一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置的制作方法

本实用新型涉及高分子材料加工技术领域，尤其是一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置。

背景技术：

塑料微管是一种尺寸微小且尺寸精度要求较高的一种塑料制品，目前主要应用在医学诊断、光纤通讯、汽车气路/油路和精密仪器设备中，其中以在医学诊断中的应用尤为突出，如：介入式医疗导管，包括：血管内造影导管、球囊扩张导管、中心静脉导管和各种气管导管等。每年我国消耗的各类塑料微管有上亿元人民币，因此塑料微管制品的生产具有很好的市场前景和价值。塑料微管制品是通过塑料在高温环境下融化成高分子熔体后，在挤出机的螺杆搅拌、压缩和输运下，从特定管材口模中挤出得到的，但是在传统塑料微管挤出过程中，由于高分子材料固有的高黏弹特性，以及熔融高分子熔体在口模流道内壁上产生的剪切和拉伸作用，容易使得被挤出的塑料微管产生挤出胀大、熔体破裂和挤出变形等一系列问题。而通过将气体引入到口模内，在口模内壁面和塑料微管熔体外壁面之间，以及在口模芯棒的外壁面与塑料微管熔体的内壁面之间，分别形成气体层，在两个气体层的辅助作用下，可以极大地减小熔体与口模壁面之间的剪切和拉伸应力，从而可以克服塑料微管的挤出胀大、熔体破裂和挤出变形等问题。但是，气辅挤出的塑料微管质量好坏与否与气辅挤出中气体的压力能否控制恰当至关重要。换句话说，辅助气体的压力能直接影响了气辅挤出的塑料微管质量，甚至直接决定了塑料微管气辅挤出能否顺利进行。对于气体压力控制，通常采用的方法是手动调节，但是这种传统方法会带来一些弊端，具体有：生产效率极其低下、控制精度达不到要求、抗干扰能力差等。因此，有必要对塑料微管气辅挤出中气体压力实现精密和自动控制。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了克服上述塑料微管气辅挤出的不足之处，本实用新型提出了一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，本实用新型装置由挤出单元、口模单元、气体辅助单元、测量单元、信号预处理单元和信号采集处理单元构成。

(二)技术方案

本实用新型的技术方案：一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，包括挤出单元、口模单元、气体辅助单元、测量单元、信号预处理单元和信号采集处理单元；其中：所述的挤出单元前后依次包括挤出机、冷却水槽和牵引机；所述的口模单元以熔体流过顺序依次由连接段、连接法兰、机头体、分流锥、分流支架、芯棒、压圈、无气辅口模段、外气辅圆筒、螺钉、内气辅接头和外气辅接头构成，其中，连接段插入挤出机机筒出口中，连接法兰位于连接段和机头体中间，通过连接法兰来固定口模单元；机头体为口模单元外整体；分流锥和芯棒可以通过内外螺纹固定在分流支架上，再放入机头体中，并且通过内气辅接头与机头体进行固定；芯棒外面嵌套无气辅口模段，两者之间构成环形流道；无气辅口模段通过压圈和螺钉与机头体连接固定；外气辅圆筒通过螺钉与无气辅口模段连接固定；外气辅接头固定在无气辅口模段外壁面上；所述的气体辅助单元按照先后顺序依次由空压机、储气罐、减压阀、三通阀、plc精密调压阀一、plc精密调压阀二、流量计一、流量计二、气体加热器一、气体加热器二和双通道温度控制器构成，其中，空压机与储气罐之间通过耐高压橡胶管连接，减压阀、三通阀、plc精密调压阀一、plc精密调压阀二、流量计一、流量计二、气体加热器一、气体加热器二依次通过耐高温聚四氟乙烯塑料管和气管接头连接；所述的测量单元包括测径子单元和表面凹凸测量子单元两个部分，其中，测径子单元由激光激发源和光电接收器构成，激光激发源和光电接收器分别位于塑料微管的两侧,表面凹凸测量子单元由投射光源和光量接收器构成，投射光源和光量接收器位于塑料微管的同侧,所述的信号预处理单元按照信号传输顺序依次由信号放大器和信号滤波器电气连接构成,所述的信号采集处理单元按照信号传输顺序由信号采集器、信号运算处理器和i/o接口依次电气连接构成。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的机头体外面包裹加热圈，所述分流锥的分流角取值范围为30-80°。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的分流支架的分流筋数为3-8条，并且分流支架内加工出一条气道，与内气辅接头连通。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的芯棒直径大小以塑料微管制品的内直径来确定,并且芯棒中心也加工出一条气道，芯棒的压缩角范围为30-60°。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的外气辅圆筒与机头体通过螺钉固定构成外气辅气室。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的plc精密调压阀一、plc精密调压阀二均为带电磁控阀门调压阀。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的气体加热器一由内至外依次由第一气体加热泵和第一外圆筒构成，气体加热器二由内至外依次由第二气体加热泵和第二外圆筒构成，同时，第一外圆筒和第二外圆筒两端均分别有进气口和出气口。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的双通道温度控制器由双通道温度控制箱、热电偶一、热电偶二构成，其中，热电偶一、热电偶二分别插入到第一外圆筒和第二外圆筒内腔中，热电偶一、热电偶二分别与双通道温度控制箱通过导线连接，通过热电偶一、热电偶二将采集到的气体加热器一、气体加热器二内腔中气体的温度信息转换为电信号，然后通过导线输入到双通道温度控制器，由双通道温度控制器中的控制仪表和继电器开控制气体加热的温度，另外，加热泵和两个气体加热泵的电源通过导线与双通道温度控制箱的电源开关相连接。

