動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法

專利名稱：動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料制品的擠出成型技術(shù)，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法。
背景技術(shù)：
擠出成型主要用于相同橫截面的塑料制品的擠出成型，如纖維、薄膜、管材、棒材、板材、異型材，而不能成型變化橫截面的塑料制品。醫(yī)用微管、中空纖維等含有中空小通道塑料制品的加工，也都采用擠出成型。常見的塑料擠出成型小直徑中空通道的方法一般是通過在擠出機(jī)頭口模內(nèi)安裝中空芯體，中空芯體內(nèi)通注射流體，一般是大氣或壓縮氣體，如劍橋大學(xué)Mackley等設(shè)計(jì)的內(nèi)含多個(gè)平行毛細(xì)管的微通道薄膜的成型方法(W0 2005/056272)，吳大鳴等設(shè)計(jì)的用于擠出塑料制品小內(nèi)孔的成型方法(CN 200310101653.0)。但是，這些中空通道成型方法的內(nèi)徑恒定不變，難以成型中空通道直徑動(dòng)態(tài)變化的結(jié)構(gòu)。
塑料波紋管成型方法能夠?qū)崿F(xiàn)中空通道的動(dòng)態(tài)變化，但這類方法存在以下不足之處(1)通道內(nèi)徑尺寸一般較大，難以加工到微米尺度；(2)通道變化通過機(jī)械成型裝置后續(xù)成型，內(nèi)徑變化規(guī)律類型少；(3)外徑也動(dòng)態(tài)變化；(4)只適用于單通道管材。
本發(fā)明動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法能夠彌補(bǔ)以上方法的缺點(diǎn)一步擠出成型內(nèi)徑動(dòng)態(tài)變化的微通道，產(chǎn)品外徑基本不變；能將大量動(dòng)態(tài)微通道集成在一起；動(dòng)態(tài)微通道的變化規(guī)律方便可調(diào)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法。本發(fā)明用于一步擠出成型變化橫截面的塑料制品。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置，它包括單螺桿擠出機(jī)、法蘭、收卷裝置、動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭、閥門、壓力調(diào)節(jié)器、流體源、水槽、滑輪、牽引機(jī)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等；其中，所述單螺桿擠出機(jī)包括料斗、電機(jī)、螺桿、機(jī)筒、第一加熱圈和加熱控制器等；所述電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與機(jī)筒內(nèi)的螺桿通過聯(lián)軸器聯(lián)接， 機(jī)筒外包覆三段第一加熱圈，三段第一加熱圈均與加熱控制器相連，機(jī)筒與動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭通過法蘭相連，法蘭之間含有濾網(wǎng)；動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭外包覆第二加熱圈，流體源、壓力調(diào)節(jié)器、 閥門和動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭依次通過管路連接，動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭下方安放水槽，水槽內(nèi)固定有滑輪， 水槽后面依次安放牽引機(jī)和收卷裝置。
進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)包括壓力傳感器Pl和P2、溫度傳感器 T1-T4、接近開關(guān)、帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī)和加熱控制器等；其中，所述溫度傳感器ΤΓΤ3分別安裝在機(jī)筒外包覆三段第一加熱圈處，溫度傳感器Tf T3均與加熱控制器相連，溫度傳感器 T4安裝在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭外包覆第二加熱圈處，溫度傳感器T4也與加熱控制器相連，壓力傳感器Pl安裝在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭內(nèi)，壓力傳感器P2安裝于閥門出口處，接近開關(guān)接近牽引機(jī)，接近開關(guān)、溫度傳感器和壓力傳感器均與帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī)相連。
