滚塑成型用物料粉末加工设备及加工工艺的制作方法

本发明涉及滚塑成型技术领域，具体涉及一种滚塑成型用物料粉末加工设备及加工工艺。

背景技术：

滚塑成型是一种利用旋转的模具进行加工的塑料加工方式，其加工过程是，将物料粉末或浆料投入模具，闭合后的模具在设备上进行旋转或摇摆，同时通过明火或热风对模具外部进行加热，物料粉末或浆料在受热的状态下在模内内部翻转、流动，温度达到软化点后逐步涂布到模具内表面，熔融并凝结，将模具放于自然环境下或通过水、雾、风等介质进行冷却后拆模取出制品。

滚塑成型大多使用的是物料粉末进行加工，物料粉末性能高低是影响滚塑制品质量的核心要素。在受热的状态下、物料粉末在模具内部要求平滑流动，避免雪崩式滚动，才能生产出壁厚均匀、少气泡或少气孔的制品。由于滚塑制品形状的复杂性，如物料粉末性能差，当滚塑加工工艺完成制品加工后，往往在空间狭窄部位物料粉末不能有效进入，会出现搭桥现象、还存在残留大量气体无法排除；同时物料粉末表面积大、易吸收空中水份，滚塑成型加工会形成制品多气孔，强度差的问题。

然而上述这些问题，很难通过调整滚塑加工工艺参数来解决。这就对物料粉末的性能提出了更高的要求，要求物料粉末性能上要高流动性、高堆积密度。然后目前滚塑成型业的物料粉末主要采用磨盘式磨粉机生产，粉末性能上流动性差、堆积密度低，从而导致滚塑成型的制品质量差。因此如何制备出要高流动性、高堆积密度的物料粉末是亟待解决的难题。提供一种现实用有效的设备及加工工艺，来提高物料粉末的性能、已是国内滚塑行业技术瓶颈问题。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种滚塑成型用物料粉末加工设备及加工工艺，解决了现有的加工设置制备的物料粉末存在流动性差、堆积密度低的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一方面，一种滚塑成型用物料粉末加工设备，所述加工设备包括：

圆环形腔体；

旋转叶轮，所述旋转叶轮转动设置在所述圆环形腔体内部；

所述圆环形腔体包括：

上壳体，

下壳体，所述上壳体和所述下壳体组成圆环形腔体；且所述上壳体和所述下壳体的内壁均为第一圆弧曲面；所述第一圆弧曲面的第一端部为位于所述上壳体和所述下壳体的连接处，所述第一圆弧曲面的第二端部位于所述上壳体和下壳体的中间位置；

