專利名稱：高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流動性差的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型法及其成型設備。
背景技術：
目前高分子材料棒材的成型方法主要有采用普通單(雙)螺桿擠出機結合棒材機頭和模壓燒結成型兩種方法。對熱塑性塑料和成型具有一定流動性的高分子材料棒材的成型方法一般采用單 (雙)螺桿擠出機結合棒材機頭來成型，該成型方法成熟、成型效率高，得到廣泛應用。對于熱固性塑料和成型流動性差這類高分子材料，如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)棒材等成型采用模壓燒結的成型方法，該方法成型過程不連續，塑化時間長，成型速度為l_2m/h，生產效率較低，不宜成型大型和特小型的成品，在生產應用中受到一定限制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種針對熱固性塑料和成型流動性差的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型法及設備，可以實現對熱固性塑料和成型流動性差的高分子棒材的單螺桿連續、高效成型。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于包括有螺桿、料斗座、前端機筒、中間機筒、后端機筒和定型機筒，所述的螺桿與減速器輸出軸連接，在工作時做旋轉運動，所述的前端機筒、中間機筒、后端機筒和定型機筒間通過法蘭連接，前端機筒通過法蘭與料斗坐相連接，所述的螺桿結構分為 進料壓縮段、固體塞段和螺桿根圓漸縮段，其中在進料壓縮段的結構為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度，螺桿的幾何壓縮比逐漸增大達到高分子材料的物理壓縮比；所述的固體塞段的結構為螺桿的幾何壓縮比等于或者大于高分子材料的物理壓縮比，使高分子材料在其到達該段時被壓實；所述的螺桿根圓漸縮段的結構為螺桿根圓直徑逐漸縮小直至消失，對應螺桿頂圓直徑逐漸縮小，單位節距螺桿的螺槽體積和進料壓縮段的單位節距螺槽體積相近，使高分子材料逐漸形成棒材型胚。按上述方案，所述的前端機筒內壁開有溝槽。按上述方案，所述的前端機筒內壁安設有增壓內襯，增壓內襯上開有溝槽。按上述方案，所述的溝槽與螺桿的固體塞段相對應，中間機筒與螺桿根圓漸縮段相對應，所述的螺桿的螺桿根圓漸縮段與螺桿的固體塞段的幾何壓縮比相近，保證物料處于壓實狀態。當高分子材料經過該段時，通過中間機筒外裝設的加熱器的加熱和高分子材料運行過程中摩擦熱的共同作用，高分子材料實現了預熱甚至局部實現了塑化。按上述方案，所述的中間機筒和后端機筒的外側分別安設有加熱器。按上述方案，所述的后端機筒內截面面積與中間機筒和螺桿根圓漸縮段的尾段所形成的型腔截面面積相近，保證物料處于壓實狀態。
當物料輸送到達棒料成型區(后端機筒)時，通過后端機筒內徑的縮經或變形使得高分子材料在輸送過程中形成一定的阻力，保證高分子材料在后端機筒內得到充分壓實， 從而形成高分子材料棒材型胚，通過該段機筒外裝有加熱器的加熱和物料運行過程摩擦熱的共同作用，高分子材料棒材實現塑化；
當物料輸送到達棒料定型區(定型機筒)時，高分子材料棒料已實現初步定型及完成了塑化，將實現高分子棒料的冷卻及定型，定型機筒內孔形狀相近略小于后端機筒。高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從料斗座進料，螺桿旋轉，高分子材料在螺桿的擠壓作用下隨螺槽方向前行，隨著高分子材料逐漸被壓實，前端機筒內壁或者前端機筒內壁上的增壓內襯上開有溝槽，則在進料壓縮段將產生足夠的擠出壓力，確保高分子材料隨螺槽繼續前行，進入螺桿根圓漸縮段，隨螺桿根圓的消失，被壓實的高分子材料充滿后端機筒型腔而形成高分子材料棒材型胚；所得的高分子材料棒材型胚在摩擦熱、中間機筒外熱的共同作用下，逐漸塑化；然后在擠出壓力的繼續作用下，高分子材料棒材型胚在定型機筒內實現定型過程；最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協調工作下，實現高分子材料棒材的連續成型。本發明的基本原理是高分子材料在螺桿的旋轉擠壓作用下，沿螺槽方向運動并逐漸被壓實，在螺桿的進料壓縮段對應機筒開有溝槽，在該段可產生足夠的擠出壓力，保證高分子材料繼續隨螺槽前行，當壓實的高分子材料進入螺桿根圓漸縮區，隨螺桿根圓的消失，壓實的高分子材料充滿后端機筒型腔，形成了高分子材料棒材型胚，在摩擦熱和機筒外加熱器的共同作用下實現塑化，在定型機筒段，實現高分子材料棒材的冷卻和精確定型。本發明的有益效果在于