進(jìn)一步地，所述動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭包括機(jī)頭連接頭、機(jī)頭流道入口段、定位螺釘、口模壓板、機(jī)頭口模、機(jī)頭體、機(jī)頭蓋板、注射器芯體和直線音圈電機(jī)其中，所述機(jī)頭蓋板固定在機(jī)頭體上；機(jī)頭連接頭固定在機(jī)頭體上；機(jī)頭口模位于機(jī)頭體出口處，由口模壓板壓緊； 定位螺釘旋入機(jī)頭體，調(diào)節(jié)機(jī)頭口模徑向位置；機(jī)頭連接頭、機(jī)頭口模、機(jī)頭體和機(jī)頭蓋板共同形成一個(gè)流道，該流道包括流道入口段、流道收斂段、流道成型段和流道出口 ；注射器芯體由注射器體與注射針頭構(gòu)成，注射器體一端與直線音圈電機(jī)相連，另一端穿過機(jī)頭蓋板進(jìn)入機(jī)頭體內(nèi)，并與注射針頭釬焊在一起；注射器體和注射針頭的內(nèi)部通道相通，形成注射器流道；注射器流道與閥門相通。
一種上述裝置的動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型方法，該方法包括以下步驟(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單螺桿擠出機(jī)內(nèi)螺桿，塑料原料由料斗加入機(jī)筒，在螺桿旋轉(zhuǎn)輸送和第一加熱圈的電加熱作用下，逐漸塑化形成塑料熔體；塑料熔體在螺桿的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)下通過法蘭進(jìn)入動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭，法蘭之間的濾網(wǎng)阻攔未完全塑化的固體和半固體。
(2)塑料熔體從機(jī)頭連接體進(jìn)入由機(jī)頭連接頭、機(jī)頭口模、機(jī)頭體和機(jī)頭蓋板組成的流道內(nèi)，并包覆在注射器芯體外；塑料熔體在流道收斂段壓力逐步上升到2-5MPa，然后進(jìn)入流道成型段。
(3)注射器芯體在直線音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)下沿?cái)D出方向振動(dòng)，注射針頭端面與機(jī)頭口模端面之間距離y的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖8所示(振動(dòng)方式可以是各種規(guī)則或不規(guī)則的振動(dòng)，如圖 10-15所示)；流體源供應(yīng)的注射流體由注射器流道進(jìn)入塑料熔體，在塑料熔體的壓力和注射流體的壓力作用下，形成微通道，微通道界面周期性地變化，從而成型擠出件微通道，塑料熔體也逐步開始冷卻固化成為擠出件塑料基體。
(4)帶有擠出件微通道的擠出件塑料基體從流道出口擠出，在牽引機(jī)的牽拉作用下，通過滑輪進(jìn)入水槽，循環(huán)冷卻水對擠出件快速冷卻定型，最終成型為動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出件。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明能夠擠出成型含有內(nèi)徑動(dòng)態(tài)變化的微米級通道的塑料制品；2、動(dòng)態(tài)微通道的內(nèi)徑、振幅、周期、是否連續(xù)貫通等結(jié)構(gòu)參數(shù)可以隨意改變，裝置適應(yīng)性強(qiáng)；3、動(dòng)態(tài)微通道塑料制品內(nèi)部微通道動(dòng)態(tài)變化，外部尺寸基本不變；4、通過集成，可以將大量動(dòng)態(tài)微通道集合在多動(dòng)態(tài)微通道塑料內(nèi)；5、自動(dòng)化程度高，質(zhì)量穩(wěn)定，易于操作，勞動(dòng)強(qiáng)度小。數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)便于記錄分析數(shù)據(jù)、設(shè)定操作參數(shù)、編程和自動(dòng)控制。


圖1是動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置總裝配示意圖； 圖2是芯體高頻振動(dòng)的動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-6是穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下不同注射針頭M端部位置時(shí)恒定內(nèi)徑微通道塑料擠出成型示意圖，其中注射器芯體針頭端部與機(jī)頭口模的距離分別為yi 4，相應(yīng)的微通道內(nèi)徑為屯 