專利名稱：基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料塑化加工方法與設(shè)備，具體是指基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運(yùn) 方法及設(shè)備。技術(shù)背景高分子材料成型加工是高l嫩過程作業(yè)，目前普遍采用螺桿機(jī)械，如螺桿擠出機(jī)、螺桿注射 機(jī)等，但無論是擠出相關(guān)的各種制品加工，還是注射、壓延等制品加工，塑料原料都必須經(jīng)過輸 送、熔融塑化這一基本和共性的過程，這一斑呈所用能量占高OT材料加工能耗的絕大部分。在 螺桿機(jī)械中物料塑化輸運(yùn)主要是靠螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)物料的拖曳作用，固體輸送為摩擦拖曳，熔體輸 送為粘性拖曳，物料的，梯度與其流動(dòng)和變形方向垂直，這種流動(dòng)與變形主要受剪切應(yīng)力支配。 因此可以認(rèn)為目前普遍采用的螺桿機(jī)械是基于剪切流變的高分子材料螺桿塑化輸運(yùn)設(shè)備，無可避 免地存在塑化輸運(yùn)能力強(qiáng)烈依賴于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的問題。這 兩類問題又依賴于物料自身的物理性能和過程作業(yè)工藝條件。在螺桿機(jī)械中通常采M料筒的固 體輸送段開槽以增加與物料的摩擦力、增大螺桿長徑比、優(yōu)化螺桿結(jié)構(gòu)等措施可以在一定程度上 解決上述問題。但這些措施又勢(shì)必造成物料塑化ifg所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程加長、能耗增加、設(shè)備 結(jié)構(gòu)體積大等缺陷。高分子材料動(dòng)態(tài)成型加工設(shè)備在一定程度上縮短了成型加工過程中物料所經(jīng)歷的熱機(jī)械歷 程，降低了成型加工過程中物料的流動(dòng)阻力，從而使得塑化輸運(yùn)能耗降低、塑化能力提高。但高 分子材料動(dòng)態(tài)成型加工機(jī)械本質(zhì)上還是基于剪切流變的螺桿塑化輸運(yùn)設(shè)備，無法從根本上解決塑 化輸運(yùn)能力依賴于物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的問題，因此，其降低塑化 輸運(yùn)能耗與提高塑化輸運(yùn)能力的空間也很有限。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于 —種基于拉伸流變的高^^材料塑化輸運(yùn)方法，以解決高分子材料成 型加工過程中物料經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程長、育繼高的問題。本發(fā)明的目的還在于J!i共實(shí)m0f述方法的一種基于拉伸流變的高^T材料塑化輸運(yùn)設(shè)備。本發(fā)明的一種基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運(yùn)方法是利用一組具有確定幾何形狀的空 間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時(shí)納入物料，容積變小時(shí)壓 實(shí)、塑化并排出物料，實(shí)現(xiàn)正應(yīng)力起主要作用的物料塑化輸運(yùn)。實(shí)現(xiàn)上述方法的一種設(shè)備結(jié)構(gòu)如下采用具有圓柱內(nèi)腔的空心定子、置于定子內(nèi)腔中并與定 子偏心的圓柱形轉(zhuǎn)子、布置在轉(zhuǎn)子的徑向矩形截面通孔中若干沿轉(zhuǎn)子圓周方向均勻分布的葉片以 及在定子兩側(cè)布置并與定子同心安裝的擋料盤等零件組成一個(gè)葉片塑化輸運(yùn)單元。該葉片塑化輸 運(yùn)單元中，轉(zhuǎn)子與定子的偏心距可以調(diào)整改變，其值大于0小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差； 定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、兩葉片及兩擋料盤圍成了上述方法中提至啲具有確定幾何微的空間， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子直徑上的一對(duì)葉片由于夕卜側(cè)頂面受定子的內(nèi)表面約束在轉(zhuǎn)子徑向矩形截面通 孔內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，致使上述的空間容積由小到大再由大到小周期性變化；該空間容積由小變大時(shí)物 料被逐漸納入，該空間容積由大變小時(shí)物料在正應(yīng)力的主要作用下被研磨、壓實(shí)、排氣，同時(shí)在 來自定子的外加熱輔助作用下熔融塑化并被排出，實(shí)現(xiàn)物料在很短的熱機(jī)械歷程內(nèi)完成塑化輸運(yùn) 過程。