[发明专利]一种基于拉伸流变的高分子材料塑化设备

说明书

  

技术领域

本发明涉及高分子材料塑化加工方法与设备，具体是指基于拉伸流变的高分子材料塑化设备。 

背景技术

高分子材料成型加工是高能耗过程作业，目前普遍采用螺杆机械，如螺杆挤出机、螺杆注射机等，但无论是挤出相关的各种制品加工，还是注射、压延等制品加工，塑料原料都必须经过输送、熔融塑化这一基本和共性的过程，这一过程所用能量占高分子材料加工能耗的绝大部分。在螺杆机械中物料塑化主要是靠螺杆旋转时对物料的拖曳作用，固体输送为摩擦拖曳，熔体输送为粘性拖曳，物料的速度梯度与其流动和变形方向垂直，这种流动与变形主要受剪切应力支配。因此可以认为目前普遍采用的螺杆机械是基于剪切流变的高分子材料螺杆塑化设备，无可避免地存在塑化能力强烈依赖于物料与金属料筒表面之间的摩擦力和物料内摩擦力的问题。这两类问题又依赖于物料自身的物理性能和过程作业工艺条件。在螺杆机械中通常采取对料筒的固体输送段开槽以增加与物料的摩擦力、增大螺杆长径比、优化螺杆结构等措施可以在一定程度上解决上述问题。但这些措施又势必造成物料塑化所经历的热机械历程加长、能耗增加，设备结构体积大等缺陷。 

  高分子材料动态成型加工设备在一定程度上缩短了成型加工过程中物料所经历的热机械历程，降低了成型加工过程中物料的流动阻力，从而使得塑化能耗降低、塑化能力提高。但大部分高分子材料动态成型加工机械本质上还是基于剪切流变的螺杆塑化设备，无法从根本上解决塑化能力依赖于物料与金属料筒表面之间的摩擦力和物料内摩擦力的问题，部分高分子材料动态成型加工机械是基于拉伸流变的，能够降低塑化能耗与提高塑化能力，但这类设备较少，且不能很好的解决螺杆塑化设备体积较大的问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于拉伸流变的高分子材料塑化设备，为解决高分子材料成型加工过程中物料经历的热机械历程长、能耗高的问题提供新的设备。 

本发明的采用如下技术方案： 

一种基于拉伸流变的高分子材料塑化设备，包括料筒、塑化片、凸轮环、位于料筒两端的左挡料盘和右挡料盘，所述料筒具有圆柱内腔，塑化片与料筒圆柱内腔同轴配合，塑化片的数量为至少二，将料筒中的圆柱空腔分隔为至少四个空间，各塑化片之间同轴配合且可相对转动，每片塑化片上都开有槽与凸轮环配合，各塑化片绕着料筒圆柱内腔的轴心旋转且各塑化片的旋转速度不相同，凸轮环的形状与塑化片的旋转速度相对应，保证物料沿着塑化片的旋转方向在被塑化片分隔开来的各个空间之间流动，所述左挡料盘上设置有用于排出物料的螺纹孔，以及与凸轮环固接可扳动凸轮环旋转一定角度的扳动把手，所述塑化片分别由双曲柄机构驱动。

进一步地，所述塑化片数量为二，包括同轴配合的第一塑化片和第二塑化片，所述第一塑化片中心凸出地设有圆柱部，所述第二塑化片中心设置有与所述圆柱部轴向滑动配合的圆柱腔，驱动块与第二塑化片固接，第一驱动塑化片和驱动块上的凸出圆柱可分别驱动第一塑化片和第二塑化片，驱动块中心开有带槽的圆孔，通过圆孔与电机连接驱动整个双曲柄机构运动。 

本发明的设备结构如下：具有圆柱内腔的料筒、置于料筒内的若干塑化片、用于调节流体在被塑化片分隔开的若干空间之间流量的凸轮环以及在料筒两侧的挡料盘。该塑化运输设备中，塑化片的数量至少为2，将料筒中的圆柱空腔分隔为若干空间，每片塑化片都开有一个槽与凸轮环配合，与凸轮环配合的槽是被塑化片分隔开的各个空间之间的流通口，流通口的大小由凸轮环上的凸轮面与塑化片上的槽的间隙决定。各塑化片绕着料筒圆柱内腔的轴心旋转且各塑化片的旋转速度不完全相同，料筒圆柱内腔中被塑化片分隔开来的各个空间按照一定的规律变化着。塑化片的旋转速度能够保证被塑化片分隔开来的某一个空间容积增大时相邻的空间容积减小。凸轮环上的凸轮面能够保证物料沿着塑化片的旋转方向在被塑化片分隔开来的各个空间之间流动而逆流。当某一空间的容积在塑化片旋转速度的变化下由大变小时，物料在正应力的主要作用下被研磨、压实、排气，同时在来自定子的外加热精助作用下熔融塑化并被通过凸轮环上的凸轮面与塑化片上的槽的间隙流向下一个空间，实现物料在很短的热机械历程内完成塑化过程。当空间容积由小变大时，上一个空间的容积正由大变小，此时物料被纳入。在某一空间容积由大到小再由小到大周期性变化时，物料在流动和变形过程中通过的截面积也由小到大再由大到小周期性变化，因此物料的速度梯度与其流动和变形方向一致，这种流动与变形主要受正应力支配，可以认为这是基于拉伸流变的塑化过程。该塑化设备与各种螺杆挤压单元或各种柱塞注射单元可以组合成各种挤出机或注射机的叶片塑化注射装置。