著料筒圓柱內(nèi)腔的軸心旋轉(zhuǎn)且各塑化片的旋轉(zhuǎn)速度不相同，凸輪環(huán)的形狀與塑化片的旋轉(zhuǎn)速度相對應，保證物料沿著塑化片的旋轉(zhuǎn)方向在被塑化片分隔開來的各個空間之間流動，所述左擋料盤上設置有用于排出物料的螺紋孔，以及與凸輪環(huán)固接可扳動凸輪環(huán)旋轉(zhuǎn)一定角度的扳動把手，所述塑化片分別由雙曲柄機構驅(qū)動。
[0007]進一步地，所述塑化片數(shù)量為二，包括同軸配合的第一塑化片和第二塑化片，所述第一塑化片中心凸出地設有圓柱部，所述第二塑化片中心設置有與所述圓柱部軸向滑動配合的圓柱腔，驅(qū)動塊與第二塑化片固接，第一驅(qū)動塑化片和驅(qū)動塊上的凸出圓柱可分別驅(qū)動第一塑化片和第二塑化片，驅(qū)動塊中心開有帶槽的圓孔，通過圓孔與電機連接驅(qū)動整個雙曲柄機構運動。
[0008]本發(fā)明的設備結(jié)構如下:具有圓柱內(nèi)腔的料筒、置于料筒內(nèi)的若干塑化片、用于調(diào)節(jié)流體在被塑化片分隔開的若干空間之間流量的凸輪環(huán)以及在料筒兩側(cè)的擋料盤。該塑化運輸設備中，塑化片的數(shù)量至少為2，將料筒中的圓柱空腔分隔為若干空間，每片塑化片都開有一個槽與凸輪環(huán)配合，與凸輪環(huán)配合的槽是被塑化片分隔開的各個空間之間的流通口，流通口的大小由凸輪環(huán)上的凸輪面與塑化片上的槽的間隙決定。各塑化片繞著料筒圓柱內(nèi)腔的軸心旋轉(zhuǎn)且各塑化片的旋轉(zhuǎn)速度不完全相同，料筒圓柱內(nèi)腔中被塑化片分隔開來的各個空間按照一定的規(guī)律變化著。塑化片的旋轉(zhuǎn)速度能夠保證被塑化片分隔開來的某一個空間容積增大時相鄰的空間容積減小。凸輪環(huán)上的凸輪面能夠保證物料沿著塑化片的旋轉(zhuǎn)方向在被塑化片分隔開來的各個空間之間流動而逆流。當某一空間的容積在塑化片旋轉(zhuǎn)速度的變化下由大變小時，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精助作用下熔融塑化并被通過凸輪環(huán)上的凸輪面與塑化片上的槽的間隙流向下一個空間，實現(xiàn)物料在很短的熱機械歷程內(nèi)完成塑化過程。當空間容積由小變大時，上一個空間的容積正由大變小，此時物料被納入。在某一空間容積由大到小再由小到大周期性變化時，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，因此物料的速度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塑化過程。該塑化設備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葉片塑化注射裝置。
[0009]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高分子材料基于拉伸流變進行塑化和輸運，解決了螺桿塑化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(nèi)摩擦力的問題，與螺桿塑化技術及設備相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(1)完成塑化過程所經(jīng)歷的熱機械歷程大大縮短，塑化能耗降低；
(2)塑化靠空間容積變化完成，具有完全正位移特性，效率提高；
(3)塑化過程在很短的熱機械歷程內(nèi)完成，且能循環(huán)塑化高分子材料，大大縮小了塑化設備的體積；
(4)塑化能力不依賴于物料的物理特性，塑化穩(wěn)定性提高，對物料適應性提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明拆除料筒立體圖。
[0011]圖2為本發(fā)明塑化片分解圖。
[0012]圖3為本發(fā)明塑化過程狀態(tài)圖。
[0013]圖4為本發(fā)明一種驅(qū)動方式原理圖；
圖5為本發(fā)明的驅(qū)動塊主視示意圖?！揪唧w實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述。
實施例
如圖1?5所示，塑化運輸設備具有圓柱內(nèi)腔的料筒1、置于料筒內(nèi)的第一塑化片2和第二塑化片3、用于調(diào)節(jié)流體在被塑化片分隔開的四個空間之間流量的凸輪環(huán)4以及在料筒I兩側(cè)的左擋料盤5和右擋料盤6。該塑化運輸設備中，扳動把手7與凸輪環(huán)4固接，塑化片的數(shù)量為二，將料筒I中的圓柱空腔分隔為四個空間，每片塑化片都開有槽9與凸輪環(huán)4配合，與凸輪環(huán)4配合的槽9是被第一塑化片2和第二塑化片3分隔開的各個空間之間的流通口，流通口的大小由凸輪環(huán)上的凸輪面與塑化片上的槽的間隙決定。
[0015]如圖2所示，所述塑化片數(shù)量為二，包括同軸配合的第一塑化片2和第二塑化片3，所述第一塑化片2中心凸出地設有圓柱部，所述第二塑化片3中心設置有與所述圓柱部軸向滑動配合的圓柱腔，驅(qū)動塊8與第二塑化片3固接，第一驅(qū)動塑化片2和驅(qū)動塊8上的凸出圓柱可分別驅(qū)動第一塑化片2和第二塑化片3，驅(qū)動塊8中心開有帶槽的圓孔，通過圓孔與電機連接驅(qū)動整個雙曲柄機構運動。
[0016]第一塑化片2和第二塑化片3同軸配合，驅(qū)動塊8與第二塑化片3固接，驅(qū)動第一塑化片2和驅(qū)動塊8上的凸出圓柱可分別驅(qū)動第一塑化片2和第二塑化片3。如圖4原理圖所示，第一塑化片2和第二塑化片3通過兩個雙曲柄機構驅(qū)動，兩個雙曲柄機構有一定的相位差。按照圖4所示的結(jié)構驅(qū)動塑化片，兩片塑化片繞著料筒I的圓柱內(nèi)腔的軸心旋轉(zhuǎn)且各塑化片的旋轉(zhuǎn)速度不完全相同，料筒I的圓柱內(nèi)腔中被塑化片分隔開來的四個空間按照一定的規(guī)律變化著。按照圖5所示的驅(qū)動塊8結(jié)構，中心開有帶槽的圓孔，通過圓孔與電機連接驅(qū)動整個雙曲柄機構運動。