在該空間容積由小到大再由大到小周期性變化時(shí)，物料在流動(dòng)和變形過程中通過的截面積 也由小到大再由大到小周期性變化，因此物料的皿梯度與其流動(dòng)和變形方向一致，這種流動(dòng)與 變形主要受正應(yīng)力支配，可以認(rèn)為這是基于拉伸流變的葉片塑化輸運(yùn)過程。多個(gè)葉片輸送塑化單 兀串聯(lián)疊加可以組合成全葉片塑化輸運(yùn)擠出機(jī)，葉片塑化輸運(yùn)單元與各種螺桿擠壓?jiǎn)卧蚋鞣N柱 塞注射單元可以組合成各種擠出機(jī)皿射機(jī)的葉片塑化注射裝置。本發(fā)明采用基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備，解決了螺桿塑化輸運(yùn)過程中塑 化能力主要依賴物料與金屬料筒表面之間的摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的問題，與螺桿塑化輸運(yùn)技術(shù) 及設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 完成塑化輸^l禾if 經(jīng)歷的熱機(jī)械歷程大大縮短，塑化輸運(yùn)會(huì)雜斷氐；2、 .塑化輸縫特定微的空間容積變化完成，具有完全正位移特性，效率提高；3、 塑化輸3til程在很短的熱機(jī)械歷程內(nèi)完成，相應(yīng)的塑化輸運(yùn)設(shè)備^f只縮??；4、 塑化輸運(yùn)能力不 于物料的物理特性，塑化輸運(yùn)穩(wěn)定性提高，對(duì)物料適應(yīng)性提高。


圖1為從擋料盤缺口納入物料的葉片塑化輸運(yùn)單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為從擋料盤缺口納入物料的葉片塑化輸運(yùn)單元的A——A剖視圖；圖3為從定子缺口納入物料的葉片塑化ilM單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為從定子缺口納入物料的葉片塑化輸運(yùn)單元的B_—B剖視圖；圖5為全葉片塑化擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為全葉片塑化擠出機(jī)C— —C咅l艦圖； 圖7為葉片、螺桿組合塑化擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為葉片塑化注射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)船式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施 例表述的范圍。實(shí)施例1參考圖l、圖2，葉片塑化輸運(yùn)單元主要由具有圓柱內(nèi)腔的空心定子l、置于定子l內(nèi)腔中并 與定子1偏心的圓柱形轉(zhuǎn)子2、布置在轉(zhuǎn)子2的徑向矩 面通孔中兩對(duì)沿轉(zhuǎn)子2圓周方向均勻分 布的葉片3、布置在轉(zhuǎn)子兩側(cè)的擋料盤4和擋料盤5等組成。轉(zhuǎn)子2偏心安裝在空心定子1中，轉(zhuǎn) 子2與定子1的偏心量可以調(diào)整，其{|^于0小于定子內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子半徑之差，葉片3成X寸安 裝在轉(zhuǎn)子2的徑向矩麟面通孔中，兩葉片內(nèi)側(cè)底面相互繊，夕卜部頂面與定子的內(nèi)表面,。 當(dāng)轉(zhuǎn)子2逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子2直徑上的一對(duì)葉片3由于外側(cè)頂面受定子1的內(nèi)表面約束 在轉(zhuǎn)子徑向矩麟面通 L內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，致使定子l內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子2外表面、葉片3、擋料盤4和擋 料盤5圍成的空間容積由小變大再由大變小周期性變化。在葉片3逐漸移出轉(zhuǎn)子2的區(qū)域C內(nèi)， 容積由小變大；在葉片3逐 入轉(zhuǎn)子2的區(qū)域0內(nèi)，容積由大變小。當(dāng)容積由小變大時(shí)可以通 過擋料盤4上的進(jìn)料缺口 A納入高^T材料，容積由大變小時(shí)，物料在正應(yīng)力的主要作用下被研 磨、壓實(shí)、排氣、塑化，同時(shí)在來自定子的夕卜加熱輔助作用下塑化熔融，并由擋料盤5上的出料缺口B排出。
