专利名称：一种双转子连续混炼机的视窗可视化料筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有可视窗口的双转子连续混炼机料筒，属于高聚物加工 机械领域。
技术背景双转子连续混炼机是一种用于聚合物混合改性的混炼设备，其作为一种混 炼性能优越而且能够连续操作的高效混炼设备，由于可控变量多，适应性强， 可在很宽的范围内完成混合造粒任务而为人们所重视。双转子连续混炼机主要 是由机筒、转子、卸料装置等部分组成，机筒上的混炼腔为两个相互贯通的、 横截面为圆形的孔，物料在混炼腔中受到转子的剪切、粉碎、捏合和混合的作 用。转子加料段如同两根非啮合的双螺杆，在转子加料段螺纹的推动下，由加 料口加人的物料，到达混炼段，转子混炼段像是一对密炼机转子，其表面有两 对旋转方向相反，螺旋角各不相同的螺纹，物料在此熔融、混合、塑化。卸料 装置可以控制卸料门的开启度，达到控制物料在混炼腔中的停留时间的目的。现有典型的双转子连续混炼机由电机、齿轮箱、混炼机主体等部分组成， 其中混炼机由转子、料筒、料斗、填料密封、迷宫密封、卸料门等部分组成， 如图1所示。聚合物从加料口加入，转子在料筒的混炼腔内异向旋转，使被加 入的物料熔融、混合和塑化，最后由卸料口排出，从而完成对聚合物的混合改 性。在混合过程中，可以通过改变料筒的各段温度、转子转速、喂料量、转子 结构、卸料门的开启度等操作工艺来改变聚合物的所经受的混合过程，从而得 到我们所需要的混合效果。 一般的双转子连续混炼机的料筒采用金属材料制造， 为封闭式，在混炼过程中，其内部混合过程无法观察。为了深入了解挤出过程和改进挤出设备，人们开始了挤出设备的可视化研 究。可视化技术按照其形式不同可以分为静态可视化和动态可视化，现在己经 应用于一些双螺杆和单螺杆挤出机，对于了解聚合物在挤出机内的挤出过程及 完善挤出理论提供了有效的方法。但是对于连续混炼机的可视化却鲜有报道。 虽然有些混炼机料筒为设计成剖分式结构或快开式结构，可以实现对混炼过程 的静态可视化，但是依然存在以下缺点-(1) 取样时必须停车，会引起标本组织与形状的畸变，破坏；(2) 取出物料会有一定的时间，此时看的物料和停车时的会有一定差异;(3) 只能观察重新凝固后的物态，无法看到动态的，连续的，精细的物 理过程，如固相破碎等。发明内容为了弥补现有技术的缺欠，深入了解整个混炼过程，本发明提出了一种在 混炼过程中可以观察到混炼腔内部混合过程的双转子连续混炼机可视化筒体结 构。本发明式通过以下技术方案实现的一种双转子连续混炼机的视窗可视化料筒，料筒中的两个转子通过端部密封10固定于料筒两端，所述料筒由具有加料口 12的料筒上盖4和具有卸料口 15的料筒底座2通过螺栓9连接而成，料筒上盖4和料筒底座2相互接触的面 紧密贴合，其特征在于，在位于混炼腔的混炼区19上方的料筒上盖4上，开设 一个观察口 18，视窗玻璃1由一个框形结构的视窗压盖3固定在观察口 18内， 视窗压盖3通过紧定螺栓6固定在料筒上盖4表面，观察口 18四周的壁面为光滑斜面，与水平面的垂直方向呈3 15°夹角，视窗玻璃1的上顶平面为水平面，靠近混炼腔的底面为与混炼腔内壁形状一致的曲面，视窗玻璃1的侧面与观察 口 18四周的壁面紧密贴合。上述技术方案中，可以在料筒上盖4和料筒底座2之间安装一个铰链5，联 接料筒上盖4和料筒底座2，使得开启料筒上盖更为方便。上述技术方案中，还可以在位于料筒上盖4的观察口 18的两侧对称开设电 加热管的孔8，在混炼料筒壁内开有供冷却介质流动的冷却水孔7，通过控制电 加热管的加热温度和冷却水的通断时间的长短来控制混炼腔的温度，满足混炼 过程的需要。