专利名称：单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物材料成型加工领域中的一种单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法及装置。
背景技术：
在传统的挤出方法和设备中，熔化聚合物的热源主要是依靠加热器在料筒外壁加热，然后热能经料筒由外至内，在料筒内壁与物料交界处进行热传递，以及螺杆剪切物料产生剪切热，使聚合物物料熔融。但是由于聚合物物料的导热系数非常小，比空气的导热系数还小两个数量级，有些聚合物甚至可以作为绝热材料；又由于传统螺杆混合效果较差，就可能出现物料受热不均的情况，靠近料筒内壁处的物料温度高，而远离料筒内壁处的物料温度低，这样就会导致近料筒内壁处的温度过热产生分子分解了而远料筒内壁处的物料还未熔融，即发生局部过热情况。另外由于聚合物具有粘性大、弹性大等特性，在传统的挤出方法和设备中，会产生螺杆转矩增加，融化速率低，塑化不均匀，熔体流动阻力大，产量提升困难，制品挤出胀大明显，质量相对较低，挤出设备体积大等缺陷。
在1990年8月22日公开的中国专利901034.0所描叙的挤出方法及设备，是首次将振动场引入聚合物挤出成型的全过程，它能较好地均化温度分布，改善混合效果，提高产量。但是，该专利(901034.0)所述的挤出方法和设备由于使用的是传统的螺杆和料筒结构，所以振动作用得不到充分强化，不能完全实现振动熔融塑化，不能实现振动的研磨作用，不能实现物料完全的混合，当螺杆转速较高时，物料停留时间变短，熔融塑化效果就会变差。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述方法和设备的缺陷而提供一种单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法。
本发明的目的还在于提供实现所述方法使用的装置。
本发明的单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法是将螺杆转动和振动能直接转化为物料熔融塑化所需要的各种能量。利用随螺杆转动和随螺杆轴向振动而脉动的摩擦、剪切、挤压和研磨，使聚合物产生耗散热，自由体积增加，同时诱导大分子链解缠结，完成聚合物熔融塑化，同时提高物料的混合效果，降低物料的成型温度，减少制品的挤出胀大量，提高产量，节约能量。
如图1、2、3、4所示，实现所述方法的装置，是螺杆的熔融塑化段由与螺杆4一起旋转的多个偏心盘5和多个被料筒内表面约束的研磨环6，沿螺杆中心线轴向相间套装组成，偏心盘5的表面和料筒3的内表面间的间隙变化使聚合物受到随螺杆转动而脉动，同时随螺杆轴向振动而脉动的摩擦、剪切和挤压作用；偏心盘5端面和研磨环6端面间的间隙随螺杆的轴向振动而周期性变化，使聚合物受到脉动的摩擦、剪切、挤压和研磨的作用；轴向定位环7外表面和研磨环6内表面的齿型槽之间相对旋转，使聚合物受到研磨、剪切的作用。
偏心盘5和研磨环6的端面开有多条齿型槽。
研磨环6内侧开有多条齿槽，齿顶面与套装在螺杆心轴上的定位环7的外表面小间隙配合。
轴向定位环7的外表面开有多条齿型槽。
本发明是将螺杆转动和振动能直接转化为物料熔融塑化所需要的各种能量。利用随螺杆转动而脉动和随螺杆轴向振动而脉动的摩擦、剪切、挤压和研磨，使聚合物产生耗散热，自由体积增加，同时诱导大分子链解缠结，完成聚合物熔融塑化，同时提高物料的混合效果，降低物料的成型温度，减少制品的挤出胀大量，提高产量，节约能量。
本发明的优点(1)由于采用了将振动能转化为物料熔融塑化能是在物料内部均匀地进行的，所以避免了物料的局部过热，而且振动能的99％以上都贡献于物料的塑化熔融，而传统挤出机是直接对料筒加热，再通过料筒壁将热量传送给物料而使物料熔融的，但是由于聚合物材料的热导率很小，所以热量的大部分被周围的环境所消耗，因此能量消耗高。在本发明中的能量损耗与传统挤出机相比降低了40-70％。
(2)在多维脉动场作用下，物料的温度分布均匀，高分子被迫取向，分子间容易滑动，所以本发明的挤出温度比传动挤出机要低20-50℃。
