專利名稱：內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高分子材料塑料管材加工機械，尤其是一種內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭，主要適用于各種塑料管材的制造。
用普通擠出方法生產的塑料管材，由于在拉伸流動狀態下擠出，分子鏈沿軸向取向，使管材軸向強度高于周向強度，這種強度各向異性對于輸送壓力流體的管材非常不合理。對于輸送壓力流體的管材在工作狀態下，周向應力為軸向應力的兩倍，所以對普通軸向增強管，應力最大的周向正好是管材強度最弱的方向，管材軸向強度、模量的提高并不能使管材的耐壓性增加，造成材料性能的極大浪費。另外，普通擠出機頭中由于芯棒支架的存在，管壁中沿軸向存在著熔接痕，使管材的承壓力進一步降低。
針對普通擠出方法生產中存在的缺點，英國Bevis等利用剪切控制取向擠出技術，提高了玻璃纖維增強PP管的周向強度，取得了很好的增強效果，但該技術對于純PP擠出自增強卻沒有效果(Plast.Rubb.Comp.Proc.Appl.Vol.16，No.2，1991)。美國的Zachariades利用其自增強口模對PE自增強進行研究，只獲得了部分分子鏈周向取向的結論，管材周向強度沒有明顯改善(Advance inPolymer Technology，Vol.7，No.4，1987)。英國專利(UK patent 946，371)通過螺桿直接驅動芯棒旋轉，造成部分高分子鏈剪切取向，使管材的周向強度稍有提高。
上述報道的螺旋塑料管材擠出機頭，由于結構限制，主要還存在以下問題(1)機頭熔體流道過長，塑料熔體受熱時間加長，容易造成分子鏈斷鏈，使制品物理性能劣化；(2)機頭直徑過大，難以適合實際應用；(3)結構過于復雜，在操作過程中機械裝置、傳動裝置以及供電系統存在種種不良因素影響操作安全。
本發明的目的是提供一種內外壁雙剪切塑料管材旋轉式擠出機頭，在管材擠出過程中通過芯軸與芯棒的旋轉造成分子鏈沿周向取向，并消除熔接痕，使管材的管壁均勻，擠出過程出料速度保持恒定，從而提高塑料管材的周向強度。
本發明的目的是這樣實現的，為達上述目的而采用的技術方案是一種內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出頭，其構造主要包括機頭體、連接體、口模和傳動裝置，連接體固接于機頭體的后部，口模置于機頭體的前部，其特征在于它還包括一可使塑料管材外壁剪切取向的芯軸和一可使塑料管材內壁剪切取向的芯棒，芯軸前端部與芯棒的的后端部固接并位于同一軸線上；一可使熔體導通的定心軸和分流柱，定心軸和分流柱與芯軸為同一軸線，定心軸插接于連接體的內孔中，分流柱位于定心軸的前部，其后部圓柱外表面與芯軸內孔表面具有間隙而構成熔體流通通道并與定芯軸的內孔相通，在該熔體流通通道末端與其對應的芯軸內孔處沿徑向至外圓周開有數個均勻分布的分流孔與其相通，分流柱的前圓柱部固定于芯軸的階梯內孔中；一固接于機頭體前端部可將口模壓固在機頭體前部內孔及其臺階端面的壓蓋，此時固定的口模與可旋轉的芯棒之間具有間隙而構成料流受切通道；該傳動裝置主要由可無極調節芯軸和芯棒轉速的變頻器、變速器和傳動齒輪組成，其中傳動齒輪固接于芯軸的圓周上；位于機頭體內孔中的芯軸末端還設有限制芯軸軸向移動的雙向推動力球軸承，其端面貼合于連接體內孔臺階的端面上，于芯軸上固定傳動齒輪的兩側設有支承固定芯軸的單列向心球軸承，該軸承外圓周裝置于機頭體左部內孔中，其軸承內孔與芯軸的外徑套接。
