基于剪切形变与拉伸形变协同作用的螺杆式混合装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高分子材料混合装置，特别是涉及基于剪切形变与拉伸形变协同作用的高分子材料混合装置。
【背景技术】
[0002]高分子材料成型加工过程中，为了避免单一高分子材料性能的局限性，通常通过共混改性的方法将不同的聚合物、填料及各种助剂等共混在一起，以此来提高材料的性能，共混设备是这一过程必需用到的装置。共混设备的发展经历了间歇式混合设备和连续式混合设备两个发展阶段。间歇式混合设备主要包括开炼机、密炼机、捏炼机等，而连续式混炼设备如单螺杆挤出机，以及在单螺杆挤出机的基础上发展而来的双螺杆挤出机、多螺杆挤出机等。这些混炼设备其混炼机理大多是建立在剪切形变的基础之上，物料的流动及混合也主要由剪切形变支配。为了提高混合效率及混合效果，通常采用使物料受到高剪切强度及延长高剪切的作用时间。高剪切强度将导致诸多问题:1、比能耗高，驱动负载大；2、高剪切作用产生大量的粘性耗散热从而导致熔体温度升高，物料降解甚至热分解，同时使得加工过程中物料的温度难以控制；3、由于剪切速率增大及熔体温度升高使得共混物熔体粘度低，混合效果变差；4、粒子在以剪切为主的流动中可能作旋转运动，混合分散效果降低。
[0003]为了提高混合装置的混合效率及改善混合效果，本领域的技术人员主要从装置的几何结构以及成型过程中的工艺参数等方面进行改进:1、开发新型结构的螺杆如使用楔形螺棱，同时在螺棱上开设锥形槽等产生收敛流道，强化混合过程中的拉伸作用；2、通过外加力场如振动力场、超声波、高频电场等使物料受到复合应力作用；3、在成型模具中设计收敛一一发散流道，使得物料受到压缩/膨胀作用等。这些方法是在以剪切变形为主的混合装置上不同程度的引入了拉伸流场，提高了装置的混合效率及混合效果。然而，上述方法中物料在混合过程中依然由剪切应力/形变支配，是以剪切形变为主的混合过程。如果能将拉伸流场引入到物料的混合过程，强化混合过程中物料受到的拉伸形变作用，变剪切形变支配的混合混炼过程为拉伸形变支配的混合混炼过程，将最大程度的提高物料的分散与分布效果，从而达到提尚制品性能的目的。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在解决目前基于剪切形变的单螺杆混合设备混合效率低、物料停留时间不易控制的问题，提供一种基于剪切形变与拉伸形变协同作用的塑化混炼装置，达到提尚混合效果的目的。
[0005]本实用新型的目的通过如下技术方案实现:
[0006]基于剪切形变与拉伸形变协同作用的螺杆式混合装置，主要由驱动电机、联轴器、减速箱、法兰盘、料斗、机筒、过渡板、中空螺杆、收敛板、螺杆头、导流盘和堵头组成；中空螺杆与减速箱相连，机筒的一端安装在法兰盘上，机筒的另一端与导流板连接，堵头安装在导流板上；料斗在靠近法兰盘处与机筒的空心部分连通，中空螺杆同心安装在机筒中；在靠近导流板的中空螺杆的内孔中设有过渡板、收敛板和螺杆头，过渡板安装在靠近料斗的一端的中空螺杆内，至少一组收敛板设置在过渡板与螺杆头之间，螺杆头设置在中空螺杆前部顶端；过渡板中心设有通孔，过渡板上的流道以及中空螺杆上的多个开口与螺槽连通；过渡板上的流道和中空螺杆的开口连通；一组收敛板由两块收敛板连接组成，其中一块收敛板设有由小到大逐渐增大的中心孔，另一块收敛板设有由大到小逐渐减小的中心孔，两块收敛板的空心孔连通，并与过渡板上的流道连通；螺杆头内的流道一端与收敛板的中心孔连通，另一端与导流盘前端的机筒空腔连通。
