專利名稱：單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及聚合物材料成型加工領域中的一種單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出方法及裝置。
背景技術：
在傳統的擠出方法和設備中，熔化聚合物的熱源主要是依靠加熱器在料筒外壁加熱，然后熱能經料筒由外至內，在料筒內壁與物料交界處進行熱傳遞，以及螺桿剪切物料產生剪切熱，使聚合物物料熔融。但是由于聚合物物料的導熱系數非常小，比空氣的導熱系數還小兩個數量級，有些聚合物甚至可以作為絕熱材料；又由于傳統螺桿混合效果較差，就可能出現物料受熱不均的情況，靠近料筒內壁處的物料溫度高，而遠離料筒內壁處的物料溫度低，這樣就會導致近料筒內壁處的溫度過熱產生分子分解了而遠料筒內壁處的物料還未熔融，即發生局部過熱情況。另外由于聚合物具有粘性大、彈性大等特性，在傳統的擠出方法和設備中，會產生螺桿轉矩增加，融化速率低，塑化不均勻，熔體流動阻力大，產量提升困難，制品擠出脹大明顯，質量相對較低，擠出設備體積大等缺陷。
在1990年8月22日公開的中國專利901034.0所描敘的擠出方法及設備，是首次將振動場引入聚合物擠出成型的全過程，它能較好地均化溫度分布，改善混合效果，提高產量。但是，該專利(901034.0)所述的擠出方法和設備由于使用的是傳統的螺桿和料筒結構，所以振動作用得不到充分強化，不能完全實現振動熔融塑化，不能實現振動的研磨作用，不能實現物料完全的混合，當螺桿轉速較高時，物料停留時間變短，熔融塑化效果就會變差。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述方法和設備的缺陷而提供一種單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出方法。
本發明的目的還在于提供實現所述方法使用的裝置。
本發明的單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出方法是將螺桿轉動和振動能直接轉化為物料熔融塑化所需要的各種能量。利用隨螺桿轉動和隨螺桿軸向振動而脈動的摩擦、剪切、擠壓和研磨，使聚合物產生耗散熱，自由體積增加，同時誘導大分子鏈解纏結，完成聚合物熔融塑化，同時提高物料的混合效果，降低物料的成型溫度，減少制品的擠出脹大量，提高產量，節約能量。
如圖1、2、3、4所示，實現所述方法的裝置，是螺桿的熔融塑化段由與螺桿4一起旋轉的多個偏心盤5和多個被料筒內表面約束的研磨環6，沿螺桿中心線軸向相間套裝組成，偏心盤5的表面和料筒3的內表面間的間隙變化使聚合物受到隨螺桿轉動而脈動，同時隨螺桿軸向振動而脈動的摩擦、剪切和擠壓作用；偏心盤5端面和研磨環6端面間的間隙隨螺桿的軸向振動而周期性變化，使聚合物受到脈動的摩擦、剪切、擠壓和研磨的作用；軸向定位環7外表面和研磨環6內表面的齒型槽之間相對旋轉，使聚合物受到研磨、剪切的作用。
偏心盤5和研磨環6的端面開有多條齒型槽。
研磨環6內側開有多條齒槽，齒頂面與套裝在螺桿心軸上的定位環7的外表面小間隙配合。
軸向定位環7的外表面開有多條齒型槽。
本發明是將螺桿轉動和振動能直接轉化為物料熔融塑化所需要的各種能量。利用隨螺桿轉動而脈動和隨螺桿軸向振動而脈動的摩擦、剪切、擠壓和研磨，使聚合物產生耗散熱，自由體積增加，同時誘導大分子鏈解纏結，完成聚合物熔融塑化，同時提高物料的混合效果，降低物料的成型溫度，減少制品的擠出脹大量，提高產量，節約能量。
本發明的優點(1)由于采用了將振動能轉化為物料熔融塑化能是在物料內部均勻地進行的，所以避免了物料的局部過熱，而且振動能的99％以上都貢獻于物料的塑化熔融，而傳統擠出機是直接對料筒加熱，再通過料筒壁將熱量傳送給物料而使物料熔融的，但是由于聚合物材料的熱導率很小，所以熱量的大部分被周圍的環境所消耗，因此能量消耗高。在本發明中的能量損耗與傳統擠出機相比降低了40-70％。
(2)在多維脈動場作用下，物料的溫度分布均勻，高分子被迫取向，分子間容易滑動，所以本發明的擠出溫度比傳動擠出機要低20-50℃。
