專利名稱：高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)高效的高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型法及設(shè)備，該方法能成型流動性差高分子材料和熱固性塑料異型材。
背景技術(shù)：
目前高分子材料異型材的成型方法主要有采用普通單(雙)螺桿擠出機結(jié)合異型材機頭來成型異型材和對高分子塊狀胚料進行機械加工等方法而獲得。對成型過程中具有一定流動性的高分子材料異型材的成型，一般采用單(雙)螺桿擠出機結(jié)合異型材機頭來成型，該成型方法成熟、成型效率高，得到廣泛應(yīng)用。對于熱固性塑料和成型流動性差這類高分子材料，如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚四氟乙烯(PTFE)等異型材的成型方法，采用模壓方法或者先采用模壓方法現(xiàn)成型材(棒、塊等)后，再通過機械加工的方法而獲得所需異型材，該方法成型過程不連續(xù)，材料浪費嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，同時由于成型時間長，材料局部的溫度過高，有可能導(dǎo)致材料降解而影響產(chǎn)品的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種針對熱固性塑料和成型流動性差的高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型法及設(shè)備，可以實現(xiàn)對熱固性塑料和成型流動性差的高分子材料連續(xù)、高效成型和節(jié)約材料。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型設(shè)備，其特征在于包括有螺桿、進料座、動力機筒、軸承、軸承座、異型材成型芯棒和異型材成型外模，其中，動力機筒的兩端和軸承相聯(lián)接，軸承安放在軸承座和進料座中，在外在動力的作用下作旋轉(zhuǎn)運動；螺桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中一端固定在；異型材成型芯棒與螺桿端面通過螺紋連接，異型材成型外模通過法蘭與軸承座聯(lián)接；所述的螺桿結(jié)構(gòu)分為進料壓縮段，進料壓縮段的結(jié)構(gòu)為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度，螺桿的幾何壓縮比逐漸達到高分子原料的物理壓縮比，確保原料在該段被壓實；壓實段螺桿的幾何壓縮比不小于高分子原料的物理壓縮比；螺棱線直線段在接近螺桿的端面，螺棱線過度到平行于螺桿方向的直線，確保物料作直線運動。對于具有一個或者多個螺棱的螺桿，其具有相同的螺槽數(shù)量，此時，原料為各自獨立扇形且沿著各自的獨立螺槽運動。對于單螺頭螺桿，原料到達螺桿端面時呈一個獨立扇形面，沿一個獨立螺槽運動；對雙螺頭螺桿原料到達螺桿端面時呈兩個獨立扇形面，沿兩個獨立螺槽運動；對三螺頭螺桿原料到達螺桿端面時呈三個獨立扇形面，沿三個獨立螺槽運動。依次類推。按上述方案，所述的動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應(yīng)，確保動力機筒能產(chǎn)生足夠的擠出壓力。按上述方案，所述的異型材成型外模裝有加熱器。當(dāng)被壓實的原料沿各自的螺槽進入異型材成型區(qū)時，異型材成型芯棒和異材成型外模間型腔從螺桿端面處的各自獨立扇形逐漸過渡到異型材的形狀，并在口模處匯合，從而實現(xiàn)異型材的成型過程。其后，在加熱器加熱和物料運行過程摩擦熱的共同作用，高分子材料異型材實現(xiàn)塑化。高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，在動力機筒的旋轉(zhuǎn)的摩擦拖曳的作用下，高分子原料隨螺槽方向前行，高分子原料逐漸被壓實，在螺桿壓實段，對應(yīng)動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，在該段將產(chǎn)生足夠的擠出壓力，當(dāng)高分子原料到達螺桿端面時，螺棱線逐漸變?yōu)橹本€，使高分子原料進入異型材成型區(qū)時做直線運動，高分子原料在異型材成型芯棒和異型材成型外模間型腔從螺桿端面處的扇形逐漸過渡到所對應(yīng)異型材的形狀，從而實現(xiàn)異型材的成型過程，其后，在加熱器加熱和物料運行過程摩擦熱的共同作用，高分子材料異型材實現(xiàn)塑化；最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協(xié)調(diào)工作下，實現(xiàn)高分子材料異型材的連續(xù)成型。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)點
