专利名称：高分子材料管材单螺杆连续挤出成型机筒成型法及其成型设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及熔融流动性很差，甚至没有熔融流动性的高分子材料管材单螺杆连续挤出成型机筒成型法及其成型设备。
背景技术：
目前，对流动性很差的高分子材料管材成型普遍采用的成型方法有柱塞挤出成型；高分子材料进行流动工艺改性，增加其成型流动性后，采取普通单螺杆挤出成型；超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法。柱塞挤出成型可以看成是连续的烧结成型，该方法成型过程不连续，塑化时间长， 生产效率较低，不宜成型大的成品，在生产应用中受到一定限制。对流动性差高分子原料流动工艺改性后，采用普通单螺杆挤出成型，虽然能够成型，但成型效率低下，同时以降低产品性能为代价。发明专利ZL200710053227. 2，专利名称为“超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法”，提供一种超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法，实现对超高分子量聚乙烯粉料在不改性的前提下，连续挤出成型超高分子量聚乙烯管材的目的，这种管材制品完好保存了超高分子量聚乙烯材料的各种优良性能，成型速度达15m/h，远高于柱塞成型和工艺改性增加成型流动性的成型方法。专利ZL200710053227. 2的主要工艺特征是在机筒内实现“进料一压实一UHMWPE 管材型胚成型一塑化”的工艺流程，有别于普通挤出机成型高分子材料管材“进料一压实一塑化一管材成型(机筒外)”的工艺流程，这种先成型管材型胚，然后塑化工艺过程，保证管材的成型与原料熔融流动性没有必然关系，即使原料的熔融流动性很差也能成型。但专利 ZL200710053227. 2技术所成型的管材型胚的运动形式难以控制，一方面管材型胚随螺杆作旋转运动，另外与螺槽间作相对直线运动，管材型胚的绝对运动形式为螺旋运动。在成型过程中，随螺杆的同心度的降低，导致螺杆光杆与机筒间所形成的空间所形成UHMWPE管材型胚的几何尺寸精度降低，从而影响UHMWPE管材的精确定型和UHMWPE管材成型的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提出一种高分子材料管材单螺杆连续挤出成型机筒成型法，其保留了专利ZL200710053227. 2技术所有优点的前提下，提高了成型稳定性和产品质量。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于包括有螺杆固定支座、进料座、送料环、轴承、螺杆、前端机筒、齿轮、 轴承、前端机筒支承座、后端机筒和定型机筒，所述的螺杆固定在螺杆固定支座上，前端机筒分别通过轴承、轴承与进料座和前端机筒支承座固定在支架上、后端机筒和定型机筒固定在支架上，送料环内嵌在前端机筒的原料入口处，输出轴通过齿轮和齿轮与前端机筒配合连接，将动力传递到前端机筒上。按上述方案，所述的螺杆结构划分为螺杆包括有进料压缩段、螺棱线直线段和螺杆成型光杆段，其中在进料压缩段的结构为等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度；所述的螺棱线直线段在螺杆的螺棱线的尾部，螺棱线呈平行于螺杆方向的一段直线；所述的螺杆成型光杆段在形成高分子材料管材型胚处，螺杆的螺棱线消失， 变为光杆。按上述方案，所述的前端机筒或前端机筒的内衬上开有沟槽，所述的前端机筒在挤出机动力的作用下作旋转运动，或者前端机筒和后端机筒作为整体在挤出机动力的作用下作旋转运动，带动高分原料随螺槽方向进料压实。高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型法，其特征在于按以下步骤顺序进行螺杆静止，开有沟槽的前端机筒做旋转运动，带动高分子原料随螺槽前行并逐渐被压实，当高分子原料到达螺棱线直线段时，高分子原料的运动方向平行于螺杆的方向，随后到达螺杆成型光杆段，高分子原料充满机筒与螺杆间所形成的空间形成高分子材料管材型胚；所得的高分子材料管材型胚在摩擦热、机筒外热和加热螺杆的共同作用下，逐渐塑化，得到高分子材料管材；然后在挤出压力的继续作用下，处于高弹态下的高分子材料管材通过定型芯棒和定型套来实现温度和几何尺寸的均化过程；再通过冷却套完成冷却定型过程，最后通过牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现高分子材料管材的连续成型。