一种气体压力精密自动控制的塑料微管气辅挤出装置，其中：所述的信号运算处理器通过i/o接口与plc精密调压阀一、plc精密调压阀二电气连接。

(三)有益效果

本实用新型的优点在于：(1)本实用新型采用气辅技术，在塑料微管熔体与口模单元内壁面以及芯棒外壁面之间，分别形成内气辅层和外气辅层，使得塑料微管熔体以柱塞状挤出，可以消除传统塑料微管挤出产生的挤出胀大、熔体破裂和挤出变形等问题；(2)本实用新型采用了plc闭环控制技术，可以实现塑料微管气辅挤出中内气辅和外气辅气体压力的自动精密控制；(3)本实用新型采用测径子单元和表面凹凸测量子单元来对塑料微管直径和表面凹凸质量进行测量，并结合plc闭环控制技术，可以使得塑料微管气辅挤出稳定性得到提高、气辅挤出的塑料微管尺寸精度更高，以及表面质量更好。

除了上述所描述的目的、特征和优点外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1本实用新型装置原理示意图。

图2气辅挤出口模结构示意图。

图3气体加热器结构示意图。

图4(a)为测径子单元原理示意图；图4(b)为表征塑料微管外径大小的电信号示意图。

附图标记：挤出单元1、挤出机101、冷却水槽102、牵引机103、口模单元2、连接段201、连接法兰202、机头体203、分流锥204、分流支架205、芯棒206、压圈207、无气辅口模段208、外气辅圆筒209、螺钉210、内气辅接头211、外气辅接头212、气体辅助单元3、空压机301、储气罐302、减压阀303、三通阀304、plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308、流量计一306、流量计二309、气体加热器一307、第一气体加热泵307-1、第一外圆筒307-2、气体加热器二310、第二气体加热泵310-1、第二外圆筒310-2、双通道温度控制器311、双通道温度控制箱311-1、热电偶一311-2、热电偶二311-3、测量单元4、测径子单元4-1、激光激发源401、光电接收器402、表面凹凸测量子单元4-2、投射光源403、光量接收器404、信号预处理单元5、信号放大器501、信号滤波器502、信号采集处理单元6、信号采集器601、信号运算处理器602、i/o接口603。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型装置由挤出单元1、口模单元2、气体辅助单元3、测量单元4、信号预处理单元5、信号采集处理单元6构成，如图1所示。

