專利名稱：高分子材料多束細棒同時成型單螺桿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甚至沒有流動性的高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型法及其設備。
背景技術：
目前，針對具有一定流動性的高分子材料，通過單、雙螺桿擠出機的擠壓、塑化功能和齒輪泵(熔體泵)定量供料，通過噴絲頭小孔來凝固或冷凝成高分子材料細棒或纖維， 該技術效率高、方法成熟，得到廣泛應用。但對于一些性能十分優異新型高分子材料，如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等，由于流動性能差甚至沒有流動性，不能采用單、雙螺桿擠出機擠壓塑化和齒輪泵(熔體泵)定量供料，來成型高分子材料細棒或纖維，使得該類高性能新型高分子材料的應用受到一定限制。
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甚至沒有流動性的高分子材料多束細棒同時成型單螺桿擠出機筒成型方法及其成型設備，其可以實現高分子材料多束細棒的連續、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多束細棒同時成型單螺桿機筒成型設備，其特征在于包括有螺桿定位座、螺桿、進料座、旋轉機筒、軸承、軸承座、 成型機筒、均化機筒、箱體和動力輸入軸，所述的螺桿固定在螺桿定位座上，旋轉機筒分別通過軸承與進料座和軸承座固定在箱體上，成型機筒和均化機筒通過法蘭相互連接并固定在軸承座上，旋轉機筒的原料入口處內嵌有送料環或設有內螺紋線，提高高分子材料起始進料能力，動力輸入軸通過齒輪與旋轉機筒配合連接，將動力傳遞到旋轉機筒上，所述的螺桿結構分為進料壓縮段、壓實段、螺棱線漸變段和細棒成型段，其中進料壓縮段的結構為 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；所述的壓實段的結構為螺桿的幾何壓縮比接近或者大于高分子材料的物理壓縮比，確保高分子材料在該段被壓實；所述的螺棱線漸變段的結構為螺桿螺棱線的螺棱由螺旋形逐漸轉變為平行于螺桿方向的直線形；所述的細棒成型段的結構為每個獨立的螺槽、螺棱線平行于螺桿方向，螺槽與均化機筒間所形成的型腔形成了各自獨立高分子細棒的型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下完成塑化。按上述方案，所述的均化機筒和成型機筒的外側分別安設有加熱器。按上述方案，所述的送料環內開有內螺紋線。按上述方案，所述的旋轉機筒內壁開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應。按上述方案，所述的旋轉機筒內壁安設有增壓內襯，增壓內襯上開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應。高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，在送料環的輸送擠壓和旋轉機筒旋轉的摩擦拖曳的共同作用下，高分子材料隨各自獨立螺槽方向前行，高分子材料逐漸被壓實，在螺桿的壓實段，旋轉機筒內壁或者旋轉機筒的內壁上的增壓內襯上開有溝槽，在壓實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；在螺棱線漸變段，螺桿的螺棱線由螺旋形過渡到與螺桿方向平行，被壓實的高分子材料隨螺槽前行，其運動形式由螺旋運動逐漸變為隨螺槽的直線運動；在細棒成型段，每個獨立的螺槽與均化機筒間形成了各自獨立型胚， 被壓實的高分子材料在獨立型腔中形成了細棒型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下，完成了高分子細棒的塑化；通過對塑化的高分子細棒實現冷卻定型過程，最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協調工作下，實現高分子材料細棒的連續成型。本發明的基本原理是根據所需成型高分子材料細棒的數量，在螺桿上開有對應多頭螺棱線，同時對應有多個相互獨立的螺槽，高分子材料在每個獨立螺槽中完成進料一壓縮一壓實一形成細棒型胚一塑化一定型等過程。螺桿靜止，在送料環的輸送擠壓和旋轉機筒旋轉的摩擦拖曳的共同作用下，高分子材料隨各自獨立的螺槽方向前行，高分子材料逐漸被壓實；在螺桿壓實段，對應機筒或者增壓內襯上開有溝槽，在該段將產生足夠的擠出壓力，確保物料隨螺槽繼續前行；在螺棱線漸變段，螺桿螺棱線由螺旋形過渡到與螺桿方向平行，被壓實的高分子材料隨螺槽前行，其運動形式又螺旋運動逐漸變為直線運動；在棒料成型段，每個獨立的螺槽與均化機筒間形成了各自獨立型胚，被壓實的高分子材料在該獨立的型腔中形成了細棒型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下，完成了細棒的塑化，其數量等于螺桿的螺棱數，其棒料截面形狀由均化機筒與對應螺桿螺槽所形成的型腔截面所決定。本發明的有益效果