(3)在多維脈動場作用下，物料不停地被擠壓，剪切，攪拌，混合，研磨，所以物料的混合均勻性得到了很大的提高，采用PP+碳酸鈣顆粒體系進行實驗發現，本發明比傳統擠出機的分散相平均粒徑下降30-60％。
(4)由于多維脈動場作用下，物料自增強作用的影響，使得制品的綜合力學性能得到了很大的提高，比傳統擠出機提高35-55％。
(5)在多維脈動場作用下，物料的粘性和彈性都顯著下降，所以擠出壓力也隨之下降，進而制品的擠出脹大現象減少，比傳統擠出機下降了20-40％。
(6)由于整機結構緊湊，物料的塑化熔融時間縮短，使得螺桿的長度也隨之縮短，從而使得整機的體積和重量都大大減少，為同產量的傳統擠出機的60-80％。
(7)由于物料在機器內的停留時間短，擠出溫度低，所以，物料不容易分解，對物料的適應性好，特別適合于加工各種熱敏性塑料。
圖1為本發明裝置的結構示意圖；圖2為圖1中的偏心盤5結構示意圖；圖3為圖1中的研磨環6結構示意圖；圖4為圖1中的軸向定位環7結構示意圖。
具體實施例方式
圖1為本發明的單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出機的原理、結構示意圖。
圖1中1為激振器，它主要提供螺桿的軸向振動，固定在機箱2的左側，機箱2由提供螺桿轉動的馬達、減速器、以及溫度、壓力、轉速、振幅和振動頻率等的控制系統組成，螺桿4穿過減速器的空心軸與激振器1連接，料筒3固定在機箱的右邊。偏心盤5固定在螺桿心軸上并與螺桿一起旋轉，研磨環6固定在料筒內表面，偏心盤5和研磨環6端面開有多條楔型槽，研磨環6的內表面開有齒型槽，其齒頂面與套裝在螺桿心軸上的軸向定位環7的外表面小間隙配合。當擠出機正常工作時，螺桿轉動的同時在激振器1作用下不停地作軸向振動，這樣，在偏心盤5與研磨環6之間形成了多個動態的楔型空間，物料在偏心盤5與料筒3之間、偏心盤5與研磨環6之間、軸向定位環7與研磨環6內表面之間不停地被研磨、擠壓、摩擦剪切、混合，最后達到熔融塑化。
權利要求
1.一種單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出方法，其特征在于隨螺桿轉動而脈動和隨螺桿軸向振動而脈動的摩擦、剪切、擠壓和研磨，使聚合物產生耗散熱，自由體積增加，同時誘導大分子鏈解纏結，完成聚合物熔融塑化。
2.一種實現權利要求1所述方法的裝置，其特征在于螺桿的熔融塑化段由與螺桿(4)一起旋轉的多個偏心盤(5)和多個被料筒內表面約束的研磨環(6)，沿螺桿中心線軸向相間套裝組成，偏心盤(5)的表面和料筒(3)的內表面間間隙變化使聚合物受到隨螺桿轉動而脈動，同時隨螺桿軸向振動而脈動的摩擦、剪切和擠壓作用；偏心盤(5)端面和研磨環(6)端面間的間隙隨螺桿的軸向振動而周期性變化，使聚合物受到脈動的摩擦、剪切、擠壓和研磨的作用；軸向定位環(7)外表面和研磨環(6)內表面的齒型槽之間相對旋轉，使聚合物受到研磨、剪切的作用。
3.根據權利要求2所述裝置，其特征在于偏心盤(5)和研磨環(6)的端面開有多條齒型槽。
4.根據權利要求2所述裝置，其特征在于研磨環(6)內側開有多條齒槽，齒頂面與套裝在螺桿心軸上的定位環(7)的外表面小間隙配合。
5.根據權利要求書2或4所述裝置，其特征在于軸向定位環(7)的外表面開有多條齒型槽。
全文摘要
本發明涉及單螺桿脈動誘導熔融塑化擠出方法及裝置。采用多個帶齒型槽的偏心盤、研磨環和定位環裝置的螺桿，在螺桿轉動和軸向振動時將產生多維脈動的摩擦、剪切、擠壓、研磨，使聚合物產生耗散熱，自由體積增加，同時誘導大分子鏈解纏結，完成聚合物的熔融塑化。實現此方法的設備具有整機體積小，加工容易，能耗低，制品質量高，混合效果好，產量高且對物料適應性廣。
文檔編號B29C47/44GK1663776SQ20051003336
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月4日 優先權日2005年3月4日
發明者瞿金平, 周南橋 申請人:華南理工大學