4，Y1和d3均為零；圖7是穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下，注射器芯體端部位置y與擠出成型的微通道內(nèi)徑d的關(guān)系曲線，其中，y_表示微通道內(nèi)徑d開始最大時(shí)對應(yīng)的y值，ymin表示微通道內(nèi)徑開始為零時(shí)對應(yīng)的y值；圖8注射器芯體針頭端面與機(jī)頭口模的距離y簡諧振動(dòng)曲線示意圖； 圖9是圖8所示的注射器芯體高頻振動(dòng)條件下動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型示意圖； 圖10-12是舉例說明三種注射器芯體高頻振動(dòng)條件下連續(xù)動(dòng)態(tài)微通道擠出縱截面； 圖13-15是舉例說明的三種注射器芯體高頻振動(dòng)條件下不連續(xù)動(dòng)態(tài)微通道擠出縱截圖中塑料原料1、料斗2、電機(jī)3、螺桿4、機(jī)筒5、第一加熱圈6、法蘭7、收卷裝置8、動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9、閥門10、壓力調(diào)節(jié)器11、流體源12、水槽13、滑輪14、冷卻水15、接近開關(guān)16、牽引機(jī)17、動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出件18、機(jī)頭連接頭19、流道入口段20、連接頭固定螺釘21、定位螺釘22、流道收斂段23、注射針頭M、銅釬焊焊接接頭25、口模壓板沈、機(jī)頭口模27、流道出口 28、流道成型段四、機(jī)頭體30、機(jī)頭蓋板31、蓋板固定螺釘32、注射器體33、供氣管 ；34、供氣管流道35、注射器流道36、注射器芯體37、直線音圈電機(jī)38、擠出件塑料基體39、擠出件微通道40、塑料熔體41、帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī)42、第二加熱圈43、加熱控制器44。
具體實(shí)施方式
動(dòng)態(tài)微通道結(jié)構(gòu)指這種結(jié)構(gòu)材料中微通道橫截面沿著塑料制品擠出方向動(dòng)態(tài)變化，微通道可以連續(xù)貫通，也可以非連續(xù)獨(dú)立封閉(如圖10-15所示)，中空通道橫截面可以是圓形、三角形、矩形、多邊形等結(jié)構(gòu)。多條動(dòng)態(tài)微通道結(jié)構(gòu)能夠集成應(yīng)用于薄膜、管材、片材、板材、異型材等擠出加工塑料得到多動(dòng)態(tài)微通道結(jié)構(gòu)塑料。微通道橫截面尺寸主要為 50-500微米，也能擴(kuò)展到毫米和亞微米等小尺度，動(dòng)態(tài)變化周期長度100微米-5毫米。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)微通道結(jié)構(gòu)新穎、變化規(guī)律多樣、加工設(shè)備簡單、自動(dòng)化程度高、成型制品擠出穩(wěn)定、尺寸精度高。
本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法。一般的中空通道內(nèi)徑穩(wěn)定，一般采用對塑料熔體內(nèi)注入壓縮空氣等流體的方法，擠出過程中保持流體壓力和流量、 擠出壓力、機(jī)頭結(jié)構(gòu)不變，得到穩(wěn)定的擠出塑料橫截面。
本發(fā)明利用了以下原理穩(wěn)態(tài)擠出條件下，通過中空注射器芯體對塑料熔體注入穩(wěn)定壓力、流量的流體(注射流體可以是空氣、壓縮氣體、硅油等在加工條件下化學(xué)、物理穩(wěn)定的流體，也可以是需要封裝的流體狀態(tài)的藥物等)，不同注射器芯體端部位置時(shí)，塑料擠出成型微通道內(nèi)徑也不同。圖3-6展示了注射器芯體針頭端部與機(jī)頭口模的距離分別為 Y1^4時(shí)，相應(yīng)的微通道內(nèi)徑為屯 4，圖7是穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下注射器芯體端部位置y與擠出成型的微通道內(nèi)徑d關(guān)系曲線(y以擠出方向?yàn)檎?，從中可見，微通道內(nèi)徑d與注射器芯體端部位置y呈近似線性關(guān)系。另外，動(dòng)態(tài)條件下，注射器芯體的高頻短程縱向振動(dòng)能夠?qū)е聰D出的塑料內(nèi)微通道內(nèi)徑縱向動(dòng)態(tài)變化。圖8顯示了注射器芯體針頭端面與機(jī)頭口模的距離y簡諧振動(dòng)曲線示意圖，圖9是圖8所示的注射器芯體高頻振動(dòng)條件下動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型示意圖。通過改變注射器芯體的振動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)擠出微通道內(nèi)徑沿?cái)D出方向的動(dòng)態(tài)變化，圖10-12是舉例說明三種注射器芯體高頻振動(dòng)條件下連續(xù)動(dòng)態(tài)微通道擠出縱截面，圖13-15是舉例說明的三種注射器芯體高頻振動(dòng)條件下不連續(xù)動(dòng)態(tài)微通道擠出縱截面。本發(fā)明不僅可以擠出單條動(dòng)態(tài)微通道結(jié)構(gòu)塑料制品，也可以很方便集成為多動(dòng)態(tài)微通道，僅需要在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭上增加注射針頭的數(shù)量，得到含有多條動(dòng)態(tài)微通道結(jié)構(gòu)的薄膜、 管材、片材、板材、異型材等擠出加工塑料。