參考圖3與圖4，容積由小變大時(shí)ffi3i定子l上的進(jìn)料口M納入物料；容積由大變小時(shí)，物
料在拉(壓)應(yīng)力的主要作用下被研磨、壓實(shí)、排氣，同時(shí)在來自定子的外加熱輔助作用下塑化
熔融，并由擋料盤5上的出料缺口B排出。 實(shí)施例2
參考圖5與圖6，全葉片塑化擠出機(jī)主要由葉片塑化輸運(yùn)單元I、 n、 m和驅(qū)動(dòng)軸i、料斗2、
過渡套3、分流器4等##組成。葉片塑化輸運(yùn)單元i、 n、 m串聯(lián)疊加安裝。塑化輸運(yùn)單元i的
擋料盤5與塑化輸運(yùn)單元II的擋料盤4同心固定連接，塑化輸運(yùn)單元II的擋料盤5與塑化輸運(yùn) 單元III的擋料盤4同心固定連接，迚渡套8與塑化輸運(yùn)單元m的擋料盤5同軸固定連接。塑化 輸運(yùn)單元I的定子1相對(duì)于轉(zhuǎn)子2的偏心方向與塑化,單元II的定子1相對(duì)于轉(zhuǎn)子2的偏心方 向相反，塑化輸運(yùn)單元III的定子1相對(duì)于轉(zhuǎn)子2的偏心方向與塑化輸運(yùn)單元II的定子1相對(duì)于 轉(zhuǎn)子2的偏心方向相反。各塑化輸運(yùn)單元的轉(zhuǎn)子2同軸固定連接，驅(qū)動(dòng)軸1與塑化輸運(yùn)單元I的轉(zhuǎn) 子2同軸固定連接。分流器4被置于過渡套3的圓柱內(nèi)腔中并與塑化輸運(yùn)單元III的轉(zhuǎn)子2同軸固 定連接。料斗2被固定安裝在塑化輸運(yùn)單元I的定子1上。塑化輸運(yùn)單元I的擋料盤5上的出料缺 口 B與塑化輸運(yùn)單元II的擋料盤4上的進(jìn)料缺口 A相iiil,塑化輸運(yùn)單元II的擋料盤5上的出 料缺口 B與塑化輸運(yùn)單元III的擋料盤4上的進(jìn)料缺口 A相3iM。驅(qū)動(dòng)軸1帶動(dòng)塑化輸運(yùn)單元I、 n、 m的轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時(shí)，來自料斗2的物料被納入葉片塑化tf3i單元I，經(jīng)塑化后依次進(jìn)入塑化輸
運(yùn)單元n、 m中被進(jìn)一步塑化和均化，再經(jīng)連接在過渡套3上的模具擠出、冷卻、定型得到制品。
實(shí)施例3
參考圖7，葉片、螺桿組合塑化擠出機(jī)主要由葉片塑化單元I、螺桿擠壓?jiǎn)卧狪I和驅(qū)動(dòng)軸1、
料斗2等零件組成，其中，螺桿擠壓?jiǎn)卧狪I由料筒3、螺桿4組成。葉片塑化輸運(yùn)單元I和螺桿
擠壓?jiǎn)卧狪I串聯(lián)疊加安裝，螺桿擠壓?jiǎn)卧狪I的料筒3與葉片塑化單元I的擋料盤5同軸固定連接，
螺桿擠壓?jiǎn)卧狪I的螺桿4與葉片塑化單元I的轉(zhuǎn)子2同軸固定連接3，驅(qū)動(dòng)軸1與塑化輸運(yùn)單元I
的轉(zhuǎn)子2同軸固定連接。料斗2被固定安裝在塑化輸運(yùn)單元I的定子1上。驅(qū)動(dòng)軸1帶動(dòng)塑化輸運(yùn)單元I的轉(zhuǎn)子2和螺桿擠壓?jiǎn)卧猲的螺桿4旋轉(zhuǎn)時(shí)來自料斗2的物料被納入葉片塑化輸運(yùn)單元I， 經(jīng)塑化后iSA螺桿擠壓?jiǎn)卧狪I中進(jìn)一步塑化和均化，再經(jīng)連接在螺桿擠壓?jiǎn)卧狪I的料筒3上的 模具擠出、冷卻、定型得到制品。
實(shí)施例4
參考圖8，葉片塑化注射裝置主要由全葉片塑化擠出機(jī)i、柱塞注射單元n和集料器i組成，
其中，柱塞注射單元由注射油缸2、注射活塞3、注射料筒4、噴嘴5等零件組成。集料器l的進(jìn) 料端面與全葉片塑化擠出機(jī)I的過度套3上的出料端面固定連接，集料器1的出料端面與柱塞注射 單元n的注射料筒4的進(jìn)料端面固定連接。由全葉片塑化擠出機(jī)I塑化好的熔體經(jīng)過集料器1進(jìn)
入柱塞注射單元n的注射料筒4中，在熔體的壓力下柱塞注射單元n的注射活塞3后退，當(dāng)柱塞 注射單元n的注射料筒4中儲(chǔ)料駄至勝射制品要求的計(jì)量值時(shí)全葉片塑化擠出機(jī)i停止塑化， 注射機(jī)的塑化計(jì)量工序結(jié)束。待注射機(jī)完成充模、保壓工序后，在制品冷卻階段全葉片塑化擠出 機(jī)i開始塑化，注射機(jī)開始制品成型的新一個(gè)周期。
權(quán)利要求
1、一種基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運(yùn)方法，其特征在于通過一組具有確定幾何形狀的空間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時(shí)納入物料，容積變小時(shí)壓實(shí)、塑化并排出物料，實(shí)現(xiàn)正應(yīng)力起主要作用的物料塑化輸運(yùn)。