所述的挤出单元1前后依次包括挤出机101、冷却水槽102和牵引机103，挤出机101用于将塑料颗粒等原料进行加热融化成塑料熔体，再经过机筒内的螺杆搅拌压缩，然后将熔融塑料熔体输运到挤出机101机筒出口，再从机筒出口进入塑料微管气辅挤出口模单元2，冷却水槽102用于将从口模单元2挤出的一定截面形状的塑料制品进行水冷定型，牵引机103用于牵拉挤出的塑料微管制品，从而得到连续不间断的塑料微管挤出加工过程。

如图2所示，所述的口模单元2以熔体流过顺序依次由连接段201、连接法兰202、机头体203、分流锥204、分流支架205、芯棒206、压圈207、无气辅口模段208、和外气辅圆筒209构成，其中，连接段201和连接法兰202用于将口模单元2进口与挤出机101机筒出口进行连接，以便挤出机101机筒中的熔融塑料熔体在挤出机101螺杆驱动下流进口模单元2流道内。机头体203为口模单元2外整体，主要用于将口模单元2内各个部件进行整合，并且机头体203外面包裹加热圈，用于将口模单元2进行加热，使得口模单元2流道内的熔融塑料温度得到保持。分流锥204用于将塑料熔体进行分流，以便形成中空的塑料制品结构，分流锥204的分流角通常取值范围为30-80°。分流支架205用于将分流锥204和芯棒206进行固定，并且分流支架205内加工出一条气道用于将内气辅气体导入。芯棒206用于使得熔融塑料微管的内腔进行定型处理，其芯棒206直径大小可以根据塑料微管制品的内直径来确定，芯棒206中心也加工出一条气道，与分流支架205一起用于将塑料微管内气辅气体导入，并且芯棒的压缩角取值范围为30-60°。无气辅口模段208用于确定熔融塑料微管的外壁面，并且芯棒206直径和无气辅口模段208的内直径相互作用，可以改变塑料微管的内直径、外直径以及壁厚的大小。外气辅圆筒209用于将外气辅气体引入到口模单元2流道内壁面上，使得熔融塑料微管的外壁面与口模单元2流道内壁面之间形成辅助气体层，从而实现塑料微管的外部气辅挤出。外气辅圆筒209与机头体203通过螺钉210固定构成外气辅气室，其作用主要是使得从外气辅接头212进入的外气辅进气平稳。无气辅口模段208通过压圈207和螺钉210与机头体203连接固定。外气辅圆筒209通过螺钉210与无气辅口模段208连接固定。

更进一步地，所述的口模单元2中，形成外部气辅和内部气辅的具体实施方法如下：对于外部气辅而言，从气体辅助单元3经过加热器二310加热后的一路气体，从口模单元2中的外气辅接头212进入，然后气体依次经过外气辅圆筒209和无气辅口模段208构成的气室，然后从外气辅圆筒209和无气辅口模段208之间的环形缝隙进入到口模单元2流道内，在塑料微管熔体外壁面和口模流道内壁面之间形成外部气体辅助层。而对于内部气辅而言，从气体辅助单元3经过加热器一307加热后的另外一路气体，通过机头体203上的内气辅接头211进入，然后依次通过分流支架205和芯棒206内的气道，最终从芯棒206中间部分流出，在芯棒206外壁面和熔融塑料微管熔体的内壁面之间形成内气辅气体层。

