[发明专利]一种双向拉伸形变协同作用的混合方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料混合方法及装置，特别是涉及用于通过双向拉伸形变协同作用的高分子材料混合方法及装置。

技术背景

高分子材料成型加工过程中用到的物料通常是由不同的聚合物、填料、助剂等组成的，因而混合是高分子材料成型加工的必经阶段。高分子材料的混合通常是通过将各组分在连续混合装置或间歇式混合装置中配混而成。连续混合装置一般是由螺杆式挤出机，如双螺杆挤出机、三螺杆及多螺杆挤出机等来完成；而间歇式的配混过程主要是由密炼机、开练机等设备来完成。这些混合装置的混合机理是建立在剪切形变的基础之上的，也就是说混合过程中物料主要受到与运动方向垂直的应力与形变作用。为了提高混合效果，通常采用让物料受到高剪切应力作用。高剪切应力作用将导致如下问题：(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。

为了提高分散混合效率及改善混合效果，目前主要采用的办法主要包括：(1)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；(2)开发新型的螺杆结构如使用楔形螺棱，同时在螺棱上开设锥形槽等；(3)在成型模具中设计收敛‐发散流道，使得物料受到压缩或膨胀作用等。这些方法在以剪切形变为主的混合过程中强化了物料所受到的拉伸形变作用，提高了混合效率及混合效果，但成型过程中物料仍然主要受到剪切应力作用，是剪切形变支配的塑化混合过程。如果能够使物料在混合时的运动方向与速度梯度方向一致，亦即混合过程中物料主要受到拉伸应力作用，实现拉伸形变支配的混合过程，将有利于提高分散混合效果，对提高制品的性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决基于剪切形变的混合效率低、对粘度相差悬殊的复合材料混合效果差的问题，提供一种双向拉伸形变协同作用的高分子材料混合分散装置，以提高对高分子材料的混合分散效果。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

双向拉伸形变协同作用的混合方法：物料在混合装置中沿旋转方向及轴向流动方向作周期性变化的收敛与发散流动，物料受到周期性变化的压缩与膨胀作用，实现双向拉伸形变协同作用的混合过程。

实现所述混合方法的双向拉伸形变协同作用的混合装置，主要由驱动系统、加料单元、第一混合单元和第二混合单元依次连接组成；驱动系统主要由电机、转子轴和减速箱组成，电机通过减速箱与转子轴连接，转子轴为圆柱形，转子轴依次穿过加料单元、第一混合单元和第二混合单元；

所述加料单元主要由转子轴、定位套、单向导流盘、圆柱形内腔定子、直凹叶片和直凸叶片组成；圆柱形内腔定子设置在定位套和单向导流盘之间，圆柱形内腔定子的圆柱形内腔与定子外圆偏心，偏心距小于圆柱形内腔半径与转子轴半径之差；在圆柱形内腔定子中，转子轴沿轴向至少间隔开有2组矩形截面通槽，每组矩形截面通槽沿转子轴径向均匀分布多个叶片槽；直凹叶片及直凸叶片为矩形截面，直凹叶片开有矩形凹槽，直凸叶片设有矩形凸起；直凹叶片及直凸叶片依次间隔设置在叶片槽内；

单向导流盘上设有一个物料出口；该物料出口将进料单元与第一混合单元连通；

所述第一混合单元主要由转子轴、单向导流盘、双向导流盘、圆台形内腔定子、斜凹叶片和斜凸叶片组成；圆台形内腔定子设置在单向导流盘和双向导流盘之间，圆台形内腔定子的圆台形内腔与外圆偏心，偏心距小于圆台形内腔定子圆台形内腔小端半径与转子轴半径之差；圆台形内腔小端与单向导流盘连接；斜凹叶片和斜凸叶片为梯形截面，斜凹叶片上开有矩形凹槽，斜凸叶片上设有矩形凸起；在圆台形内腔定子的圆台形内腔中，转子轴沿轴向至少间隔开有一组以上的梯形截面通槽，每组梯形截面通槽沿转子轴径向均匀分布多个叶片槽，每组梯形截面通槽沿转子轴径向均匀分布多个叶片槽；

第二混合单元V主要由转子轴、双向导流盘、卸料盖、圆台形内腔定子、斜凹叶片和斜凸叶片组成，卸料盖上设有排料口；该圆台形内腔定子设置在双向导流盘和卸料盖之间；第二混合单元和第一混合单元中的圆台形内腔定子的圆台形内腔锥度方向相反，其他设置与第一混合单元相同；双向导流盘上设有2个物料出口；两个物料出口将第一混合单元和第二混合单元的物料双向流通连通。

优选地，所述圆柱形内腔定子的圆柱形内腔与定子外圆偏心的偏心距为圆柱形内腔半径与转子轴半径差的1/8-4/5。