专利名称：一种超声振动微管挤出模具的制作方法
技术领域：
本发明属于聚合物挤出成型技术领域，涉及到一种利用超声振动降低聚合物熔体 挤出流动阻力、提高挤出效率和质量的超声振动微管挤出模具。
背景技术：
聚合物熔体在挤出模具微小流道内的流动过程一直是聚合物挤出加工研究的重 点问题。在宏观挤出加工中，由于流道特征尺寸较大，流动阻力相对较小，挤出过程容易实 现。但是在微管挤出过程中，流道特征尺寸较小，聚合物熔体本身粘弹特性引起的阻力无法 忽略，尤其是当挤出速度提高到临界值时，聚合物熔体表面会产生“鲨鱼皮”现象，甚至发生 熔体破裂，这直接影响到微管挤出生产的效率。所以传统的微管挤出往往存在着能耗大、生 产效率低、挤出制品质量差等缺点。甚至对于一些加工性能较差的聚合物而言，使用传统的 挤出加工工艺无法得到合格的成型制品。因此，探索新型、高效、高质量微管挤出成型技术 具有重要的现实意义和广阔的市场前景。目前，超声振动在塑料加工领域的研究主要集中在(1)超声振动对聚合物熔体 流变参数及力学性能的影响；(2)超声振动在提高聚合物基复合材料界面强度中的应用；超声振动在填充聚合物中的应用；(4)超声振动在泡沫塑料挤出中的应用。这些研究着 重揭示了超声振动对聚合物加工性能和加工效率的影响，为超声振动在聚合物成型领域的 应用提供了理论基础。但是在聚合物微管挤出领域，尤其是超声振动微管挤出模具结构设 计方面的研究国内外未见报道。在微管挤出过程中，应用超声振动可以使聚合物熔体在微 流道内流动时充分发生壁面滑移，减小流动阻力。这样一方面可以降低加工难度，成型一些 不易利用微挤出成型加工的聚合物；另一方面由于流道内阻力降低，微挤出速度可以相应 升高，这有利于提高微管挤出的生产效率，获得具有较高质量的制品。由此可见，研究超声 振动微管挤出模具具有十分重要的实际意义。
发明内容
本发明提供了一种超声振动塑料微管挤出模具，用于降低微管挤出流动阻力，提 高挤出效率，获得较高质量的微型管材。本发明的技术方案是一种超声振动微管挤出模具，包括超声频电源、换能器、传振杆、变幅杆、振动头、 机头体、分流锥、支撑板、定位销、口模托板、挡板、紧固螺栓、垫圈、口模、挡圈、压力/温度 集成传感器、芯棒、调节螺栓、通气螺栓、连接管、加热圈、温度传感器和法兰盘。机头体垂直挤出方向通过连接管与挤出机出口相连，变幅杆和振动头以平行于挤 出方向的方式同机头体连接，分流锥和芯棒分别固定在支撑板两侧，通气螺栓通过机头体 上的螺栓孔与支撑板相接触，调节螺栓通过挡板上的螺纹孔和口模托板连接，利用垫圈、挡 圈和紧固螺栓将口模固定在口模托板上，加热圈和温度传感器固定在机头体和口模托板外 部，压力/温度集成传感器安装在口模平直段的小孔内。
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使用垂直进料方式设计微管挤出模具基本结构，使振动头振动方向与挤出方向一 致；振动头采用螺旋凹槽式结构，调节熔体的流场分布；使用外置超声频电源、换能器、传 振器和变幅杆调节超声振动相关参数；根据需要更换不同结构参数的分流锥、芯棒、口模托 板和口模；调节螺栓可调整芯棒和口模的同轴度和间隙；口模的平直段压力/温度集成传 感器测量聚合物熔体在微挤出过程中的压力和温度。该模具可以根据研究的需要更换不同结构参数的分流锥、芯棒、口模托板和口模。 同时还可以通过调节超声频电源、换能器、传振杆、变幅杆的相关参数研究不同超声振动工 艺参数对微管挤出效率和挤出物质量的影响。熔融的聚合物熔体在压力的作用下通过垂直结构连接管进入模具流道，超声由超 声频电源产生，经过换能器将波能转换成为机械能，再通过传振杆、变幅器使振动头高频振 动，在分流锥的作用下聚合物进入流道内，经过压缩段的压缩，最后由平直段挤出。特殊结 构的振动头一方面可使聚合物熔体产生超声振动，能够有效的降低流动阻力；另一方面，螺 旋凹槽结构可以调节熔体流场分布，使熔体流动均勻；安装在口模托板上的调节螺栓可改 变芯棒和口模之间的同轴度与间隙，使聚合物熔体挤出过程的流场分布更为均勻；固定在 机头体和口模托板上的加热圈和温度传感器用来控制微管挤出过程中温度的变化；安装在 平直段的传感器同时具有测量压力和温度的功能，是一个压力/温度集成传感器，具有计 算机通讯接口，用于测量超声振动情况下聚合物熔体在挤出过程中的压力和温度。本发明的效果和益处是通过设计一种垂直进料、水平振动的超声振动微管挤出 模具，实现了在微管挤出领域将超声振动应用于聚合物的挤出成型加工；振动头设计成特 殊螺旋凹槽式结构，既能产生超声振动，降低聚合物熔体的流动阻力，又能使聚合物流动平 衡；采用外置独立式超声振动系统，可以通过调节超声频电源、换能器、传振杆和变幅杆相 关参数，系统研究超声振动工艺参数对微管挤出效率和制品质量的影响；模具结构采用镶 块式设计，可以根据研究需要更换不同结构参数的分流锥、芯棒和口模。本发明不但可以降 低微管挤出成型难度，成型一些微挤出工艺不易加工的聚合物，还可以提高挤出效率，获得 更高质量要求的医用微挤出导管。