所述的气体辅助单元3按照先后顺序依次由空压机301、储气罐302、减压阀303、三通阀304、plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308、流量计一306、流量计二309、气体加热器一307、气体加热器二310和双通道温度控制器311构成，其中，空压机301作为气源，用于产生一定压力的气体。储气罐302用于将空压机301产生的气体进行存储，空压机301与储气罐302之间通过耐高压橡胶管连接。从储气罐302出来的气体经过减压阀303进行减压调节，从而得到适度压力范围的气体。三通阀304用于将储气罐302中出来的气体进行分流成两路气体，一路为外气辅气路，另外一条为内气辅气路。plc精密调压阀一305和plc精密调压阀二308用于对两个辅助气路的气体压力进行再调节，以便适合塑料微管气辅挤出用压力需要。plc精密调压阀一305和plc精密调压阀二308均为带电磁控阀门调压阀，通过数据i/o接口603在接收到信号运算处理器602发来的控制指令，对plc精密调压阀一305和plc精密调压阀二308的电磁控阀门的开合度进行自动调节，最终达到调节气体压力的效果。流量计一306和流量计二309分别用于测量经过plc精密调压阀一305和plc精密调压阀二308对气体压力调节过后的气体流量大小。气体加热器一307和气体加热器二310由内至外依次由第一气体加热泵307-1和第二气体加热泵310-1以及第一外圆筒307-2和第二外圆筒310-2构成，如图3所示。第一气体加热泵307-1和第二气体加热泵310-1用于将进入到气体加热器一307的气体进行快速加热，第一外圆筒307-1和第二外圆筒310-2主要是用于构成一个气体加热腔，便于输入的气体进行加热。同时，在第一外圆筒307-1和第二外圆筒310-2上两端分别有进气口和出气口，分别用于将气体注入两个加热器进行加热和将加热后的气体进行输出。温度控制器311由双通道温度控制箱311-1和热电偶一311-2、热电偶二311-3构成，其中，热电偶一311-2、热电偶二311-3插入到温度加热器的第一外圆筒307-1和第二外圆筒310-2的内腔中，热电偶一311-2、热电偶二311-3与双通道温度控制箱311-1通过导线连接，通过热电偶一311-2、热电偶二311-3将采集到的气体加热器一307、气体加热器二310内腔中气体的温度信息转换为电信号，然后通过导线输入到双通道温度控制器311-1，由双通道温度控制箱311-1中的控制仪表和继电器开控制气体加热的温度。另外，气体加热器一307、气体加热器二310中第一气体加热泵307-1和第二气体加热泵310-1的电源通过导线与双通道温度控制箱311-1的电源开关相连接，由双通道温度控制箱311-1的电源开关来同步开启气体加热器一307、气体加热器二310的加热工作。减压阀303、三通阀304、plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308、流量计一306、流量计二309、气体加热器一307和气体加热器二310依次通过耐高温聚四氟乙烯塑料管和气管接头连接。

所述的测量单元4包括测径子单元4-1和表面凹凸测量子单元4-2两个部分。其中，测径子单元4-1由激光激发源401和光电接收器402构成，激光激发源401和光电接收器402分别位于塑料微管的两侧。测径子单元401原理示意图如图4(a)所示，由激光激发源的光源401-1发出光，依次经过扩束镜401-2扩束和准直镜401-3准直后，形成激光光幕，将激光光幕垂直投射到塑料微管上，由于塑料微管对中间光幕的遮挡，可以在光电接收器402上测得中间遮挡部位的塑料微管的外径尺寸，并且得到表征塑料微管外径大小的电信号，如图4(b)所示。图4(b)中图(1)为标准的塑料微管外直径尺寸的电信号图，图中零信号宽度h0可以表征为标准的塑料微管外直径尺寸大小。如果经过光电接收器402得到的电信号中的零信号宽度h1大于h0，则表明测得的某段塑料微管的外直径要大于标准的塑料微管外直径；反之，如果经过光电接收器402得到的电信号中的零信号宽度h2小于h0，则表明测得的某段塑料微管的外直径要小于标准的塑料微管外直径。表面凹凸测量子单元4-2由投射光源403和光量接收器404构成，投射光源403和光量接收器404位于塑料微管的同侧，其作用为用于对塑料微管表面凹凸情况进行测量，并通过光量探测器获得表征塑料微管表面凹凸程度的电信号。

所述的信号预处理单元5包括信号放大器501和信号滤波器502两部分。其主要功能是将光电接收器402和光量接收器404探测得到的模拟电信号，分别进行信号放大和信号滤波处理。