其中，所述第一圆弧曲面设有弧曲凹槽，且所述凹槽自所述第一圆弧曲面的第一端部延伸至第二端部，多个凹槽均匀分布在所述第一圆弧曲面上。

优选的，所述上壳体和下壳体的中间位置向腔体内部延伸出凹陷结构，所述第一圆弧曲面的第二端部与所述凹陷结构连接。

优选的，所述旋转叶轮包括：

叶片，所述叶片为直板式结构；

转动轴，所述叶片沿着周向均匀分布在所述转动轴外壁。

优选的，所述叶片远离转动轴的一端部为半圆形。

优选的，所述叶片的高度为d4，所述腔体内部最大的高度为d3，所述d4为所述d3的50-60％；

所述旋转叶轮的直径为d1，所述腔体的内径为d2，所述d2为所述d1的80-85％。

优选的，所述旋转叶轮还包括：

连接筋，所述连接筋位于相邻的叶片之间，且所述连接筋的两侧为弧形曲面；

所述曲面包括：

第一曲面，所述第一曲面的第一端部位于所述叶片的中间位置，且所述第一曲面的第二端部位于所述叶片靠近所述转动轴一端部的第一侧部；

第二曲面，所述第二曲面的第一端部位于所述叶片的中间位置，且所述第二曲面的第二端部位于所述叶片靠近所述转动轴一端部的第二侧部。

优选的，所述加工设备还包括：

进料斗，所述进料斗的进料方向与所述装置的竖直方向呈夹角设置。

另一方面，一种滚塑成型用物料粉末加工工艺，包括以下步骤：

s1:旋转叶轮在低速旋转状态下加入塑料粉末、或塑料粉末和粒子混合料；

s2:提高旋转叶轮的转速至4500-6000转/秒，混合料升温至80-105℃，混合搅拌5～8min；

s3:搅拌完毕打开出料口，放料。

优选的，所述步骤s2中旋转叶轮的转速为300～600转/秒。

(三)有益效果

本发明提供了一种滚塑成型用物料粉末加工设备及加工工艺。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明提供的一种滚塑成型用物料粉末加工设备及加工工艺，通过旋转叶轮带动物料粉末和空气的混合，产生径向主旋流；圆环形腔体和直板式旋转叶轮之间形成有侧面空隙区，旋转叶轮转动后，腔体与直板式叶片组成的结构、通过旋转叶轮的转动，在所述旋转叶轮的上部和下部的区域以及旋转叶轮中心区域形成低压区，在所述旋转叶轮的端部区域形成高压区，在压力差的作用下形成轴向副旋流；圆环形腔体内的面上、沿轴向设有圆周均匀分布弧曲凹槽，适量阻挡径向主旋流流量，由此提高轴向副旋流流量。

物料粉末悬浮空气中，并能在轴向和径向两方向立体自由旋转，不存在物料粉末加工死角、及堆积在圆环形腔体内表面，其整体加工均匀一致，物料粉末和空气混合有利于防止熔融结块，同时高温加工能降低物料粉末含水率。物料粉末在相互撞击磨擦，物料粉末表面软化，当达到加工工艺要求的温度和时间条件后，形成圆度高、滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度的物料粉末。解决了现有的加工设置制备的物料粉末存在流动性差、堆积密度低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施圆环形腔体结构爆炸图；

图2为本发明实施例圆环形腔体结构的第一视角剖视图；

图3为本发明实施例下壳体的整体结构示意图；

图4为本发明实施例旋转叶轮的整体结构示意图；

图5为本发明实施例旋转叶轮的剖视图；

图6为本发明实施例圆环形腔体结构的第二视角剖视图；

图7为本发明实施例整体结构剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于背景技术阐述，本发明实施例提供了一种滚塑成型用物料粉末加工设备及加工工艺，总体思路如下：

在圆环形密闭腔体内，通过旋转叶轮带动物料粉末和空气的混合，产生径向主旋流，圆环形腔体和直板式旋转叶轮之间形成有侧面空隙区，旋转叶轮转动后，腔体与直板式叶片组成的结构、通过旋转叶轮的转动，在所述旋转叶轮的上部和下部的区域和旋转叶轮中心区域形成低压区，在所述旋转叶轮的端部区域形成高压区，从而形成轴向副旋流；同时在第一圆弧曲以及该第一圆弧曲上的凹槽作用下，促进物料粉末产生轴向旋转，从而实现加工工艺需要的径向主旋流和轴向副旋流比例。物料粉末悬浮于高速流动的空气中，在延轴向和径向两方向立体旋转，相互撞击磨擦，当达到加工工艺要求的温度和时间条件后，物料粉末表面软化，表面有棱角、尾丝的位置阻力大，受到气流冲击相互打磨后，形成圆度高、滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度的物料粉末。

其中如图6和7所示，其中箭头a表示径向主旋流，箭头b表示轴向副旋流。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

一种滚塑成型用物料粉末加工设备，如图1和2所示，所述加工设备包括腔体1、旋转叶轮2；其中，所述旋转叶轮2转动设置在所述腔体1内部；所述腔体1包括上壳体101和下壳体102，所述上壳体101和所述下壳体102组成腔体1，即上壳体101和下壳体102闭合组成内部具有有效空间的腔体。

且，如图1和3所示，所述上壳体101和所述下壳体102的内壁均为第一圆弧曲面；所述第一圆弧曲面的第一端部为位于所述上壳体101和所述下壳体102的连接处，所述第一圆弧曲面的第二端部位于所述上壳体101和下壳体102的中间位置。

如图2所示，当所述上壳体101和所述下壳体102组合时，两者的第一圆弧曲面能够对接，使得腔体1内部为圆弧曲面结构，从而有利于物料粉末在腔体1内部产生旋转。

此外，腔体与直板式叶片组成的结构、通过旋转叶轮的转动，如图2所示，在所述旋转叶轮2的上部和下部的区域形成低压区，即在旋转叶轮2的上下侧部与腔体1的上下内壁之间的区域形成低压区，以及旋转叶轮的中心部分区域形成低于区；在所述旋转叶轮2的端部区域形成高压区，即在所述旋转叶轮2的端部与腔体1内侧壁之间的区域形成高压区。两者压力差的作用下形成轴向副旋流b；

其中，如图3和6所示，所述第一圆弧曲面设有凹槽1021，且所述凹槽1021自所述第一圆弧曲面的第一端部延伸至第二端部，多个凹槽1021均匀分布在所述第一圆弧曲面上，当所述上壳体101和所述下壳体102组合时，其中的凹槽1021能够对接上，形成连续的凹槽结构。

