专利名称：高分子材料叶片塑化挤出过程的可视化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高分子材料成型加工领域中的一种采用圆筒形玻璃定子实现高分子 材料叶片塑化挤出过程的可视化装置。
背景技术：
在专利Z1200810026054. X中提及了一种基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方 法及设备，其特征是由定子内表面、转子外表面、两叶片及两挡料盘围成具有确定几何形状 的空间，空间容积依次由小到大再由大到小周期性变化，容积变大时纳入物料，容积变小时 压实、塑化并排出物料，实现正应力起主要作用的物料塑化输运，其优点是把拉伸流动引入 到高分子材料的塑化输运挤出过程。物料流变行为的变化降低了挤出设备的能耗，改善了 制品性能。这一技术是一种新型节能的高分子材料加工成型方法，具有广阔的市场前景。随 着该技术发展和推广应用，迫切需要对叶片挤出过程中物料的压实、熔融和输运过程进行 深入细致的研究，而全程动态可视化技术无疑是进行该项研究最直观、最深入的手段之一。由于高分子材料在挤出过程中处于高温高压的状态，长期以来，这一过程都是在 金属料筒中进行，无法进行过程的直接观察。为了深入了解挤出过程的机理，改进挤出设 备，人们开始了挤出过程的可视化研究。可视化实验手段可以分为静态可视化和动态可视 化两个分支。其中静态可视化技术的主要设备方法有骤冷顶出螺杆法和剖分料筒法。采用 静态可视化技术有几个明显的缺点一是取样时必须停机，无论是顶出螺杆或拆去上半个 料筒，都难免引起标本的局部畸变，甚至破坏。二是，骤冷和取出螺杆总是需要一定的时间 (10 20min)，此时看到的物态和停机时的物态会有一定的差别；三是，这种方法只能观察 重新凝固后的物态，无法看到动态的、连续的，尤其是无法看到那些精细的物理过程。而动 态可视化装置则是采用局部或全程透明材质的料筒，能够连续、实时、在线地观察挤出过程 的有关装置。目前，根据透明料筒的结构形式，动态可视化挤出装置可分为两种，一种是视 窗型，一种是筒型。CN2162346Y公开的视窗型挤出设备可以用于生产，但是局部视窗型料筒 结构复杂、玻璃部分没有加热，造成整个料筒加热难以均勻，而且难以在线、实时观察塑化 挤出的全过程。CN1217251A公开了一种带有透明螺筒的螺杆挤出机，该专利并未提出透明 螺筒的加热方法，因此在指导高分子材料挤出成型过程可视化实验设备的实施方面还存在 欠缺。ZL200510033369. 3公开了一种两端带有凸台的耐高温高压的透明玻璃料筒，并且透 明玻璃筒与金属联接段的联接采用柔性耐压增强垫片结合迷宫式密封方式，从而保证满足 正常挤出生产工作压力下(15MPa)物料不泄漏，料筒外部安装远红外加热器实现透明料筒 全程均勻快速加热。由于玻璃的脆性，不易进行精确的机加工，所以透明玻璃料筒两端加工 尺寸精确的凸台有很大困难。如果按照Z1200810026054. X中提及的偏心定子形式加工玻 璃定子，会因玻璃加工困难和加工精度不足而很难实现精确的定子与转子之间的精确偏心 距，使机台无法正常运转和工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种进行动态全程观察，并能用于真实的高分子材料固体输 送、熔融、均化挤出的高分子材料叶片塑化挤出过程的可视化装置。本发明的一种高分子材料叶片塑化挤出过程的可视化装置，其两端面开有反方向 偏心止口的金属挡板与三段耐高压高温的透明玻璃筒构成可视化定子，用于完成物料的固 体输送、熔融塑化、熔体挤出全过程的实时、在线观察和测量。所述挡板两端面开有偏心方向相反的两个止口，用于定位透明玻璃定子，使定子 与转子之间产生偏心，物料在此偏心的空间内在叶片转动下产生拉伸流动并通过挡板上的 流道向前输运；所述挡板和玻璃定子通过拉杆、螺母和安装板等将其联接和固定；挡板上 开有测量熔体温度和压力传感器的安装孔，用于测得不同位置物料的温度和压力。本发明可以采用一段或一段以上的透明玻璃定子与金属挡板组合，组装成不同数 目定子的高分子材料叶片塑化挤出过程全程可视化装置。挡板的中间设有异形熔体流道，用来连通前后两个定子。挡板上开有测量熔体温度和压力传感器的安装孔，用于测得不同位置的熔体的温 度、压力；通过拉杆、螺纹孔和螺母把安装板、定子、挡板和模头联接和固定。通过拉杆、螺纹孔和螺母联接和固定安装板、定子、挡板和模头。本发明采用了三个相同的耐高压高温的透明玻璃筒，由于玻璃的脆性使其无法进 行精确的机加工，所以该定子采用较为容易成型的同轴圆筒形状，且圆筒两端面不做任何 形体的加工，定子与转子之间的偏心由挡板实现。定子通过几个挡板联接与固定，定子与挡 板之间的联接处采用柔性耐压增强垫片过渡与密封。定子外部安装远红外加热器实现透明 定子全程均勻加热。本发明与现有技术相比具有如下优点1、由于玻璃的加工性较差，其不便于机加工和加工精度有限的特点，此装置省去 了 ZL200510033369. 3中透明玻璃料筒两端的定位凸台，也不需要像专利Z1200810026054. X提及的加工具有偏心圆孔定子，本发明采用的玻璃定子只为简单同轴圆筒，且圆筒两端不 做任何形体加工，而是在固定定子的金属挡板两端面开有反向偏心的止口，一是实现玻璃 定子的定位，二是实现定子和转子之间的偏心空间，此装置偏心空间的产生有别于叶片挤 出机中采用的偏心定子，这样极大方便了透明玻璃定子的制作，可以保证该可视化装置制 造的简单化及其较高的配合精度。