本發明涉及的旋轉式機頭與普通管材機頭的技術方案相比由于它的芯軸和芯棒是旋轉的，實現塑料管材的外壁和內壁為雙剪切取向，因此具有下列有益效果(1)由于所制備的塑料管材可減少或消除軸向取向，具有提高周向強度、模量的優點，符合壓力管道的使用要求，能有效降低管材的壁厚，減輕制備成本；(2)由于芯軸旋轉，有效消除管材中的熔接痕，且壁厚均勻；(3)由于構成本機頭的零件結構簡單，因而制造容易，操作方便；(4)工藝條件容易控制，由于芯軸和芯棒的轉速可以調節，擠出過程出料速度保持恒定，因而所適用的塑料樹脂品種范圍廣，適合生產各種口徑的壓力流體輸送管道，且對于普通管材以及復合管材均能使用；下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細地描述。
圖1是本發明內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭的結構示意圖。
附圖編號1.連接體 2.定芯軸 3.雙向推力球軸承 4.機頭體5.傳動齒輪 6.單列向心球軸承 7.芯軸 8.分流柱 9.芯棒 10.壓蓋11.口模 12.連接體階梯內孔 13.連接體內孔 14.連接體軸承位孔15.機頭體左部內孔 16.芯軸內孔17.熔體流通通道18.分流孔19.分流柱前端圓柱部 20.機頭體前部內孔 21.機頭體前部內孔臺階端面22.料流受切通道 23.螺旋凹槽24.螺旋凹槽末端開口參照圖1，本發明內外壁雙剪切取塑料管材旋轉式擠出機頭的構造主要包括機頭體4、芯軸7、連接體1、分流柱8、口模11、芯棒9、定芯軸2、雙向推力球軸承3、單列向心球軸承6、傳動齒輪5和壓蓋10，以及圖中未畫出的傳動裝置(變頻器和變速器)除變頻器和變速器外，以上所有件的組合均在同一軸線101上。
機頭體4與連接體1固接，本實施例是用螺栓連接，定芯軸2插接于連接體1的階梯內孔12和內孔13中，芯軸7可使塑料管材外壁剪切取向，芯棒9可使塑料管材內壁剪切取向，芯軸7的前端部和芯棒9的后端部用螺紋固接在一起，并位于同一軸線101上。位于機頭體內孔中的芯軸7的末端設有限制芯軸軸向移動的雙向推力軸承3，其端面貼合于連接體1的軸承位孔14臺階的端面上，于芯軸7上固定傳動齒輪5的兩側設有支承固定芯軸7的單列向心球軸承6，該軸承6外圓周裝置于機頭體4的左部內孔15中，其內孔與芯軸7的軸承位外圓套接。這樣，由變頻器、變速器和傳動齒輪5組成的傳動裝置，便可通過固接于芯軸7外圓上的傳動齒輪5帶動芯軸7和芯棒9旋轉，由于設有變頻器和變速器，便可實現芯軸7和芯棒9旋轉的無級調速，其調速范圍為0-50轉/分。
芯軸7的內孔16表面與分流柱8的后部圓柱部具有間隙而構成熔體流通通道17并與定芯軸2的內孔相通，在該熔體流通通道17的末端與其對應的芯軸7的內孔處沿徑向至外圓周上開有四個均勻分部的分流孔18與其相通，分流柱8的前端圓柱部19固定于芯軸7的階梯內孔中，分流柱的后部迎熔體料流端呈圓錐狀，以使料流順通。另外，還設有一壓蓋10，用螺釘固定于機頭體4的前端部，可將口模11壓固在機頭體4的前部內孔20及其臺階端面21上，此時固定的口模11與可旋轉的芯棒9之間存在間隙而構成料流受切通道22。同時，在芯軸7的外表面還設有等分排列的螺旋凹槽23，其數量和起端與芯軸7外圓周上均布的分流孔18相對應，其末端開口24于口模11與芯軸7端面交接線的間隙處，其螺旋旋向與芯軸7的旋轉方向相同，這樣，本旋轉式擠出頭自定芯軸2至口模11就形成了一個貫通的熔體流通通道，并實現塑料管材的內外壁雙剪切取向。凡與熔體料流接觸的機頭體和口模的內表面以及分流柱，芯軸和芯棒的外表面均經硬化處理，以提高耐磨性。在熔體壓力作用下，熔體經熔體流通通道17，向前流動，在流動過程中，熔體外表面受芯軸7的內表面的剪切作用，使熔體形成徑向速度梯度，高分子鏈發生取向。熔體經分流孔18流到芯軸7外表面的螺旋槽內23，此時熔體的流動方向為周向，然后熔體向前流動，經料流受切通道22，受旋轉的芯棒9的剪切，熔體從內到外形成另一個速度梯度。螺旋槽的存在有利于分子鏈沿周向取向。從而提高了塑料管材的周向強度，降低管材的壁厚，減少管材成本。