1)本發明與傳統單(雙)螺桿成型高分子棒材具有不同的成型工藝
本發明具有獨特的成型工藝，其成型工藝是物料從料斗座進料一逐漸壓實一完全壓實態一形成棒材型胚一塑化一冷卻精密定型一牽引、切割、堆放等過程。普通單螺桿成型高分子材料棒材的成型工藝物料從進料座進料一逐漸壓實一完全壓實態一塑化一通過機頭形成棒材型胚一冷卻精密定型一牽引、切割、堆放等過程；
2)本發明可實現流動性差甚至沒有流動性這類高分子材料或復合材料采用單螺桿連續成型棒材
本發明先形成棒材型胚然后塑化，這種成型工藝確保成型過程于物料的流動性沒有必然關系，即使流動性很差甚至沒有流動性高分子材料也能成型，成型速度是模壓燒結方法的5倍以上；
3)本發明所成型得到的高分子材料棒材可保持高分子材料的物理性能
在進行高分子材料棒材成型時，對流動性差的高分子材料不需要進行工藝改性來提高高分子材料的流動性，同時成型溫度低于高分子材料分解溫度，則成型的高分子材料棒材將完好的保留高分子材料的性能，表1為采用本發明成型流動性很差的純超高分子量聚乙烯棒材，結果顯示本發明所生產的純超高分子量聚乙烯板材完全保留了超高分子量基乙烯原有的優異性能。
圖1為本發明的成型設備結構示意圖；圖2為本發明的螺桿結構簡圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的描述，但是不會構成對本發明的限制。本發明的成型設備主要包括螺桿1、料斗座2、增壓內襯3、前端機筒4、中間機筒 5、加熱器6、后端機筒7、定型機筒8和冷卻水槽9，本發明的機筒由前端機筒4、中間機筒5、 后端機筒7和定型機筒8組成，它們之間通過法蘭相互連接，中間機筒5和后端機筒7的外側分別安設有加熱器，其中前端機筒4通過法蘭與料斗坐2相連接，所述的螺桿1與減速器輸出軸連接，在工作時做旋轉運動；
所述的螺桿5包括有進料壓縮段9、固體塞段10和螺桿根圓漸縮段11，具有以下結構特征為所述的進料壓縮段的結構為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度，螺桿的幾何壓縮比逐漸增大直至接近或達到高分子材料的物理壓縮比；所述的固體塞段的結構為螺桿的幾何壓縮比等于或者大于高分子材料的物理壓縮比，使高分子材料在其到達該段時被壓實；所述的螺桿根圓漸縮段的結構為螺桿根圓直徑逐漸縮小直至消失，對應螺桿頂圓直徑逐漸縮小，單位節距螺桿的螺槽體積和進料壓縮段的單位節距螺槽體積相近，使高分子材料逐漸形成棒材型胚。所述的前端機筒內壁安設有增壓內襯，增壓內襯上開有溝槽，提高對高分子材料的輸送能力；
所述的溝槽與螺桿的固體塞段相對應，中間機筒5與螺桿根圓漸縮段相對應，所述的螺桿的螺桿根圓漸縮段與螺桿的固體塞段的幾何壓縮比相近，保證物料處于壓實狀態。當高分子材料經過該段時，通過中間機筒外裝設的加熱器的加熱和高分子材料運行過程中摩擦熱的共同作用，高分子材料實現了預熱甚至局部實現了塑化；
所述的中間機筒5的內壁與對應的螺桿頂圓的間隙保持足夠小，后端機筒內截面面積與中間機筒和螺桿根圓漸縮段的尾段所形成的型腔截面面積相近，保證物料處于壓實狀態。高分子材料棒材單螺桿擠出成型機筒成型法需要的動力裝置、傳動裝置、溫度控制系統都可采用現有單螺桿擠出機相同設備及技術，牽引裝置、計量裝置和切割裝置采用現有常規裝備。高分子材料棒材單螺桿擠出成型機筒成型法，按以下順序進行，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從料斗座進料，螺桿旋轉，高分子材料在螺桿的擠壓作用下隨螺槽方向前行，隨著高分子材料逐漸被壓實，前端機筒內壁或者前端機筒內壁上的增壓內襯上開有溝槽，則在進料壓縮段將產生足夠的擠出壓力，確保高分子材料隨螺槽繼續前行，進入螺桿根圓漸縮段，隨螺桿根圓的消失，被壓實的高分子材料充滿后端機筒型腔而形成高分子材料棒材型胚；所得的高分子材料棒材型胚在摩擦熱、中間機筒外熱的共同作用下，逐漸塑化；然后在擠出壓力的繼續作用下，高分子材料棒材型胚在定型機筒內實現定型過程；最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協調工作下，實現高分子材料棒材的連續成型。在高分子材料管材成型過程中在加熱區的溫度均小于高分子材料的分解溫度。表1采用本發明所生產的純UHMWPE棒材進行關鍵性能參數檢測報告，表明樣品在密度、維卡軟化溫度和耐磨性等方面完好的保留了純UHMWPE的物理性能。
表1按本發明生產的純UHMWPE棒材進行關鍵性能參數檢測報告