(1)該發(fā)明專利不同于傳統(tǒng)單(雙)螺桿成型高分子異型材具有不同的成型工藝 本發(fā)明專利具有獨特的成型工藝，其成型工藝物料從進料座進料一逐漸壓實一完全
壓實態(tài)一形成異型材型胚一塑化一冷卻精密定型一牽引、切割、堆放等過程。普通單螺桿成型高分子材料異型材的成型工藝物料從進料座進料一逐漸壓實一完全壓實態(tài)一塑化一通過機頭形成異型材型胚一冷卻精密定型一牽引、切割、堆放等過程。本發(fā)明專利工序中異型材型胚成型在前而塑化在后，而傳統(tǒng)成型工序是先實現(xiàn)高分子原料的塑化，再在機頭中實現(xiàn)異型材成型；
(2)本發(fā)明專利可實現(xiàn)流動動差甚至沒有流動性這類高分子材料或復(fù)合材料采用單螺桿連續(xù)成型異型材
本發(fā)明專利先形成異型材型胚然后塑化，這種成型工藝確保成型過程于物料的流動性沒有必然關(guān)系，即使流動性很差甚至沒有流動性高分子材料也能成型，成型過程連續(xù)，成型速度是模壓燒結(jié)方法的10倍以上；
(3)本發(fā)明所成型得到的高分子材料異型材可保持原料的物理性能
在進行高分子材料異型材成型時，對流動性差的高分子原料不需要進行工藝改性來提高原料的流動性，同時成型溫度低于原料分解溫度，則成型的高分子材料異型材將完好的保留原料的性能，表I為采用本發(fā)明專利技術(shù)成型流動性很差的純超高分子量聚乙烯異型材，結(jié)果顯示本發(fā)明專利技術(shù)所生產(chǎn)的純超高分子量聚乙烯異型材完全保留了超高分子量聚乙烯原有的優(yōu)異性能。


圖1為本發(fā)明的成型設(shè)備結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖1的A-A剖視 圖3為本發(fā)明的螺桿結(jié)構(gòu)簡 圖4為典型異型材截面圖及對應(yīng)螺桿端面圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述，但是不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。如圖1-3，本發(fā)明的成型設(shè)備主要包括高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型設(shè)備，包括有螺桿1、進料座2、動力機筒3、軸承4、軸承座5、異型材成型芯棒6和異型材成型外模7，其中，動力機筒的兩端和軸承相聯(lián)接，軸承安放在軸承座和進料座中，在外在動力的作用下作旋轉(zhuǎn)運動；螺桿處于靜止?fàn)顟B(tài)；所述的異型材成型外模裝有加熱器8，異型材成型芯棒與螺桿端面通過螺紋連接，異型材成型外模通過法蘭與軸承座聯(lián)接；所述的螺桿結(jié)構(gòu)分為進料壓縮段9，進料壓縮段的結(jié)構(gòu)為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度，螺桿的幾何壓縮比逐漸達到高分子原料的物理壓縮比，確保原料在該段被壓實；壓實段10 :螺桿的幾何壓縮比不小于高分子原料的物理壓縮比；螺棱線直線段12 在接近螺桿的端面13，螺棱線過度到平行于螺桿方向的直線，確保物料作直線運動。所述的動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應(yīng)，確保動力機筒能產(chǎn)生足夠的擠出壓力。高分子材料異型材單螺桿擠出成型機筒成型法需要的動力裝置、傳動裝置、溫度控制系統(tǒng)都可采用現(xiàn)有單螺桿擠出機相同設(shè)備及技術(shù)，牽引裝置、計量裝置和切割裝置采用現(xiàn)有常規(guī)裝備。