本發(fā)明適用于生產(chǎn)內(nèi)部需要?jiǎng)討B(tài)變化的微小中空通道的塑料擠出制品，例如內(nèi)徑動(dòng)態(tài)變化的微混合器、導(dǎo)管、中空纖維、異型材等，中空通道橫截面可以是圓形、三角形、 矩形、多邊形等結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)中空通道尺度微米級甚至納米級。
本發(fā)明提供的方法加工得到的動(dòng)態(tài)微通道塑料制品能夠應(yīng)用于微型反應(yīng)器、微型混合器、微型換熱器、微傳感器、微流控芯片、毛細(xì)管電泳、DNA和蛋白質(zhì)監(jiān)測分析、防偽、藥物封裝材料、藥物緩釋、光學(xué)元件、組織工程支架、泡沫結(jié)構(gòu)材料和醫(yī)用導(dǎo)管等生物醫(yī)藥應(yīng)用。
如圖1所示，本發(fā)明動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置包括以下部件單螺桿擠出機(jī)、 法蘭7、收卷裝置8、動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9、閥門10、壓力調(diào)節(jié)器11、流體源12、水槽13、滑輪14、 牽引機(jī)17、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。其中，單螺桿擠出機(jī)包括料斗2、電機(jī)3、螺桿4、機(jī)筒5、 第一加熱圈6和加熱控制器44。電機(jī)3的轉(zhuǎn)軸與機(jī)筒5內(nèi)的螺桿4通過聯(lián)軸器聯(lián)接，機(jī)筒 5外包覆三段第一加熱圈6，三段加熱圈6均與加熱控制器44相連，機(jī)筒5與動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭 9通過法蘭7相連，法蘭7之間含有濾網(wǎng)；動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9外包覆第二加熱圈43，流體源12、 壓力調(diào)節(jié)器11、閥門10和動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9依次通過管路連接，動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9下方安放水槽13，水槽13內(nèi)固定有滑輪14，水槽13后面依次安放牽引機(jī)17和收卷裝置8。
數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)包括壓力傳感器Pl和P2、溫度傳感器T1-T4、接近開關(guān)16、 帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī)42、加熱控制器44。其中，溫度傳感器ΤΓΤ3分別安裝在機(jī)筒5外包覆三段第一加熱圈6處，溫度傳感器ΤΓΤ3均與加熱控制器44相連，加熱控制器44根據(jù)溫度傳感器ΤΓΤ3測量的溫度信息控制流入三段第一加熱圈6上電流的通斷和大小。溫度傳感器T4安裝在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9外包覆第二加熱圈43處，溫度傳感器T4也與加熱控制器44 相連，加熱控制器44根據(jù)溫度傳感器T4測量的溫度信息控制流入第二加熱圈43上電流的通斷和大小。壓力傳感器Pl安裝在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9內(nèi)，壓力傳感器P2安裝于閥門10出口處，接近開關(guān)16接近牽引機(jī)17，接近開關(guān)16、溫度傳感器T4和壓力傳感器Pl均與帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī)42相連。