2、由于定子由耐温耐压透明玻璃制成，不能直接施加大压力于其上，在玻璃定子 与金属挡板接触部位，采用柔性耐压垫片过渡与密封，再通过拉杆、螺纹孔和螺母联接和固 定安装板、定子、挡板和模头，保证了透明定子受力均勻，设备耐压性能好，能够承受所需的 工作压力。3、由于透明定子材质的导热系数较小，如采用传统的接触式传导加热则加热效率 很低，因此在定子外设置非接触式远红外加热器，远红外加热器发射出的远红外线，直接辐 射到透明定子上，并透过一定深度后被吸收，转变成热能，从内部加热定子及物料，因此能 够对玻璃定子进行均勻快速的加热。4、由于所采用的定子材料可耐高温、高压，远红外加热器可对定子进行快速均勻 的加热，这样不仅克服了视窗型透明定子结构复杂、加热冷却均勻性差的缺点，而且所观察的结果能够反映拉伸流动作用下聚合物加工过程的真实情况。5、采用不同数目的透明玻璃定子和金属挡板的组合可以获得不同的高分子材料 叶片塑化输运过程可视化装置，从而根据需要研究叶片塑化挤出全过程。
图1是本发明一种高分子材料叶片塑化输运过程可视化装置的结构示意图。图2是图1中的透明玻璃定子与金属挡板偏心安装示意图。图中1为电机，2为转子，3为安装板，4为加料斗，5为金属挡板1，6为加热器1，7 为金属挡板11，8为加热器11，9为金属挡板III，10为加热器III，11为金属挡板IV，12为 模头，13为螺纹孔，14为拉杆，15为进料定子，16为玻璃定子I，17为叶片，18为玻璃定子 II，19为玻璃定子III，20为盖螺母，21为温度、压力传感器安装孔，22为圆周柔性耐压垫 片，23为端面柔性耐压垫片。
具体实施例方式在图1中电机1与转子2联接，在电机的带动下转子作旋转运动。在转子上的四 段(分别对应四个定子)开设十字交叉的槽，每个槽中插入一组叶片17，一组是由两个凸叶 片组合而成，一组是两个凹叶片组合而成。转子2套在由安装板3，进料定子15，三个透明 定子16、18和19，和四个金属挡板5、7、9和11组合而成的定子中，并通过拉杆14、螺纹孔 13和盖螺母20将安装板、进料定子、三个透明玻璃定子、四个金属挡板和模头联接并固定。图2所示实施例中，金属挡板9中间有一独特的熔体流道，且挡板的两端面开有偏 心方向相反的止口，透明定子18和19被这两个偏心止口固定，从而使定子与转子之间形成 一定的偏心空间，转子转动时转子上的叶片会推动偏心空间内的熔体进行拉伸流动并顺着 挡板上的流道向前输运；透明定子18和19与金属挡板9之间通过圆周柔性耐压垫片22和 端面柔性耐压垫片23过渡和密封，其他透明定子与金属挡板之间联接处均采用圆周柔性 耐压垫片22和端面柔性耐压垫片23过渡和密封；金属挡板9上开有安装测量熔体温度和 压力传感器的安装孔21，通过安装温度和压力传感器可以测量熔体的温度和压力，在其他 金属挡板上也均开有安装测量熔体温度和压力传感器的安装孔。本发明的两端面带有反方向偏心止口的金属挡板和透明玻璃定子的组合，可以实 现实时、在线观察、测量由叶片塑化输运挤出高分子材料的全过程。
权利要求
一种高分子材料叶片塑化挤出过程的可视化装置，其特征在于其两端面开有反方向偏心止口的金属挡板与三段耐高压高温的透明玻璃筒构成可视化定子，用于完成物料的固体输送、熔融塑化、熔体挤出全过程的实时、在线观察和测量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述挡板两端面开有偏心方向相反的两个 止口，用于定位透明玻璃定子，使定子与转子之间产生偏心，物料在此偏心的空间内在叶片 转动下产生拉伸流动并通过挡板上的流道向前输运；所述挡板和玻璃定子通过拉杆、螺母 和安装板等将其联接和固定；挡板上开有测量熔体温度和压力传感器的安装孔，用于测得 不同位置物料的温度和压力。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于采用一段或一段以上的透明玻璃定子 与金属挡板组合，组装成不同数目定子的高分子材料叶片塑化挤出过程全程可视化装置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于挡板的中间设有异形熔体流道，用来连通 前后两个定子。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于挡板上开有测量熔体温度和压力传感器的 安装孔，用于测得不同位置的熔体的温度、压力。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于通过拉杆、螺纹孔和螺母联接和固定安装 板、定子、挡板和模头。
全文摘要
本发明涉及由一种高分子材料叶片塑化挤出过程全程可视化装置。该装置的定子由一段或多段耐温耐压的圆筒状透明玻璃制成；定子之间有开有流道的金属挡板，挡板两端面开有偏心方向相反的止口，用来定位、连接各段定子；定子与挡板之间的联接处采用柔性耐压增强垫片过渡与密封；并通过拉杆、固定安装板等将定子和挡板联接紧固为整个叶片塑化挤出系统。本发明可实现高分子材料叶片塑化挤出过程全程可视化观测与表征研究。
文档编号B29C47/92GK101890798SQ20101022351
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者冯彦洪, 晋刚, 殷小春, 瞿金平 申请人:华南理工大学