高分子材料異型材單螺桿擠出成型機筒成型法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，在動力機筒旋轉(zhuǎn)的摩擦拖曳的作用下，高分子原料隨螺槽方向前行，高分子原料逐漸被壓實，在螺桿壓實段，對應(yīng)動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，在該段將產(chǎn)生足夠的擠出壓力，當(dāng)高分子原料到達螺桿端面時，螺棱線逐漸變?yōu)橹本€，使高分子原料進入異型材成型區(qū)11時做直線運動，此時的原料的形狀是各自獨立的扇形，在擠出壓力的作用下高分子原料進入到異型材成型芯棒和異型材成型外模間型腔，從螺桿端面處的扇形，其后成型型腔逐步過渡到所對應(yīng)異型材的幾何結(jié)構(gòu)，并在口模處匯合，形成對應(yīng)異型材的形狀，從而實現(xiàn)異型材的成型過程。如圖4所示，根據(jù)不同異型材的幾何結(jié)構(gòu)特征，采用不同的螺棱數(shù)目的螺桿，螺棱數(shù)決定螺桿的螺槽數(shù)目，當(dāng)原料到達螺桿端面時，被壓實的原料隨各自螺槽運動，此時的原料的形狀是各自獨立的扇形。隨后，截面為扇形的原料通過異型材成型芯棒和成型外模的型腔，逐步過渡到所對應(yīng)異型材的幾何形狀，并在異型材成型口模處匯合，從而形成了特定異型材截面，其后，在加熱器加熱和物料運行過程摩擦熱的共同作用，高分子材料異型材實現(xiàn)塑化；最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協(xié)調(diào)工作下，實現(xiàn)高分子材料異型材的連續(xù)成型。要得到如圖4(1)所示的板材，采用圖4 (A)所示的單螺頭螺棱螺桿，壓實的原料在螺桿端面為一個獨立的扇形，通過異型材芯棒和異型材成型外模型腔逐漸過度到異型材形狀，從而實現(xiàn)了異型材的成型過程，或者采用圖4 (B)所示的雙螺頭螺棱螺桿，壓實的原料在螺桿端面為兩個獨立的扇形，通過異型材芯棒和異型材成型外模型腔逐漸過度到異型材形狀，從而實現(xiàn)了異型材的成型過程。要得到如圖4 (II)所示的異型材，采用圖4 (B)所示的雙螺棱螺桿，壓實的原料在螺桿端面為兩個獨立的扇形，通過異型材芯棒和異型材成型外模型腔逐漸過度到異型材形狀，從而實現(xiàn)了異型材的成型過程。要得到如圖4 (III)所示的異型材，采用圖4 (C)所示的三螺棱螺桿，壓實的原料在螺桿端面為三個獨立的扇形，通過異型材芯棒和異型材成型外模型腔逐漸過度到異型材形狀，其中adc扇形逐漸過渡到abef矩形，另外兩個扇形逐步過渡到abed矩形，從而實現(xiàn)了異型材的成型過程。
要得到如圖4 (IV)所示的異型材，采用圖4 (D)所示的三螺棱螺桿，壓實的原料在螺桿端面為三個獨立的扇形，通過異型材芯棒和異型材成型外模型腔逐漸過度到異型材形狀，其中ad扇形逐漸過渡到abef矩形，dc扇形逐漸過渡到abed矩形，ac扇形逐漸過渡到cdgh矩形，從而實現(xiàn)了異型材的成型過程。要得到如圖4 ( Y)所示的異型材，采用圖B所示的雙螺棱螺桿，壓實的原料在螺桿端面為兩個個獨立的扇形，通過異型材芯棒和異型材成型外模型腔逐漸過度到異型材形狀，其中adc扇形逐漸過渡到abic四邊形，abc扇形逐漸過渡到adefg五邊形，從而實現(xiàn)了異型材的成型過程。表I采用本發(fā)明專利技術(shù)所生產(chǎn)的純UHMWPE異型材進行關(guān)鍵性能參數(shù)檢測報告，表明樣品在密度、維卡軟化溫度、耐磨性和干摩擦系數(shù)等方面完好的保留了純UHMWPE的物理性能。 表I按本發(fā)明專利方法生產(chǎn)的純UHMWPE異型材進行關(guān)鍵性能參數(shù)檢測報告
序列檢__容_備注
1樣S按隱 /TSS(32-2001進行維卡軟化《度檢漏，結(jié)與橫疆純?nèi)じ?分子量蘩乙》 _巢為79.1r；_ g]軟化Sg —致
2特S按IS QB/T2663-2004 ff錄B進行妙漿纘機率.檢滿,遠小干QB/T266S-2004 WM涵試_臬為 0.12%,__054*_。
3樣品按隱&B/T1033,1-2003 Φ的《清法謹(jǐn)行密度檢測，與純 蠤分子璽聚乙烯密度 _ 結(jié)巢為 O. 932§/. :.._ 蒙一ft_
4在銷-益廳》謹(jǐn)1 謹(jǐn)行0歡磨千Iflf系數(shù)為與橫壓純麵 分子+鬉聚乙鋒 ο. ο樣.Scuo-Sj
權(quán)利要求