如圖2所示，動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9包括機(jī)頭連接頭19、定位螺釘22、口模壓板沈、機(jī)頭口模27、機(jī)頭體30、機(jī)頭蓋板31、注射器芯體37和直線音圈電機(jī)38 機(jī)頭蓋板31通過蓋板固定螺釘32固定在機(jī)頭體30上；機(jī)頭連接頭19通過連接頭固定螺釘21固定在機(jī)頭體30 上；機(jī)頭口模27位于機(jī)頭體30出口處，由口模壓板沈壓緊；定位螺釘22旋入機(jī)頭體30，調(diào)節(jié)機(jī)頭口模27徑向位置；機(jī)頭連接頭19、機(jī)頭口模27、機(jī)頭體30和機(jī)頭蓋板31共同形成一個(gè)流道，該流道包括流道入口段20、流道收斂段23、流道成型段四和流道出口觀；注射器芯體37由注射器體33與注射針頭M構(gòu)成，注射器體33 —端與直線音圈電機(jī)38相連， 另一端穿過機(jī)頭蓋板31進(jìn)入機(jī)頭體30內(nèi)，并與注射針頭M釬焊在一起，釬焊處形成銅釬焊焊接接頭25 ；注射器體33和注射針頭M的內(nèi)部通道相通，形成注射器流道36 ；注射器流道36通過供氣管34內(nèi)的供氣管流道35與閥門10相通。
注射針頭M外徑較小，一般在0. 2_2mm范圍內(nèi)，更小的外徑由于加工技術(shù)較難實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選采用外徑0. 4mm,內(nèi)徑0. 2mm ；直線音圈電機(jī)38帶動(dòng)注射器芯體37高頻短程振動(dòng)；定位螺釘22旋入機(jī)頭體30，調(diào)節(jié)機(jī)頭口模27徑向位置，從而調(diào)節(jié)流道出口觀。流體源12 可以根據(jù)需要，提供各種注射流體，如可以是裝有化學(xué)、物理穩(wěn)定的流體的氣罐，也可以是液體泵，提供的注射流體可以為空氣、C02、N2、水蒸氣、甘油、硅油等。
動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置典型的工作過程為(以下以單動(dòng)態(tài)微通道擠出機(jī)頭為例，以低密度聚乙烯(LDPE)作為塑料原料擠出成型，注射流體采用壓縮氣體，注射器芯體振動(dòng)頻率5Hz簡諧振動(dòng))1、開啟第一加熱圈6和第二加熱圈43，四段加熱圈依次設(shè)定加熱溫度為160、170、180、 180 0C ；2、待溫度達(dá)到設(shè)定溫度，繼續(xù)保溫30分鐘；3、開啟冷卻水槽13內(nèi)水循環(huán)，用于對塑料擠出件的冷卻定型；4、開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度、壓力等加工參數(shù)；5、啟動(dòng)單螺桿擠出機(jī)，設(shè)定螺桿4轉(zhuǎn)速至15轉(zhuǎn)/分；6、開始供應(yīng)壓縮空氣。首先打開閥門10，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器11至0.2MPa，該壓力值通過壓力傳感器P2測量得到；7、開啟直線音圈電機(jī)38，注射器芯體37振動(dòng)，簡諧振動(dòng)振幅2mm，振動(dòng)頻率設(shè)置為5Hz ；8、開始在料斗2內(nèi)加塑料原料1(LDPE)；9、啟動(dòng)牽引機(jī)17，接近開關(guān)16檢測牽引機(jī)實(shí)時(shí)牽引速率；10、待塑料擠出穩(wěn)定后，收卷裝置8收卷得到最終擠出產(chǎn)品。
本發(fā)明動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型方法包括以下步驟1、電機(jī)3驅(qū)動(dòng)單螺桿擠出機(jī)內(nèi)螺桿4，塑料原料1由料斗2加入機(jī)筒5，在螺桿4旋轉(zhuǎn)輸送和第一加熱圈6的電加熱作用下，逐漸塑化形成塑料熔體41 ；塑料熔體41在螺桿4的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)下通過法蘭7進(jìn)入動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭9，法蘭7之間的濾網(wǎng)阻攔未完全塑化的固體和半固體。
2、塑料熔體41從機(jī)頭連接體19進(jìn)入由機(jī)頭連接頭19、機(jī)頭口模27、機(jī)頭體30和機(jī)頭蓋板31組成的流道內(nèi)，并包覆在注射器芯體37外；塑料熔體41在流道收斂段23壓力逐步上升到2-5MPa，然后進(jìn)入流道成型段四。
3、注射器芯體37在直線音圈電機(jī)38驅(qū)動(dòng)下沿?cái)D出方向振動(dòng)，注射針頭M端面與機(jī)頭口模27端面之間距離y的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖8所示(振動(dòng)方式可以是各種規(guī)則或不規(guī)則的振動(dòng)，如圖10-15所示)；流體源12供應(yīng)的注射流體由注射器流道36進(jìn)入塑料熔體41，在塑料熔體41的壓力和注射流體的壓力作用下，形成微通道，微通道界面周期性地變化，從而成型擠出件微通道40，塑料熔體41也逐步開始冷卻固化成為擠出件塑料基體39。