(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，其成型工藝主要特征物料從進料座進料一逐漸壓實一完全壓實態一形成細棒型胚一塑化；普通單、雙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塑化一通過機頭形成棒材型胚，本發明工序中棒材型胚成型在前而塑化在后，而傳統成型工序是先實現高分子材料的塑化，再在機頭中實現棒材成型；
(2)本發明可實現流動動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；
(3)本發明專利可實現采用單螺桿擠出機一次成型多束高分子棒料
根據所需成型高分子材料細棒的數量，在螺桿上開有對應多頭螺棱線，同時對應有多個相互獨立的螺槽，高分子材料在螺槽中完成進料一壓縮一壓實一形成細棒型胚一塑化 —定型等過程；
(4)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定位座1、螺桿2、進料座3、旋轉機筒4、齒輪5、 軸承6、成型機筒7、加熱器8、均化機筒9、箱體10，齒輪11、軸承座12、動力輸入軸13和送料環14，所述的螺桿2固定在螺桿定位座1上，旋轉機筒4分別通過軸承6與進料座3和軸承座12固定在箱體10上，成型機筒7和均化機筒9通過法蘭相互連接并固定在軸承座12 上，均化機筒9和成型機筒7的外側分別安設有加熱器8，旋轉機筒4的原料入口處內嵌有送料環14，提高高分子材料起始進料能力，動力輸入軸13通過齒輪5、齒輪11與旋轉機筒配合連接，將動力傳遞到旋轉機筒上，
所述的螺桿2包括有進料壓縮段15、壓實段16、螺棱線漸變段17和細棒成型段18，具有以下結構特征進料壓縮段的結構為，通過對螺桿幾何形狀的設計使其達到每個螺槽的幾何壓縮比逐漸增大并接近或達到高分子材料的物理壓縮比；所述的壓實段的結構為，通過對螺桿幾何形狀的設計使其達到螺槽的幾何壓縮比接近或者大于高分子材料的物理壓縮比；所述的螺棱線漸變段的結構為螺桿螺棱線由螺旋形過渡到與螺桿方向平行的直線形；所述的細棒成型段的結構為每個獨立的螺槽、螺棱線平行于螺桿方向，螺槽與均化機筒間形成了各自獨立高分子細棒的型胚，被壓實的高分子材料在該獨立的型腔中形成了細棒型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下完成塑化，其棒料截面形狀由均化機筒與對應螺桿螺槽所形成的型腔截面所決定。旋轉機筒4的內壁對應螺桿的壓實段上開有溝槽，提高對高分子材料的輸送能力或者所述的旋轉機筒內壁安設有增壓內襯，增壓內襯上開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應。所述的送料環內也可開有內螺紋線，提高高分子材料起始進料能力，或者在旋轉機筒的進料入口處開設內螺紋線來替代送料環，提高高分子材料起始進料能力。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方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，在送料環的輸送擠壓和旋轉機筒旋轉的摩擦拖曳的共同作用下，高分子材料隨各自獨立螺槽方向前行，高分子材料逐漸被壓實，在螺桿的壓實段，旋轉機筒內壁或者旋轉機筒的內壁上的增壓內襯上開有溝槽，在壓實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；在螺棱線漸變段，螺桿的螺棱線由螺旋形過渡到與螺桿方向平行，被壓實的高分子材料隨螺槽前行，其運動形式由螺旋運動逐漸變為隨螺槽的直線運動；在細棒成型段，每個獨立的螺槽與均化機筒間形成了各自獨立型胚，被壓實的高分子材料在獨立型腔中形成了細棒型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下，完成了高分子細棒的塑化；通過對塑化的高分子細棒實現冷卻定型過程，最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協調工作下，實現高分子材料細棒的連續成型。表1采用本發明所生產的純UHMWPE細棒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、耐磨性和干摩擦系數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細棒進行關鍵性能參數檢測結果