本发明的基本原理是螺杆静止，前端机筒旋转，整个成型过程的动力来自于前端机筒的旋转；原料从进料座进入后一自然态一压紧态一完全压实态一形成高分子材料管材型胚，其运动轨迹沿螺槽方向作绝对运动，最后一段螺棱呈直线状，方向与螺杆方向平行， 这样就保证所形成的高分子材料管材型胚的绝对运动是随螺杆方向作直线运动，提高了管材型胚的质量和成型稳定性；随着螺棱的消失，螺杆变为光杆，此时高分子材料管材原料充满后端机筒与光杆间，从而形成管材型胚；在摩擦热和机筒加热器热传导的共同作用下，当管材型胚到达机筒前端处，管材充分完全塑化，完成高分子材料管材在机筒内的成型过程， 其后，定型机筒内，通过内压法或外压法，实现高分子材料管材的精确定型。本发明与专利ZL200710053227. 2，发明名称“超高分子量聚乙烯管材单螺杆挤出机筒成型法”相比具有以下优点
(1)保证了高分子材料管材型胚沿螺杆方向作绝对运动如图2所示，由于螺杆静止不动，前端机筒的旋转运动将高分子原料不断向前输送压实，原料沿螺槽方向向前输送，最后一段螺棱呈直线状，方向与螺杆方向平行，保证所形成的高分子材料管材型胚的运动形式是随螺杆方向作直线运动；
(2)提高了高分子材料管材型胚质量和成型过程的稳定性专利ZL200710053227.2 技术在成型过程中由于螺杆偏心旋转的影响，导致高分子管材型胚的几何尺寸精度难以保证，同时管材型胚在机筒内的运动由其随螺杆作旋转运动和与螺槽间的相对运动的合成， 管材型胚的绝对运动形式为螺旋运动，这影响了管材的定型和成型过程的稳定性。本发明螺杆静止不动，管材型胚的运动方向为沿螺杆方向作绝对运动，提高了高分子材料管材型胚的成型精度和成型稳定性；
(3)本发明专利技术在高分子管材成型工艺上突破了传统单螺杆挤出成型高分子材料管材的成型工艺即先在机筒内形成管材型胚，再塑化的工艺。这种工艺路线保证本发明专利技术在成型高分子材料管材时，不需要考虑原料的流动性，即使流动性很差时也能成型；
(4)本发明所成型得到的高分子材料管材可保持原料的物理性能在进行高分子材料成型管材时，成型温度低于原料分解温度，则成型的高分子材料管材将完好的保留原料的性能。
图1为本发明的成型设备结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的描述，但是不会构成对本发明的限制。实施例1本发明的成型设备主要包括螺杆固定支座1、进料座2、送料环3、轴承 4、螺杆5、前端机筒6、固定在前端机筒上的齿轮7、轴承8、前端机筒支承座9、后端机筒10 和定型机筒11，所述的螺杆5固定在螺杆固定支座1上，前端机筒6分别通过轴承4、轴承 8与进料座2和前端机筒支座9固定在支架上、后端机筒10和定型机筒11固定在支架上， 送料环3内嵌在前端机筒的原料入口处、挤出机的输出轴12通过齿轮13和齿轮7与前端机筒6配合连接，将动力传递到前端机筒6上。本发明的机筒由前端机筒6和后端机筒10组成，其中前端机筒6在齿轮7的带动下旋转，后端机筒10处于静止状态。所述的螺杆5具有以下结构特征等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度；所述的螺棱线直线段在螺杆的螺棱线的尾部，螺棱线呈平行于螺杆方向的一段直线；所述的螺杆成型光杆段在形成高分子材料管材型胚处，螺杆的螺棱线消失， 变为光杆。送料环3内嵌在前端机筒的原料入口处，提高了高分子原料初始输送能力。前端机筒6内开有沟槽，提高对高分子原料的输送能力。高分子材料管材单螺杆挤出成型机筒成型法需要的动力装置、传动装置、温度控制系统都可采用现有单螺杆挤出机相同设备及技术。牵引装置、计量装置和切割装置采用现有常规装备。高分子材料管材单螺杆挤出成型机筒成型法，按以下步骤顺序进行螺杆静止，开有沟槽的前端机筒做旋转运动，带动高分子原料随螺槽前行并逐渐被压实，当高分子原料到达螺棱线直线段时，高分子原料的运动方向平行于螺杆的方向，随后到达螺杆成型光杆段，高分子原料充满机筒与螺杆间所形成的空间形成高分子材料管材型胚；所得的高分子材料管材型胚在摩擦热、机筒外热和加热螺杆的共同作用下，逐渐塑化，得到高分子材料管材；然后在挤出压力的继续作用下，处于高弹态下的高分子材料管材通过定型芯棒和定型套来实现温度和几何尺寸的均化过程；再通过冷却套完成冷却定型过程，最后通过牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现高分子材料管材的连续成型。在高分子材料管材成型过程中在加热区的温度均小于高分子材料的分解温度。表1为中国石油天然气集团公司管材研究院，对本发明实施例1所生产的纯 UHMWPE管材进行关键性能参数检测报告，表明样品在密度、维卡软化温度和耐磨性等方面完好的保留了纯UHMWPE的物理性能。 表1对机筒成型法生产的纯UHMWPE管材进行关键性能参数检测报告