1.高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型設(shè)備，其特征在于包括有螺桿(I)、進料座(2 )、動力機筒(3 )、軸承(4)、軸承座(5 )、異型材成型芯棒(6 )和異型材成型外模(7 )，其中，動力機筒的兩端和軸承相聯(lián)接，軸承安放在軸承座和進料座中，在外在動力的作用下作旋轉(zhuǎn)運動；螺桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中一端固定在；異型材成型芯棒與螺桿端面通過螺紋連接，異型材成型外模通過法蘭與軸承座聯(lián)接；所述的螺桿結(jié)構(gòu)分為進料壓縮段(9)，進料壓縮段的結(jié)構(gòu)為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度，螺桿的幾何壓縮比逐漸達到高分子原料的物理壓縮比，確保原料在該段被壓實；壓實段(10):螺桿的幾何壓縮比不小于高分子原料的物理壓縮比；螺棱線直線段(12):在接近螺桿的端面(13)，螺棱線過度到平行于螺桿方向的直線，確保物料作直線運動。
2.按權(quán)利要求1所述的高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型設(shè)備，其特征在于所述的動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，與螺桿的壓實段相對應(yīng)，確保動力機筒能產(chǎn)生足夠的擠出壓力。
3.按權(quán)利要求1或2所述的高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型設(shè)備，其特征在于所述的異型材成型外模裝有加熱器(8 )。
4.采用權(quán)利要求1所述的高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型設(shè)備的高分子材料棒材單螺桿擠出機筒成型方法，其特征在于按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，在動力機筒的旋轉(zhuǎn)的摩擦拖曳的作用下，高分子原料隨螺槽方向前行，高分子原料逐漸被壓實，在螺桿壓實段，對應(yīng)動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，在該段將產(chǎn)生足夠的擠出壓力，當(dāng)高分子原料到達螺桿端面時，螺棱線逐漸變?yōu)橹本€，使高分子原料進入異型材成型區(qū)時做直線運動，高分子原料在異型材成型芯棒和異型材成型外模間型腔從螺桿端面處的扇形逐漸過渡到所對應(yīng)異型材的形狀，從而實現(xiàn)異型材的成型過程，其后，在加熱器加熱和物料運行過程摩擦熱的共同作用，高分子材料異型材實現(xiàn)塑化；最后通過牽引裝置、計量裝置和切割裝置共同協(xié)調(diào)工作下，實現(xiàn)高分子材料異型材的連續(xù)成型。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)明高分子材料異型材單螺桿擠出機筒成型法及設(shè)備，按以下步驟順序進行高分子材料從進料座進料，螺桿靜止，高分子原料隨螺槽方向前行，高分子原料逐漸被壓實，在螺桿壓實段，對應(yīng)動力機筒的內(nèi)壁上開有溝槽，在該段將產(chǎn)生足夠的擠出壓力，當(dāng)高分子原料到達螺桿端面時，螺棱線逐漸變?yōu)橹本€，使高分子原料進入異型材成型區(qū)時做直線運動，高分子原料在異型材成型芯棒和異型材成型外模間型腔從螺桿端面處的扇形逐漸過渡到所對應(yīng)異型材的形狀，從而實現(xiàn)異型材的成型過程。本發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明可實現(xiàn)流動動差甚至沒有流動性這類高分子材料或復(fù)合材料采用單螺桿連續(xù)成型異型材；本發(fā)明所成型得到的高分子材料異型材可保持原料的物理性能。
文檔編號B29C47/38GK102990899SQ20121036848
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者秦建華, 吳元欣, 于傳浩, 石大立 申請人:武漢工程大學(xué)