權利要求
1.高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型設備，其特征在于包括有螺桿定位座(1)、螺桿(2)、進料座(3)、旋轉機筒(4)、軸承(6)、軸承座(12)、成型機筒(7)、均化機筒 (9)、箱體(10)和動力輸入軸(13)，所述的螺桿(2)固定在螺桿定位座(1)上，旋轉機筒(4) 分別通過軸承(6)與進料座(3)和軸承座(12)固定在箱體(10)上，成型機筒(7)和均化機筒(9)通過法蘭相互連接并固定在軸承座(12)上，旋轉機筒(4)的原料入口處內嵌有送料環(14)或設有內螺紋線，提高高分子材料起始進料能力，動力輸入軸(13)通過齒輪與旋轉機筒配合連接，將動力傳遞到旋轉機筒上，所述的螺桿結構分為進料壓縮段(15)、壓實段 (16)、螺棱線漸變段(17)和細棒成型段(18)，其中進料壓縮段的結構為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；所述的壓實段的結構為螺桿的幾何壓縮比接近或者大于高分子材料的物理壓縮比，確保高分子材料在該段被壓實；所述的螺棱線漸變段的結構為螺桿螺棱線的螺棱由螺旋形逐漸轉變為平行于螺桿方向的直線形；所述的細棒成型段的結構為每個獨立的螺槽、螺棱線平行于螺桿方向，螺槽與均化機筒間所形成的型腔形成了各自獨立高分子細棒的型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下完成塑化。
2.按權利要求1所述的高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型設備，其特征在于所述的均化機筒(9)和成型機筒(7)的外側分別安設有加熱器(8)。
3.按權利要求1或2所述的高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型設備，其特征在于所述的送料環內開有內螺紋線。
4.按權利要求1或2所述的高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型設備，其特征在于所述的旋轉機筒內壁開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應。
5.按權利要求1或2所述的高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型設備，其特征在于所述的旋轉機筒內壁安設有增壓內襯，增壓內襯上開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應。
6.高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，在送料環的輸送擠壓和旋轉機筒旋轉的摩擦拖曳的共同作用下，高分子材料隨各自獨立螺槽方向前行，高分子材料逐漸被壓實，在螺桿的壓實段，旋轉機筒內壁或者旋轉機筒的內壁上的增壓內襯上開有溝槽，在壓實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；在螺棱線漸變段，螺桿的螺棱線由螺旋形過渡到與螺桿方向平行，被壓實的高分子材料隨螺槽前行，其運動形式由螺旋運動逐漸變為隨螺槽的直線運動；在細棒成型段，每個獨立的螺槽與均化機筒間形成了各自獨立型胚，被壓實的高分子材料在獨立型腔中形成了細棒型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下， 完成了高分子細棒的塑化；通過對塑化的高分子細棒實現冷卻定型過程，最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協調工作下，實現高分子材料細棒的連續成型。
全文摘要
本發明涉及高分子材料多束細棒同時成型單螺桿機筒成型法及其設備，按以下步驟順序進行從進料座進料，高分子材料隨各自獨立螺槽方向前行，高分子材料逐漸被壓實；在螺棱線漸變段，螺桿的螺棱線由螺旋形過渡到與螺桿方向平行，被壓實的高分子材料隨螺槽前行，其運動形式由螺旋運動逐漸變為隨螺槽的直線運動；在細棒成型段，每個獨立的螺槽與均化機筒間形成了各自獨立型胚，在獨立型腔中形成了細棒型胚，在加熱器加熱和摩擦熱的共同作用下，完成了高分子細棒的塑化；冷卻定型，最后實現高分子材料細棒的連續成型。本發明的有益效果實現流動動差甚至沒有流動性這類高分子材料單螺桿連續成型棒材；高分子材料棒材可保持高分子材料的物理性能。
文檔編號B29C47/82GK102303401SQ20111028157
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