2、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求l所述方法的設(shè)備，其特征在于由一個(gè)或一個(gè)以上葉片塑化輸運(yùn)單元組 合構(gòu)成，所述葉片塑化輸運(yùn)單元主要由具有圓柱內(nèi)腔的空心定子(1)、圓柱形轉(zhuǎn)子(2)、葉片(3)、 擋料盤(4)和擋料盤(5)構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子(2)置于定子(1)的內(nèi)腔并與定子(1)偏心，若干葉 片(3)沿圓周方向均布在轉(zhuǎn)子(2)的徑向矩,面通孔中，定子(1)兩側(cè)分別設(shè)擋料盤(4) 和擋料盤(5)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，辦征在于轉(zhuǎn)子(2)與定子(1)的偏心量(e)可調(diào)，范 圍在大于O小于定子(1)內(nèi)腔半徑與轉(zhuǎn)子(2) ^&t差之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，，征在于葉片(3)在轉(zhuǎn)子(2)直，ii:成對(duì)布置，不少于 兩對(duì)， 一對(duì)葉片(3)的總高度小于定子(1)圓柱內(nèi)fl空直徑，兩葉片(3)內(nèi)側(cè)底面相互接觸，轉(zhuǎn) 子(2)旋轉(zhuǎn)時(shí)兩葉片(3)外側(cè)頂面受定子(1)的內(nèi)表面約束在轉(zhuǎn)子(2)的徑向矩形截面通孔 內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于轉(zhuǎn)子(2)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由定子(1)內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子(2) 外表面、葉片(3)、擋料盤(4)和擋料盤(5)圍成的空間容積由小變大再由大變小周斯性變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，辦征在于定子(1)兩偵怖置的擋料盤(4)和擋料盤(5) 上分別開設(shè)有進(jìn)料缺口 (A)和出料缺口 (B)，進(jìn)料缺口 (A)對(duì)應(yīng)于葉片(3)逐漸移出轉(zhuǎn)子(2) 的區(qū)域(C)，出料缺口 (B)對(duì)應(yīng)于葉片(3)逐漸移入轉(zhuǎn)子(2)的區(qū)域(D)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，，征在于定子(1) 一頓怖置的擋料盤(5)上開設(shè)有出料缺 口 (B)，定子(1)上開設(shè)有進(jìn)料口 (AA)，并艦應(yīng)于葉片(3)逐繊出轉(zhuǎn)子(2)的區(qū)域(C)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2戶;M的設(shè)備，其特征在于多個(gè)葉片塑化輸運(yùn)單元可疊加組合成擠出機(jī)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于葉片塑化輸運(yùn)單元可與各種螺桿擠壓?jiǎn)卧蚋?種柱塞注射單元組合成擠出機(jī)或注射機(jī)的葉片塑化S^t裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于拉伸流變的高分子材料塑化輸運(yùn)方法及設(shè)備。通過一組具有確定幾何形狀的空間，它們的容積可以依次由小到大再由大到小周期性變化，容積變大時(shí)納入物料，容積變小時(shí)壓實(shí)、塑化并排出物料，實(shí)現(xiàn)正應(yīng)力起主要作用的物料塑化輸運(yùn)。由具有圓柱內(nèi)腔的定子、置于定子內(nèi)腔中并與定子偏心的轉(zhuǎn)子、布置在轉(zhuǎn)子的直徑方向并沿圓周方向均勻分布的若干葉片和布置在定子兩側(cè)的擋料盤組成葉片塑化輸運(yùn)單元。定子內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子外表面、兩葉片及兩擋料盤圍成上述具有確定幾何形狀的空間。葉片塑化輸運(yùn)單元可與各種螺桿擠壓?jiǎn)卧蚋鞣N柱塞注射單元組合成擠出機(jī)或注射機(jī)的葉片塑化注射裝置，具有物料熱機(jī)械歷程短、能耗低、適應(yīng)性廣以及體積小等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B29B7/00GK101219565SQ20081002605
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者瞿金平 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)