序列檢測內容備注1樣品按照GB/T8802-2001進行維卡軟化溫度檢測,結果為79. 3"C ；與模壓純超高分子量聚乙烯的軟化溫度79°C 一致2樣品按照QB/T2668-2004附錄B進行砂漿磨損率檢測，測試結果為 0. 13% 遠小于 QB/T2668-2004 標準 0. 54%3樣品按照GB/T1033. 1-2008中的浸漬法進行密度檢測，結果為0. 93Ig/ cm3 ；與純超高分子量聚乙烯密度完全一致4在銷-盤磨損試驗機進行摩擦磨損試驗，干摩擦系數為0. 09與模壓純超高分子量聚乙烯樣品0. 10 一致
權利要求
1.高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于包括有螺桿(1)、料斗座 (2)、前端機筒(4)、中間機筒(5)、后端機筒(7)和定型機筒(8)，所述的螺桿(1)與減速器輸出軸連接，在工作時做旋轉運動，所述的前端機筒(4)、中間機筒5、后端機筒(7)和定型機筒(8)間通過法蘭連接，前端機筒(4)通過法蘭與料斗坐(2)相連接，所述的螺桿(1)結構分為進料壓縮段(9)、固體塞段(10)和螺桿根圓漸縮段(11)，其中在進料壓縮段的結構為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度，螺桿的幾何壓縮比逐漸增大達到高分子材料的物理壓縮比；所述的固體塞段的結構為螺桿的幾何壓縮比等于或者大于高分子材料的物理壓縮比，使高分子材料在其到達該段時被壓實；所述的螺桿根圓漸縮段的結構為螺桿根圓直徑逐漸縮小直至消失，對應螺桿頂圓直徑逐漸縮小，單位節距螺桿的螺槽體積和進料壓縮段的單位節距螺槽體積相近，使高分子材料逐漸形成棒材型胚。
2.按權利要求1所述的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于所述的前端機筒內壁開有溝槽。
3.按權利要求1所述的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于所述的前端機筒內壁安設有增壓內襯，增壓內襯上開有溝槽。
4.按權利要求2或3所述的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于所述的溝槽與螺桿的固體塞段相對應，中間機筒(5)與螺桿根圓漸縮段相對應，所述的螺桿的螺桿根圓漸縮段與螺桿的固體塞段的幾何壓縮比相近，保證物料處于壓實狀態。
5.按權利要求4所述的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于所述的中間機筒(5)和后端機筒(7)的外側分別安設有加熱器。
6.按權利要求1或5所述的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型設備，其特征在于所述的后端機筒內截面面積與中間機筒和螺桿根圓漸縮段的尾段所形成的型腔截面面積相近，保證物料處于壓實狀態。
7.高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從料斗座進料，螺桿旋轉，高分子材料在螺桿的擠壓作用下隨螺槽方向前行，隨著高分子材料逐漸被壓實，前端機筒內壁或者前端機筒內壁上的增壓內襯上開有溝槽，則在進料壓縮段將產生足夠的擠出壓力，確保高分子材料隨螺槽繼續前行，進入螺桿根圓漸縮段， 隨螺桿根圓的消失，被壓實的高分子材料充滿后端機筒型腔而形成高分子材料棒材型胚； 所得的高分子材料棒材型胚在摩擦熱、中間機筒外熱的共同作用下，逐漸塑化；然后在擠出壓力的繼續作用下，高分子材料棒材型胚在定型機筒內實現定型過程；最后通過牽引裝置、 計量裝置和切割裝置共同協調工作下，實現高分子材料棒材的連續成型。
全文摘要
本發明涉及高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型法及其成型設備，按以下步驟順序進行高分子材料從料斗座進料，螺桿旋轉，在螺桿的擠壓作用下隨螺槽方向前行，隨著高分子材料逐漸被壓實，進入螺桿根圓漸縮段，隨螺桿根圓的消失，被壓實的高分子材料充滿后端機筒型腔形成高分子材料棒材型胚；所得的高分子材料棒材型胚在摩擦熱、中間機筒外熱的共同作用下，逐漸塑化；然后在擠出壓力的繼續作用下，高分子材料棒材型胚在定型機筒內實現定型過程，最終實現高分子材料棒材的連續成型。本發明的有益效果在于1)本發明可實現流動性差甚至沒有流動性這類高分子材料采用單螺桿連續成型棒材；2)所成型得到的高分子材料棒材可保持高分子材料的物理性能。
文檔編號B29C47/82GK102303400SQ20111028157
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者秦建華 申請人:武漢工程大學