有益效果1、本发明采用视窗可视化结构设计，通过料筒上方的玻璃视窗，可以直接通过肉眼观察到聚合物在混炼腔内所经历的熔融流动过程和变形，可以看到动 态的，连续的，精细的物理过程，如固相破碎、熔融、熔体的混合、变形等与 混合过程密切相关的物理过程。通过使用示踪剂或者色母粒还可以直接对熔体 的运动轨迹进行表征和动态观察，并且借助于高速图像采集系统对上述过程进 行纪录和保存。通过在料筒的不同位置设置观察视窗，可以对不同部位的混炼 过程进行实时在线观察和动态可视化研究。2、本可视化料筒除了可以在混合过程中通过料筒视窗来观察混炼腔内物的 熔融、混合过程以外，还可以通过对试样进行切片，了解沿转子不同深度处以 及不同相位处聚合物的熔融信息和共混物亚微观相织构的演变过程。将这两者 结合起来，可以更好的对整个混炼过程更加细致的了解。因此，本可视化料筒非常适合于研究聚合物在双转子连续混炼机内的熔融 流动，从而可以在配方一定的情况下通过调节一些参数如料筒温度、转子转 速、喂料量、转子结构、卸料门的开启度等使得混合效果达到最佳，同样也可 以验证一些计算机模拟的结果。
图1为双转子连续混炼机结构示意图。其中2-料筒底座，4-料筒上盖，10-端 部密封，11-料斗，12-加料口， 13-驱动端，14-卸料门，15-卸料口， 16-转 子混炼段，17-转子。 图2为双转子连续混炼机可视化料筒结构纵向剖面示意图。其中l-视窗玻璃，2-料筒底座，3-视窗压盖，4-料筒上盖，12-加料口， 15-卸料口， 18-观察口，19-混炼腔的混炼区，20-混炼腔。 图3双转子连续混炼机可视化料筒结构横向剖面示意图。其中l-视窗玻璃，5-铰链联接，6-紧定螺栓，7-冷却水孔，8-电加热管的孔，9-螺栓，18-观察口， 20-混炼腔，a-观察口 18四周的壁面与水平面的垂直方向的夹角。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式
对本发明作进一步阐述。双转子连续混炼机的视窗可视化料筒如图2、 3所示。为了清理混炼腔内物 料的方便，双转子连续混炼机可视化料筒采用剖分式结构，由料筒上盖4和料筒底座2构成。料筒上盖与料筒底座之间采用螺栓9连接。其中，料筒上开有 观察口 18，通过视窗玻璃l，可以清楚地观察到混炼腔20内物料的流动过程和 混合情况。为了开启料筒上盖方便，在料筒上盖与料筒底座之间增加铰链5联 接。为了更好的了解混炼过程中混炼腔内物料的流动情况。混炼机料筒上开有 可以观察混炼过程中物料相变过程和流动情况的视窗观察口 18，根据观察的需 要，在可视化料筒上相应的位置开观察口，观察口的四周壁为带有一定夹角的 (与水平面的垂直方向呈3~15° )光滑斜面。视窗玻璃1采用高透明的玻璃制 造，其底面的形状为与混炼腔内壁形状一致的曲面形，以保证混炼过程中聚合 物融体的流动过程与原来一致。视窗玻璃1的上顶面为平面，有利于光线的透 射。视窗玻璃l的侧面为与观察口 18侧面倾角大小相同的斜面。视窗压盖3为 框形结构。通过螺栓6、视窗压盖3，将视窗玻璃1固定在观察口 18内，并且 保证视窗玻璃的侧面与观察口的侧面能够良好的贴合，保持足够的密封比压， 确保密封可靠，防止聚合物融体由视窗中流出。为了保证混炼过程中混炼腔内能够保持一定的温度，在混炼料筒壁内还开 有供冷却介质流动的冷却水孔7和放置电加热管的孔结构8。通过控制电加热管 的加热温度和冷却水的通断时间的长短来控制混炼腔的温度，满足混炼过程的 需要。与一般的双转子连续混炼机料筒一样，可视化料筒的上盖开有加料口 12， 底座开有卸料口 15。混炼过程中，聚合物由计量喂料装置从加料口 12加入。在 转子进料段螺棱的作用下，被推进至混炼区19。