[0007]为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述过渡板上的流道和中空螺杆的开口至少为3个。
[0008]所述过渡板开有4 - 8个开口的流道。
[0009]—组收敛板中两块收敛板中心孔的最大直径和最小直径都相同。
[0010]不同组的收敛板中心孔的最大直径和最小直径都相同。
[0011]所述收敛板中心孔加工成双曲面或者圆锥面形式的流道。
[0012]所述螺杆转速可调或收敛板中心孔的形状或者大小可调。
[0013]所述电机、联轴器、减速箱、法兰盘和机筒安装在机架上。
[0014]本实用新型中空螺杆与减速箱相连接并在电机的带动下旋转；过渡板置于中空螺杆的最里端，与过渡板串联连接的是若干块收敛板；螺杆头与螺杆由螺纹连接，通过螺杆头将收敛板、过渡板、及螺杆形成一条完整的中空螺杆。由于相邻两块收敛板的收敛方向相反，从而在螺杆内孔中形成周期性变化的收敛一一发散流道；在过渡板上沿圆周方向开有四条通道，物料通过这些通道从螺杆内孔流入螺槽中。
[0015]混合过程如下:物料从料斗加入，在料筒及螺杆的拖曳作用下沿螺槽向螺杆头方向流动，在熔体压力作用下通过螺杆头上的孔道进入到具有收敛一一发散流动特性的螺杆内孔中，然后从过渡板上的流道中进入螺槽，形成物料的循环流动。达到混合要求时，打开安装在导流板上的堵头，将混合好的物料排出。由于螺槽中的物料主要受到剪切形变作用，而在螺杆内孔中的收敛一一发散流道中主要受到拉伸形变作用，因而实现了剪切形变与拉伸形变协同作用的塑化混合过程。
[0016]本实用新型与现有混合方法及装置相比，具有如下优点:
[0017]1、本实用新型将拉伸形变引入到单螺杆挤出的物料的混合过程，提高了装置的混合效率与混合效果；
[0018]2、本实用新型可用于共混体系中组份粘度差别大的高分子复合材料体系的混合，对物料适应性广；
[0019]3、本实用新型通过一条螺杆便实现了剪切形变与拉伸形变协同作用的塑化、输运、混合过程，设备结构简单，操作方便。
【附图说明】
[0020]图1为实施例1基于剪切形变与拉伸形变协同作用的螺杆式混合装置的结构示意图；
[0021]图2为图1的中空螺杆的剖视图；
[0022]图3为图2收敛板的形状示意图；
[0023]图4为图2中A - A向截面图；
[0024]图5为实施例2剪切形变与拉伸形变协同作用的螺杆式混合装置的结构示意图；
[0025]图6为图5的中空螺杆的剖视图；
[0026]图7为图5收敛板的形状图；
[0027]图8为图6中B - B向截面图；
[0028]图中示出:驱动电机1、联轴器2、减速箱3、法兰盘4、料斗5、机筒6、过渡板7、中空螺杆8、收敛板9、螺杆头10、导流盘11、堵头12、机架13。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0030]实施例1
[0031]如图1所示，基于剪切形变与拉伸形变协同作用的螺杆式混合装置，主要由驱动电机1、联轴器2、减速箱3、法兰盘4、料斗5、机筒6、过渡板7、中空螺杆8、收敛板9、螺杆头10、导流盘11、堵头12、机架13组成；中空螺杆8与减速箱3相连，在电机I的带动下旋转；机筒6的一端安装在法兰盘4上，机筒6的另一端与导流板11连接，堵头12安装在导流板11上；料斗5在靠近法兰盘4处与机筒6的空心部分连通，中空螺杆8同心安装在机筒6中；电机1、联轴器2、减速箱3、法兰盘4和机筒6安装在机架13上。
[0032]如图2 - 4所示，在靠近导