[0017]四個空間的容積變化規(guī)律如圖3所示，塑化片順時針旋轉(zhuǎn)，狀態(tài)一、狀態(tài)二、狀態(tài)四和狀態(tài)五為一個周期中四個空間容積變化的轉(zhuǎn)換點，狀態(tài)三為兩個轉(zhuǎn)換點之間的過度狀態(tài)。從狀態(tài)一到狀態(tài)二的過程中，第一塑化片2、第二塑化片3 (按照塑化片旋轉(zhuǎn)的方向讀取，下同)之間的容積在逐漸縮小，空間內(nèi)的物料通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙進入下一個(相對于塑化片旋轉(zhuǎn)的方向，下同)相鄰空間，第一塑化片2、第二塑化片3 (按照塑化片旋轉(zhuǎn)的方向讀取，下同)之間的容積在逐漸增大，空間通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙納入上一個(相對于塑化片旋轉(zhuǎn)的方向，下同)相鄰空間的物料；從狀態(tài)二到狀態(tài)四的過程中，第一塑化片2、第二塑化片3之間的容積在逐漸增大，空間通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙納入上一個相鄰空間的物料，第一塑化片2、第二塑化片3之間的容積在逐漸縮小，空間內(nèi)的物料通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙進入下一個相鄰空間；從狀態(tài)四到狀態(tài)五的過程中，第一塑化片2、第二塑化片3之間的容積在逐漸縮小，空間內(nèi)的物料通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙進入下一個相鄰空間，第一塑化片2、第二塑化片3之間的容積在逐漸增大空間通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙納入上一個相鄰空間的物料；從狀態(tài)五到狀態(tài)一的過程中，第一塑化片2、第二塑化片3之間的容積在逐漸增大，空間通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙納入上一個相鄰空間的物料，第一塑化片2、第二塑化片3之間的容積在逐漸縮小，空間內(nèi)的物料通過凸輪環(huán)4與槽9之間的間隙進入下一個相鄰空間。依照此規(guī)律，當某一空間的容積由大變小時，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通過凸輪環(huán)上的凸輪面與塑化片上的槽的間隙流向下一個空間，實現(xiàn)物料在很短的熱機械歷程內(nèi)完成塑化過程。當空間容積由小變大時，上一個空間的容積正由大變小，此時物料被納入。被第一塑化片2、第二塑化片3分隔開的各個空間容積由大到小再由小到大周期性變化時，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，因此物料的速度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塑化過程。當物料塑化結(jié)束時，扳動把手7使凸輪環(huán)4旋轉(zhuǎn)一定角度，再擰開與螺紋孔11連接的螺栓，物料從螺紋孔11排出。
[0018]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0019]本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于拉伸流變的高分子材料塑化設備，包括料筒(I)、塑化片、凸輪環(huán)(4)、位于料筒(I)兩端的左擋料盤(5)和右擋料盤(6)，其特征在于:所述料筒(I)具有圓柱內(nèi)腔，塑化片與料筒(4)圓柱內(nèi)腔同軸配合，塑化片的數(shù)量為至少二，將料筒(I)中的圓柱空腔分隔為至少四個空間，各塑化片之間同軸配合且可相對轉(zhuǎn)動，每片塑化片上都開有槽(9)與凸輪環(huán)(4)配合，各塑化片繞著料筒(4)圓柱內(nèi)腔的軸心旋轉(zhuǎn)且各塑化片的旋轉(zhuǎn)速度不相同，凸輪環(huán)(4)的形狀與塑化片的旋轉(zhuǎn)速度相對應，保證物料沿著塑化片的旋轉(zhuǎn)方向在被塑化片分隔開來的各個空間之間流動，所述左擋料盤(5)上設置有用于排出物料的螺紋孔(11)，以及與凸輪環(huán)⑷固接可扳動凸輪環(huán)⑷旋轉(zhuǎn)一定角度的扳動把手(7)，所述塑化片分別由雙曲柄機構驅(qū)動。
2.按照權利要求1所述的基于拉伸流變的高分子材料塑化設備，其特征在于:所述塑化片數(shù)量為二，包括同軸配合的第一塑化片(2)和第二塑化片(3)，所述第一塑化片(2)中心凸出地設有圓柱部，所述第二塑化片(3)中心設置有與所述圓柱部軸向滑動配合的圓柱腔，驅(qū)動塊(8)與第二塑化片(3)固接，第一驅(qū)動塑化片(2)和驅(qū)動塊(8)上的凸出圓柱可分別驅(qū)動第一塑化片(2)和第二塑化片(3)，驅(qū)動塊(8)中心開有帶槽的圓孔，通過圓孔與電機連接驅(qū)動整個雙曲柄機構運動。
【文檔編號】B29C45/47GK103465458SQ201310363860
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權日:2013年8月20日
【發(fā)明者】林澤生, 梁朝焜, 殷小春, 馮名忠, 王新婷, 劉露陽 申請人:華南理工大學