1样品按照GB/T1033. 1-2008中的浸渍法进行密度检测，结果为0. 931g/cm3;2样品按照GB/T8802-2001进行维卡软化温度检测，结果为76. 3。C ；3样品按照QB/T2668-2004附录B进行砂浆磨损率检测，测试结果为0. 14%。
权利要求
1.高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于包括有螺杆固定支座(1)、 进料座(2)、送料环(3)、轴承(4)、螺杆(5)、前端机筒(6)、齿轮(7)、轴承(8)、前端机筒支承座(9)、后端机筒(10)和定型机筒(11)，所述的螺杆(5)固定在螺杆固定支座(1)上，前端机筒(6)分别通过轴承(4)、轴承(8)与进料座(2)和前端机筒支承座(9)固定在支架上、后端机筒(10)和定型机筒(11)固定在支架上，送料环(3)内嵌在前端机筒的原料入口处，输出轴(12)通过齿轮(13)和齿轮(7)与前端机筒(6)配合连接，将动力传递到前端机筒(6) 上。
2.按权利要求1所述的高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于所述的螺杆(5)结构划分为螺杆由进料压缩段、螺棱线直线段和螺杆成型光杆段，其中在进料压缩段的结构为等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度；所述的螺棱线直线段在螺杆的螺棱线的尾部，螺棱线呈平行于螺杆方向的一段直线；所述的螺杆成型光杆段在形成高分子材料管材型胚处，螺杆的螺棱线消失，变为光杆。
3.按权利要求1或2所述的高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于所述的前端机筒或前端机筒的内衬上开有沟槽，所述的前端机筒(6)在挤出机动力的作用下作旋转运动，或者前端机筒(6)和后端机筒作为整体在挤出机动力的作用下作旋转运动，带动高分原料随螺槽方向进料压实。
4.应用权利要求1所述的高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型设备的高分子材料管材单螺杆挤出机筒成型法，其特征在于按以下步骤顺序进行螺杆静止，开有沟槽的前端机筒做旋转运动，带动高分子原料随螺槽前行并逐渐被压实，当高分子原料到达螺棱线直线段时，高分子原料的运动方向平行于螺杆的方向，随后到达螺杆成型光杆段，高分子原料充满机筒与螺杆间所形成的空间形成高分子材料管材型胚；所得的高分子材料管材型胚在摩擦热、机筒外热和加热螺杆的共同作用下，逐渐塑化，得到高分子材料管材；然后在挤出压力的继续作用下，高分子材料管材通过定型芯棒和定型套来实现温度和几何尺寸的均化过程；再通过冷却套完成冷却定型过程，最后通过牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现高分子材料管材的连续成型。
全文摘要
本发明高分子材料管材单螺杆连续挤出成型机筒成型法及其成型设备，按以下顺序进行螺杆静止，开有沟槽的前端机筒做旋转运动，带动高分子原料随螺槽前行并逐渐被压实，当原料到达螺棱线直线段时，高分子原料的运动方向平行于螺杆的方向，随后到达螺杆成型光杆段，高分子材料充满机筒与螺杆间所形成的空间形成高分子材料管材型胚；然后加热塑化，得到高分子材料管材；在挤出压力的继续作用下，高分子材料管材通过定型芯棒和定型套来实现温度和几何尺寸的均化过程；再通过冷却套完成冷却定型过程。本发明具有以下优点提高了高分子材料管材型胚的成型精度和成型稳定性。
文档编号B29C47/38GK102358022SQ20111021774
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者秦建华 申请人:武汉工程大学