本發明由于利用變頻器無極變速裝置可以隨意調整機頭旋轉速度，從而達到對管材制備過程工藝條件的控制，適用范圍廣。
權利要求
1.一種內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出頭，其構造主要包括機頭體、連接體、口模和傳動裝置，連接體固接于機頭體的后部，口模置于機頭體的前部，其特征在于它還包括一可使塑料管材外壁剪切取向的芯軸和一可使塑料管材內壁剪切取向的芯棒，芯軸前端部與芯棒的的后端部固接并位于同一軸線上；一可使熔體導通的定心軸和分流柱，定心軸和分流柱與芯軸為同一軸線，定心軸插接于連接體的內孔中，分流柱位于定心軸的前部，其后部圓柱外表面與芯軸內孔表面具有間隙而構成熔體流通通道并與定芯軸的內孔相通，在該熔體流通通道末端與其對應的芯軸內孔處沿徑向至外圓周開有數個均勻分布的分流孔與其相通，分流柱的前圓柱部固定于芯軸的階梯內孔中；一固接于機頭體前端部可將口模壓固在機頭體前部內孔及其臺階端面的壓蓋，此時固定的口模與可旋轉的芯棒之間具有間隙而構成料流受切通道；該傳動裝置主要由可無級調節芯軸和芯棒轉速的變頻器、變速器和傳動齒輪組成，其中傳動齒輪固接于芯軸的圓周上；位于機頭體內孔中的芯軸末端還設有限制芯軸軸向移動的雙向推動力球軸承，其端面貼合于連接體內孔臺階的端面上，于芯軸上固定傳動齒輪的兩側設有支承固定芯軸的單列向心球軸承，該軸承外圓周裝置于機頭體左部內孔中，其軸承內孔與芯軸的外徑套接。
2.根據權利要求1所述的內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭，其特征在于所述芯軸外表面設有等分排列的螺旋凹槽，其數量和起端與芯軸外圓周上均布的分流孔相對應，其末端開口于口模與芯軸端面交接線的間隙處，其螺旋旋向與芯軸旋轉方向相同。
3.根據權利要求1或2所述的內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭，其特征在于所述芯軸外表面的螺旋凹槽部自起端至末端外徑逐漸減小而呈圓錐狀，并構成與機頭體內孔的間隙。
4.根據權利要求1所述的內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭，其特征在于所述芯軸和芯棒的轉速為無級調速，其調速范圍為0-50轉/分。
5.根據權利要求1所述的內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭，其特征在于所述分流柱的后部迎熔體料流端呈圓錐狀。
6.根據權利要求1所述的內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭，其特征在于凡與熔體料流接觸的機頭體和口模的內表面，以及分流柱，芯軸和芯棒的外表面均經硬化處理。
全文摘要
本發明公開了一種內外壁雙剪切取向塑料管材旋轉式擠出機頭,主要由傳動裝置、芯軸、芯棒、機頭體、分流柱及其它相關件組成。傳動裝置經由傳動齒輪帶動芯軸和芯棒轉動,使在芯軸內部熔體流通通道中熔融的塑料料流形成周向流動,經芯軸上的分流孔與螺旋槽流至芯棒與口模之間的間隙。使料流形成徑向的速度梯度,使高分子鏈在該速度場中沿周向取向,從而提高管材的周向強度,降低管材的壁厚,減少管材成本,適用范圍廣。
文檔編號B29C47/24GK1331007SQ0010971
公開日2002年1月16日 申請日期2000年6月30日 優先權日2000年6月30日
發明者王篤金, 馮威, 胡先波, 徐怡莊, 黃皓浩, 趙瑩, 劉學新, 徐端夫 申請人:中國科學院化學研究所