上述实施例在实施过程中，当旋转叶轮2带动物料粉末和空气的混合，在腔体1内部产生产生径向主旋流a，同时由于相邻的凹槽1021会形成凸起，通过该凸起能够对物料粉末形成一定的阻挡，凹槽1021设置在第一圆弧曲面上，因此物料粉末会延伸至凹槽1021促进轴向副旋流b，通过凹槽1021促进轴向副旋流b达到一定的流量。

有效实现物粉末延轴向和径向两方向立体旋转、撞击磨擦，形成圆度很高、滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度的物料粉末。

同时本装置全部操作在密闭腔体内完成，不存在粉尘污染，不存化学剂对环境和材料自身的污染问题，可操作实用性强。

通过凹槽1021之间的凸起增加物料粉末的冲击打磨，同时凹槽1021中会形一个个小涡流、增大物料粉末磨擦。

为了避免凹槽1021底部有粉末沉积，凹槽1021的底部设置有倒角，并且该倒角设有圆弧过度。

具体实施时，为了促进物料粉末在腔体1内部形成轴向旋转，如图2所示，所述上壳体101和下壳体102的中间位置向腔体内部延伸出凹陷结构，其中上壳体101中间位置凹陷结构为第一凹陷结构1012，下壳体102的中间位置凹陷结构为第二凹陷结构1022，所述第一圆弧曲面的第二端部与所述凹陷结构连接，如此能够使得物料粉末在第一圆弧曲中沿着凹槽1021向下旋转，避免直接下垂落下。

具体实施时，如图1、4和5所示，所述旋转叶轮2包括：

叶片201，所述叶片201为直板式结构；圆环形腔体和叶片201之间形成有侧面空隙区；

转动轴3，所述叶片201沿着周向均匀分布在所述转动轴3外壁。

具体的，所述转动轴3与电机4通过转动件401连接，通过电机4驱动该转动轴3转动，从而带动叶片201转动。

具体的，为方便整体结构的组装，所述转动轴3从所述第二凹陷结构1022位置贯穿下壳体102，并且与通过第一轴承302与下壳体102连接，且下壳体102下端位置还设置有底座5，该转动轴3与底座5连接处设置有第二轴承303，转动轴3在第一轴承302和第二轴承303之间设置轴承底座301。

具体实施时，如图2和5所述叶片201远离转动轴3的一端部为半圆形，设置为半圆形结构能够与腔体1内壁的圆弧曲面结构形成对应。

具体实施时，如图2所示，所述叶片201的高度为d4，所述腔体1内部最大的高度为d3，所述d4为所述d3的50-60％；

如图7所示，所述旋转叶轮2的直径为d1，所述腔体1的内径为d2，所述d2为所述d1的80-85％。此设计决定高速空气径向主旋转a与轴向旋转b的速比大约为1∶3～5，有效实现塑料粉自身延轴向和径向两方向立体旋转、撞击磨擦，形成圆度很高、滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度和低空隙率物料粉末。通过控制两个维度方向的旋转速度，促进物料粉末之间的撞击磨擦，

具体实施时，所述旋转叶轮2还包括：

连接筋202，所述连接筋202位于相邻的叶片201之间，且所述连接筋202的两侧为曲面；

如图1、4和5，所述曲面包括第一曲面2021和第二曲面2022，

所述第一曲面2021的第一端部位于所述叶片201的中间位置，且所述第一曲面2021的第二端部位于所述叶片201靠近所述转动轴3一端部的第一侧部；

所述第二曲面2022的第一端部位于所述叶片201的中间位置，且所述第二曲面2022的第二端部位于所述叶片靠近所述转动轴3一端部的第二侧部。

具体的该第一曲面2021的第一端部与第二曲面2022的第一端部的之间的垂直距离小于叶片201的高度，并且两者也可以重合为一起。

通过该第一曲面2021和第二曲面2022，与腔体1内部的圆弧曲面，能够产生有效的连续轴向旋转，并且曲面具有引流作用，有利于产生轴向旋转b。通过该第一曲面2021和第二曲面2022有利于在腔体1内部形成低压区和高压区，并增加了低压区和高压区的压力差，提高轴向副旋流b的强度。