4、帶有擠出件微通道40的擠出件塑料基體39從流道出口觀擠出，在牽引機(jī)17 的牽拉作用下，通過滑輪14進(jìn)入水槽13，循環(huán)的冷卻水15對擠出件快速冷卻定型，最終成型為動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出件18。
5、塑料擠出件的收卷或裁切對于不同的動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出件18的結(jié)構(gòu)特性， 如對于纖維、小導(dǎo)管、薄膜、片材擠出件，安裝收卷裝置8;而對于一般的管材、板材、異型材，安裝裁切裝置對動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出件18按照產(chǎn)品要求裁切。
本發(fā)明動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法適用于生產(chǎn)塑料微管、中空纖維、微型反應(yīng)器、微型混合器、微型換熱器、醫(yī)用微管等所有需要?jiǎng)討B(tài)變化微米級內(nèi)徑通道的微結(jié)構(gòu)塑料制品；含有大量動(dòng)態(tài)微通道的多動(dòng)態(tài)微通道塑料，可以作為泡沫材料使用，并且可以方便設(shè)計(jì)空隙度、開閉孔。適用的塑料原料包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、 聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚烯烴彈性體等能夠擠出加工的熱塑性聚合物。 適用的注射流體可以是在加工條件下各種化學(xué)、物理穩(wěn)定的流體，如空氣、C02、N2、水蒸氣、 甘油、硅油等，也可以是需要封裝的流體狀態(tài)的藥物等。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置，其特征在于，它包括單螺桿擠出機(jī)、法蘭(7)、 收卷裝置(8)、動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)、閥門(10)、壓力調(diào)節(jié)器(11)、流體源(12)、水槽(13)、滑輪(14)、牽引機(jī)(17)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等；其中，所述單螺桿擠出機(jī)包括料斗(2)、電機(jī)(3)、螺桿(4)、機(jī)筒(5)、第一加熱圈(6)和加熱控制器(44)等；所述電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)軸與機(jī)筒(5)內(nèi)的螺桿(4)通過聯(lián)軸器聯(lián)接，機(jī)筒(5)外包覆三段第一加熱圈(6)，三段第一加熱圈 (6)均與加熱控制器(44)相連，機(jī)筒(5)與動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)通過法蘭(7)相連，法蘭(7) 之間含有濾網(wǎng)；動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)外包覆第二加熱圈(43)，流體源(12)、壓力調(diào)節(jié)器(11)、 閥門(10)和動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)依次通過管路連接，動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)下方安放水槽(13)，水槽(13)內(nèi)固定有滑輪(14)，水槽(13)后面依次安放牽引機(jī)(17)和收卷裝置(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)包括壓力傳感器Pl和P2、溫度傳感器T1-T4、接近開關(guān)(16)、帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī) (42)和加熱控制器(44)等；其中，所述溫度傳感器Tf T3分別安裝在機(jī)筒(5)外包覆三段第一加熱圈(6)處，溫度傳感器ΤΓΤ3均與加熱控制器(44)相連，溫度傳感器T4安裝在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)外包覆第二加熱圈(43)處，溫度傳感器T4也與加熱控制器(44)相連，壓力傳感器Pl安裝在動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)內(nèi)，壓力傳感器P2安裝于閥門(10)出口處，接近開關(guān) (16)接近牽引機(jī)(17)，接近開關(guān)(16)、溫度傳感器T4和壓力傳感器Pl均與帶數(shù)據(jù)卡的計(jì)算機(jī)(42)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)包括機(jī)頭連接頭(19),定位螺釘(22), Π模壓板(26)、機(jī)頭口模(27)、機(jī)頭體(30), 