附图是超声振动微管挤出模具的结构示意图。图中1超声频电源；2换能器；3传振杆；4变幅杆；5振动头；6机头体-Jk加热 圈；8分流锥；9B加热圈；10支撑板；11定位销；12 口模托板；13C加热圈；14挡板；15 A紧 固螺栓；16 D加热圈；17垫圈；18 B紧固螺栓；19 口模；20挡圈；21压力/温度集成传感 器；22 D温度传感器；23芯棒；24调节螺栓；25 C温度传感器；26通气螺栓；27 B温度传感 器；28 A温度传感器；29 E加热圈；30连接管；31法兰盘。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。观测超声振动作用下热塑性聚氨酯(TPU)微型介入导管挤出效率和挤出物质量， 实施例步骤如下步骤1
使用烘干箱在一定温度下烘干TPU，去除水分。步骤2启动挤出机，利用加热圈(7、9、13、16、29)和温度传感器(22、25、27、28)将挤出机 各段和模具各区域分阶段加热到设定温度，并保温一段时间。步骤3将烘干的TPU塑料颗粒倒入料筒，在挤出机螺杆的作用下，聚合物熔体由连接管 30垂直流入机头体6，经分流锥8作用进入流道，然后在芯棒23、口模托板12和口模19的 共同作用下，熔体截面形状逐渐压缩达到设计要求，并从口模19出口挤出。步骤4打开超声频电源1，通过设置相关参数使振动头5产生高频振动。步骤5根据挤出制品截面形状和壁厚均勻情况，利用调节螺栓24调节口模托板12和芯 棒23之间的间隙，使挤出过程平稳、均勻。步骤6调节超声振动系统工艺参数或挤出工艺参数，测量挤出微管尺寸精度、形状精度 和挤出速度等，同时利用压力/温度集成传感器21记录熔体的压力和温度值。步骤7通过数据处理和分析，获得不同超声振动工艺参数和挤出工艺参数对微管挤出效 率和挤出物质量的影响。步骤8更换不同结构参数的分流锥8、芯棒23、口模托板12和口模19，重复步骤2 步 骤7，获得超声振动对聚合物微挤出过程、挤出效率和微管质量的影响，揭示超声振动作用 下聚合物熔体微挤出过程的流动规律。
权利要求
一种超声振动微管挤出模具，包括超声频电源(1)、换能器(2)、传振杆(3)、变幅杆(4)、振动头(5)、机头体(6)、分流锥(8)、支撑板(10)、定位销(11)、口模托板(12)、挡板(14)、A紧固螺栓(15)、垫圈(17)、B紧固螺栓(18)、口模(19)、挡圈(20)、压力/温度集成传感器(21)、芯棒(23)、调节螺栓(24)、通气螺栓(26)、连接管(30)、法兰盘(31)、加热圈和温度传感器；加热圈包括A加热圈(7)、B加热圈(9)、C加热圈(13)、D加热圈(16)和E加热圈(29)；温度传感器包括A温度传感器(28)、B温度传感器(27)、C温度传感器(25)和D温度传感器(22)；其特征在于机头体(6)通过连接管(30)与挤出机出口相连，变幅杆(4)和振动头(5)与机头体(6)相连，分流锥(8)和芯棒(23)分别固定在支撑板(10)两侧，通气螺栓(26)通过机头体(6)上的螺栓孔与支撑板(10)相接触，调节螺栓(24)通过挡板(14)上的螺栓孔与口模托板(12)相接触，利用垫圈(17)、挡圈(20)和紧固螺栓(18)将口模(19)固定在口模托板(12)上，加热圈和温度传感器固定在连接管(30)、机头体(6)和口模托板(12)外部，压力/温度集成传感器(21)安装在口模(19)平直段的小孔内；使用垂直进料方式作为超声振动微管挤出模具的基本结构，使振动头(5)振动方向与挤出方向一致；振动头(5)采用螺旋凹槽式结构；使用外置超声频电源(1)、换能器(2)、传振器(3)和变幅杆(4)调节超声振动相关参数；根据需要更换不同结构参数的分流锥(8)、芯棒(23)、口模托板(12)和口模(19)；调节螺栓(24)调整芯棒(23)和口模(19)的同轴度和间隙；口模(19)的平直段压力/温度集成传感器(21)测量聚合物熔体在微挤出过程中的压力和温度。
全文摘要
本发明公开了一种超声振动微管挤出模具，属于聚合物挤出成型技术领域。其特征是该模具由超声频电源、换能器、传振杆、变幅杆、振动头、机头体、分流锥、支撑板、定位销、口模托板、挡板、紧固螺栓、垫圈、口模、挡圈、压力/温度集成传感器、芯棒、调节螺栓、通气螺栓、加热圈、温度传感器、连接管和法兰盘组成。模具采用垂直于挤出方向的供料方式；振动头采用螺旋凹槽式结构，沿微管挤出方向振动；根据需要可更换不同结构参数的分流锥、芯棒和口模；压力/温度集成传感器用于测量模具流道内压力和温度的变化。本发明通过设计垂直供料的超声振动微管挤出模具，将超声振动添加到塑料微管挤出成型中，可降低流动阻力，提高生产效率，获得较高质量的塑料微管。
文档编号B29C47/22GK101947846SQ20101028407
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者宋满仓, 王敏杰, 赵丹阳, 金翼飞 申请人:大连理工大学