所述的信号采集处理单元6由信号采集器601、信号运算处理器602和i/o接口603依次电气连接构成。其作用是：信号采集器601在一定频率下，对预处理后的测径电信号和光量电信号进行采集，然后转换为数字信号。然后，由信号运算处理器602对转换的数字信号进行分析处理，并且将测径数字信号和光量数字信号分别与各自的设定值进行对比，分别得到测径误差值和光量误差值。接着，将误差值通过i/o接口603传输给plc精密调压阀一305和plc精密调压阀二308，来自动地控制plc精密调压阀一305和plc精密调压阀二308中电磁阀门的开合程度，从而实现气辅挤出系统中气体压力的自动精密控制。

工作原理：

第一步：将塑料颗粒从挤出机101料斗装入挤出机机筒，开启挤出机101和气体加热器一307、气体加热器二310电源，设定好挤出机101和口模单元2的温度，让挤出机101和口模2进行加热直到温度达到设定温度，如：220℃。

第二步：在挤出机101和口模单元2加热过程中，开启空压机301的电源，让空压机301产生压缩空气并存储到储气罐302中，直到储气罐302中的压缩空气压力达到空压机最大压力值时，空压机301自动停止，这时储气罐302中存储的压缩空气以备后续气辅挤出使用。

第三步：当挤出机101和口模单元2的温度达到预定值后，开启冷却水槽102的电源，通过抽水泵将冷却水槽102下方水箱中的水注入到水槽中，并形成冷却水循环。然后，开启牵引机103，设定好牵引机103的电机转动频率。

第四步：打开储气罐302出口阀门，再调节减压阀303，将储气罐302出来的压缩空气的压力调至约0.3mpa。然后，在输气管的输运下经过三通阀304，由三通阀304将气体分为两路，一路为内气辅气路，另一路为外气辅气路。然后每一路气体分别经过plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308、流量计一306、流量计二309进行自动精密调压以及气体流量的测量。接着，每一路气体经过气体加热器一307、气体加热器二310，在双通道温度控制器311的温度设定控制下进行加热至指定温度。最后，加热后的一定压力和流量的两路气体，分别由各自的内气辅接头211和外气辅接头212进入到气辅挤出口模单元2中去。

第五步：开启挤出机101的电机控制电源，设置好挤出机101的电机转动频率，此时挤出机101的电机带动螺杆，对融化的塑料熔体进行搅拌、压缩和输运，使得熔融塑料熔体从机筒出口流入到口模单元2中。然后，熔体依次经过口模单元2的连接段、分流段、压缩段和定型段，最后达到气辅段，在内气辅和外气辅气体层的作用下，从口模出口中挤出。

第六步：被气辅挤出的塑料微管在牵引机的带动下，经过冷却水槽102进行冷却定型，形成一定直径和壁厚尺寸的塑料微管制品。

第七步：由测量单元4中的测径子单元4-1和表面凹凸测量子单元4-2分别对水冷定型后的塑料微管的外直径和表面凹凸程度进行在线实时测量，并将测得的外直径和表面凹凸程度转换为相应的电信号，接着由信号放大器501和信号滤波器502分别对表征外直径和表面凹凸程度的电信号进行放大和滤波预处理，之后再由信号采集器601对预处理后的模拟电信号进行一定频率的采集并转换为数字信号，然后交由信号运算处理器602进行分析处理，并与各自的预定值进行对比，并将偏差信号通过i/o接口603传输至plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308，最后plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308中电磁阀门的开合程度，实现内气辅和外气辅气路中气体压力的自动精密控制。

第八步：经过plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308自动精密调节后的内气辅气体或者外气辅气体，再经过流量计一306、流量计二309进行流量测量，再在双通道温度控制器311的控制下被气体加热器一307、气体加热器二310进行加热后，通过各自的进气接口进入到口模单元2中去，并辅助塑料微管熔体，使得塑料微管熔体从口模单元2的出口气辅挤出，然后重复第六步至第八步，直至被气辅挤出的塑料微管直径尺寸和表面凹凸程度的偏差达到容许的偏差范围，此时经plc精密调压阀一305、plc精密调压阀二308调节的内气辅气体或者外气辅气体的压力才达到稳定状态，从而实现塑料微管稳定良好的气辅挤出。

需要说明的是，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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。