(3)在多维脉动场作用下，物料不停地被挤压，剪切，搅拌，混合，研磨，所以物料的混合均匀性得到了很大的提高，采用PP+碳酸钙颗粒体系进行实验发现，本发明比传统挤出机的分散相平均粒径下降30-60％。
(4)由于多维脉动场作用下，物料自增强作用的影响，使得制品的综合力学性能得到了很大的提高，比传统挤出机提高35-55％。
(5)在多维脉动场作用下，物料的粘性和弹性都显著下降，所以挤出压力也随之下降，进而制品的挤出胀大现象减少，比传统挤出机下降了20-40％。
(6)由于整机结构紧凑，物料的塑化熔融时间缩短，使得螺杆的长度也随之缩短，从而使得整机的体积和重量都大大减少，为同产量的传统挤出机的60-80％。
(7)由于物料在机器内的停留时间短，挤出温度低，所以，物料不容易分解，对物料的适应性好，特别适合于加工各种热敏性塑料。
图1为本发明装置的结构示意图；图2为图1中的偏心盘5结构示意图；图3为图1中的研磨环6结构示意图；图4为图1中的轴向定位环7结构示意图。
具体实施例方式
图1为本发明的单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出机的原理、结构示意图。
图1中1为激振器，它主要提供螺杆的轴向振动，固定在机箱2的左侧，机箱2由提供螺杆转动的马达、减速器、以及温度、压力、转速、振幅和振动频率等的控制系统组成，螺杆4穿过减速器的空心轴与激振器1连接，料筒3固定在机箱的右边。偏心盘5固定在螺杆心轴上并与螺杆一起旋转，研磨环6固定在料筒内表面，偏心盘5和研磨环6端面开有多条楔型槽，研磨环6的内表面开有齿型槽，其齿顶面与套装在螺杆心轴上的轴向定位环7的外表面小间隙配合。当挤出机正常工作时，螺杆转动的同时在激振器1作用下不停地作轴向振动，这样，在偏心盘5与研磨环6之间形成了多个动态的楔型空间，物料在偏心盘5与料筒3之间、偏心盘5与研磨环6之间、轴向定位环7与研磨环6内表面之间不停地被研磨、挤压、摩擦剪切、混合，最后达到熔融塑化。
权利要求
1.一种单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法，其特征在于随螺杆转动而脉动和随螺杆轴向振动而脉动的摩擦、剪切、挤压和研磨，使聚合物产生耗散热，自由体积增加，同时诱导大分子链解缠结，完成聚合物熔融塑化。
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于螺杆的熔融塑化段由与螺杆(4)一起旋转的多个偏心盘(5)和多个被料筒内表面约束的研磨环(6)，沿螺杆中心线轴向相间套装组成，偏心盘(5)的表面和料筒(3)的内表面间间隙变化使聚合物受到随螺杆转动而脉动，同时随螺杆轴向振动而脉动的摩擦、剪切和挤压作用；偏心盘(5)端面和研磨环(6)端面间的间隙随螺杆的轴向振动而周期性变化，使聚合物受到脉动的摩擦、剪切、挤压和研磨的作用；轴向定位环(7)外表面和研磨环(6)内表面的齿型槽之间相对旋转，使聚合物受到研磨、剪切的作用。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于偏心盘(5)和研磨环(6)的端面开有多条齿型槽。
4.根据权利要求2所述装置，其特征在于研磨环(6)内侧开有多条齿槽，齿顶面与套装在螺杆心轴上的定位环(7)的外表面小间隙配合。
5.根据权利要求书2或4所述装置，其特征在于轴向定位环(7)的外表面开有多条齿型槽。
全文摘要
本发明涉及单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法及装置。采用多个带齿型槽的偏心盘、研磨环和定位环装置的螺杆，在螺杆转动和轴向振动时将产生多维脉动的摩擦、剪切、挤压、研磨，使聚合物产生耗散热，自由体积增加，同时诱导大分子链解缠结，完成聚合物的熔融塑化。实现此方法的设备具有整机体积小，加工容易，能耗低，制品质量高，混合效果好，产量高且对物料适应性广。
文档编号B29C47/44GK1663776SQ20051003336
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月4日 优先权日2005年3月4日
发明者瞿金平, 周南桥 申请人:华南理工大学