機(jī)頭蓋板(31)、注射器芯體(37)和直線音圈電機(jī)(38)其中，所述機(jī)頭蓋板(31)固定在機(jī)頭體(30)上；機(jī)頭連接頭(19)固定在機(jī)頭體(30)上；機(jī)頭口模(27)位于機(jī)頭體(30)出口處，由口模壓板(26)壓緊；定位螺釘(22)旋入機(jī)頭體(30)，調(diào)節(jié)機(jī)頭口模(27)徑向位置；機(jī)頭連接頭(19)、機(jī)頭口模(27)、機(jī)頭體(30)和機(jī)頭蓋板(31)共同形成一個(gè)流道，該流道包括流道入口段(20)、流道收斂段(23)、流道成型段(29)和流道出口(28)；注射器芯體 (37)由注射器體(33)與注射針頭(24)構(gòu)成，注射器體(33)—端與直線音圈電機(jī)(38)相連，另一端穿過機(jī)頭蓋板(31)進(jìn)入機(jī)頭體(30)內(nèi)，并與注射針頭(24)釬焊在一起；注射器體(33 )和注射針頭(24 )的內(nèi)部通道相通，形成注射器流道(36 )；注射器流道(36 )與閥門 (10)相通。
4.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置的動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)單螺桿擠出機(jī)內(nèi)螺桿(4)，塑料原料(1)由料斗(2)加入機(jī)筒(5)，在螺桿(4)旋轉(zhuǎn)輸送和第一加熱圈(6)的電加熱作用下，逐漸塑化形成塑料熔體(41);塑料熔體(41)在螺桿(4)的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)下通過法蘭(7)進(jìn)入動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭(9)，法蘭(7)之間的濾網(wǎng)阻攔未完全塑化的固體和半固體；(2)塑料熔體(41)從機(jī)頭連接體(19)進(jìn)入由機(jī)頭連接頭(19)、機(jī)頭口模(27)、機(jī)頭體 (30)和機(jī)頭蓋板(31)組成的流道內(nèi)，并包覆在注射器芯體(37)外；塑料熔體(41)在流道收斂段(23)壓力逐步上升到2-5MPa，然后進(jìn)入流道成型段(29)；(3)注射器芯體(37)在直線音圈電機(jī)(38)驅(qū)動(dòng)下沿?cái)D出方向振動(dòng)，注射針頭(24)端面與機(jī)頭口模(27)端面之間距離y的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖8所示(振動(dòng)方式可以是各種規(guī)則或不規(guī)則的振動(dòng)，如圖10-15所示);流體源(12)供應(yīng)的注射流體由注射器流道(36)進(jìn)入塑料熔體 (41 )，在塑料熔體(41)的壓力和注射流體的壓力作用下，形成微通道，微通道界面周期性地變化，從而成型擠出件微通道(40)，塑料熔體(41)也逐步開始冷卻固化成為擠出件塑料基體(39)；(4)帶有擠出件微通道(40)的擠出件塑料基體(39)從流道出口(28)擠出，在牽引機(jī) (17)的牽拉作用下，通過滑輪(14)進(jìn)入水槽(13)，循環(huán)的冷卻水(15)對擠出件快速冷卻定型，最終成型為動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出件(18)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)微通道塑料擠出成型裝置及方法，該裝置主要由單螺桿擠出機(jī)、動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭、流體源、水槽、牽引機(jī)、收卷裝置、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)組成，在擠出口模出口附近，注射器芯體注射針頭端部位置不同時(shí)，塑料擠出成型微通道內(nèi)徑也不同，當(dāng)動(dòng)態(tài)擠出機(jī)頭內(nèi)中空注射器芯體沿?cái)D出方向高頻短程振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致擠出的塑料內(nèi)微通道內(nèi)徑動(dòng)態(tài)變化。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、變化規(guī)律多樣、加工設(shè)備簡單、自動(dòng)化程度高、成型制品擠出穩(wěn)定、尺寸精度高。
文檔編號B29C47/92GK102514173SQ20111040247
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者傅新, 曹佳培, 許忠斌, 鄭素霞, 阮曉東 申請人:浙江大學(xué)