在混炼区，转子混炼段的正向 和反向螺棱的推动作用下，物料发生堆积、挤压和捏合。在转子螺棱的剪切作 用下，聚合物发生了熔融和塑化，聚集体被解聚、破碎和重新分布。最终在新 加入的物料的推动下，由卸料口15排出。本可视化料筒除了可以在混合过程中通过料筒视窗来观察混炼腔内物料的 熔融、混合过程以外，还可以通过对机器进行急停、急冷，快速打开混炼腔取 样的方法对混炼过程中的共混物的亚微观相织构的演变过程进行表征和研究。实施例双转子连续混炼机的混炼腔内径为①30mm;转子直径为①27mra;观察口与四 周壁的夹角为5。。该机结构如图2、 3所示，在料筒上盖开有一个遍及整个混 炼段的观察孔。视窗玻璃底面的双弧面曲率半径为15mm， 二者连接圆弧的曲率 半径为5mm，视窗玻璃的外形尺寸长X宽X高100X42X25mm。实验选用LLDPE (线性低密度聚乙烯)；实验温度为170°C;转子转速为600rprn;喂料量为 2.706kg/h;卸料门的开启度为1/5。通过高速摄像仪透过视窗玻璃可以拍摄到聚合物在双转子连续混炼机混炼 段混合和流动的状况。同时观察到沿混炼腔物料的充满度以及物理化学状态变 化的全过程。当物料达到稳定混合时，采用急停的方法将设备停机，并快速将 料筒的温度降至聚合物熔点以下，打开料筒，通过对试样进行切片，来了解沿 转子不同深度处以及不同相位处聚合物的熔融信息和共混物亚微观相织构的演 变过程。这两种方法结合可以更好地了解聚合物在双转子连续混炼机混炼段的 熔融流动和混合状况，从而可以为正确设计双转子连续混炼机转子，探索针对 不同材料的工艺操作条件提供依据。
权利要求
1、一种双转子连续混炼机的视窗可视化料筒，料筒中的两个转子通过端部密封10固定于料筒两端，所述料筒由具有加料口12的料筒上盖4和具有卸料口15的料筒底座2通过螺栓9连接而成，料筒上盖4和料筒底座2相互接触的面紧密贴合，其特征在于，在位于混炼腔的混炼区19上方的料筒上盖4上，开设一个观察口18，视窗玻璃1由一个框形结构的视窗压盖3固定在观察口18内，视窗压盖3通过紧定螺栓6固定在料筒上盖4表面，观察口18四周的壁面为光滑斜面，与水平面的垂直方向呈3～15°夹角，视窗玻璃1的上顶平面为水平面，靠近混炼腔的底面为与混炼腔内壁形状一致的曲面，视窗玻璃1的侧面与观察口18四周的壁面紧密贴合。
2、 如权利要求1所述的双转子连续混炼机的视窗可视化料筒，其特征在于， 在料筒上盖4和料筒底座2之间安装一个铰链5，联接料筒上盖4和料筒底 座2。
3、 如权利要求1所述的双转子连续混炼机的视窗可视化料筒，其特征在于， 在料筒壁内设置供冷却介质流动的冷却水孔7，在位于料筒上盖4的观察口 18的两侧对称开设电加热管的孔8。
全文摘要
本发明涉及一种带有可视窗口的双转子连续混炼机料筒，属于高聚物加工机械领域。本发明的料筒为剖分式，在位于混炼腔的混炼区上方的料筒上盖上，开设一个观察口，视窗玻璃由视窗压框固定在观察口内，视窗玻璃的上顶平面为水平面，靠近混炼腔的底面为与混炼腔内壁形状一致的曲面，视窗玻璃的侧面与观察口18四周的壁面紧密贴合。带有本发明料筒的双转子连续混炼机，可以直接通过上方的玻璃视窗，以肉眼观察到聚合物在混炼腔内所经历的熔融流动过程和变形，可以看到动态的，连续的，精细的物理过程；还可以通过对机器进行急停、急冷，快速打开混炼腔取样的方法对混炼过程中的共混物的亚微观相织构的演变过程进行表征和研究。
文档编号B29B7/30GK101327623SQ20081004066
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月17日 优先权日2008年7月17日
发明者刘德礼, 卢亚云, 景军涛, 谢林生, 马玉录 申请人:华东理工大学