同时该连接筋202能够增加叶片201的强度。

具体实施时，所述加工设备还包括：

进料斗1011，所述进料斗1011的进料方向与所述装置的竖直方向呈夹角设置。形成夹角设置可以促进物料粉末产生旋转。

上述实施例提供的加工设备，腔体内除径向主旋流a以外，形成两个对称的轴向涡流，即轴向旋流b，物料粉末悬浮空气中，自身进行立体旋转，粉末间相互磨擦、粉末与腔壁间磨擦温度升高，物料粉末表面软化，表面有棱角、尾丝的位置阻力大，受到气流冲击打磨后，形成园度很高、滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度和低空隙率，低含水率的物料粉末。

本发明实施例提供的加工设备，上壳体和下壳体组成密闭腔体，通过旋转叶轮带动物料粉末和空气的混合，产生径向主旋流a，腔体与直板式叶片组成的结构、通过旋转叶轮的转动，此外，腔体与直板式叶片组成的结构、通过旋转叶轮的转动，在所述旋转叶轮2的上部和下部的区域形成低压区，在所述旋转叶轮2的端部区域形成高压区，从而形成轴向副旋流b；同时在第一圆弧曲以及该第一圆弧曲上的凹槽1021作用下促进轴向副旋流b达到一定的流量，从而实现加工工艺需要的径向主旋流a和轴向副旋流b比例为3～5∶1，提高产品的性能。

通过有效实现物料粉末和空气的混合体延轴向和径向两方向立体自由旋转、相互撞击磨擦产生热能，使得物料粉末表面软化，继续在轴向和径向立体自由旋转、相互撞击磨擦下，会形成圆度很高、滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度的塑料粉末。

此外，本发明实施例还提供通过上述装置加工滚塑成型用物料粉末加工工艺，包括以下步骤：

s1:旋转叶轮旋转状态下加入塑料粉末或塑料粒子混合料；

具体的，从进料斗1011加入塑料粉末和塑料粒子混合料，为了利于快速加料，可发挥离心力的作用，将旋转叶轮2的转速调在300～600转/秒下运行，有利于快速加入物料粉末，加入物料粉末混合料数量为腔体容积的30-40％。

s2:提高旋转叶轮的转速至4500-6000转/秒，升温至80-85℃，搅拌5～8min；使得混合料在轴向和径向两方向立体自由旋转、相互撞击；

具体的，物料粉末混合料加入完毕，起动工作按钮；旋转叶轮2在电机带动下、以最高转速4500-6000转/秒下快速给物料粉末升温，当腔体内温度接近设定温度时，有温度传感器、温控器、变频器组成pid电控系统，通过变频器对电机进行降速，直到设定工作温度恒定、会自动对应的转速下运行，经5～8分钟旋转撞击磨擦，物料粉末形状扁平、有尾丝得到解决，形成性能上高流动性、高堆积密度和低空隙率的物料粉末。

s3:搅拌完毕打开出料口，放料。

具体的，加工好的塑料粒子混合料有出料口1022放出。

旋转叶轮2的转速，理论上转速越高，加工物料粉末效能越高，实际中转速过高、过度撞击磨擦使物料粉末温度过高，存在熔融结块问题。为此将转速限定为4500-6000转/秒为起始升温转速，也是设备最高转速，工作中当物料粉末按近设定的最佳工作温度时，有温度传感器、温控器、变频器组成pid电控系统，通过变频器对电机进行降速，直到设定工作温度恒定、会自动对应的转速下运行，自动实现工作效能最大化，温度与转速关联、能自动控制实现。

本发明实施例提供的加工工艺，塑料混合物在腔体1中经向主旋流a、及轴向旋流b作用下，让物料粉末悬浮空气中，自身延轴向和径向两方向立体旋转、并撞击磨擦，温度会升高使物料粉末表面软化，表面有棱角、尾丝的位置阻力大，受到气流冲击打磨后，去掉尾丝、形成圆度很高物料粉末，以实现滚塑成型需要的高流动性、高堆积密度和低空隙率物料粉末。同时加工时的高温使物料粉末中水份挥发，降低了含水率。由于物料粉末质量轻，可在粉末中加入塑料微球、增强撞击磨擦、以提高工作效果。

为了更加详细的说明本发明的方案，以上述实施例中的装置及加工工艺制备pe物料粉末，并且选取传统方法制备的pe物料粉末作为对比。通过国标方法对产品pe物料粉末的性能进行检测，其中本方发明实施例制备的pe物料粉末流动性为16s/100l，堆积密度为0.42kg/l，含水率小于0.25％，并且在显微镜下观察尾丝消去，圆度更好。

而采用传统方法制备的pe物料粉末粉末流动性为24s/100ml；p堆积密度为0.35kg/l；在显微镜下观察粉末形状扁平、而且有蝌蚪形尾丝。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。