[发明专利]双螺杆挤出机用的挤出过程可视化跟拍装置

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料加工设备领域，特别涉及一种双螺杆挤出机用的挤出过程可视化跟拍装置。

背景技术

在申请号为201110149868.4的专利申请中，公开了一种新型的同向非对称自洁型螺杆挤出装置和方法，通过双螺杆或者多螺杆在物料输送过程中始终保持啮合，且始终和机筒内壁相切；两螺杆或者多螺杆的流道始终是非对称的形状，物料挤出过程中流经流道时受到非对称的作用力，流道体积经历空间变换，具有较强的混合混炼以及拉伸效果，可以广泛应用于反应挤出、高填充聚合物、纤维增强聚合物以及聚合物合金生产等领域，是一种新型绿色的价格方法。然而，随着该生产设备市场化推广的拓展，在实际应用中，该设备内大部分流动处于非充满情况，存在自由表面效应，使得传统的流体力学数值实验方法遇到极大的挑战，为进一步拓展挤出理论及优化加工过程，对该类新型设备流动特性以及混合过程的探索迫在眉睫。

对新型设备流动以及混合过程的探索最为有效的方法为可视化，常用的可视化方法有静态可视化实验以及动态可视化实验，其中静态可视化实验过程通常可描述为：定义设备工况，稳定挤出后，采用急冷的方式，迅速将流道中的高分子熔体固化，一段时间后，通过打开机筒或将螺杆抽出，可观察到固化在螺杆螺槽内物料的形态，并可取样测试分析。该方法可探索挤出方向任意位置物料的形态以及混合状态，但也存在一定的弊端，如在螺杆顶出以及剖分机筒打开的过程中，物料形态结构已在一定程度上被破坏；观察到的物料形态为某一时刻的物料形态，而非连续挤出过程中物料的状态。为进一步改善，出现了动态可视化实验，现有方式主要有单螺杆的透明机筒，采用的方式为多开玻璃视窗或全程透明的玻璃机筒结构，而对双螺杆挤出装备，因全程压力较大，且啮合区存在尖角区域，且需要较强精度，加工难度非常大，现今采用的均为开视窗的结构，在实践中，该结构只能观察到双螺杆局部流道结构，缺乏一种完整的结构和方法为流体流动和共混过程提供一种手段。

而传统双螺杆设备图像采集通常采取静态拍摄的方法，虽然图像的稳定性较高，但对长径比较长的挤出装备，只能通过移动拍摄装置或者取局部图像，未能达到整体研究的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双螺杆挤出机用的挤出过程可视化跟拍装置，该装置实现了全程可视化且能跟踪物料以及粒子的运动，为物料在双螺杆挤出机中的流动以及混合形态变化的分析研究提供了基础。

本发明的技术方案为：一种双螺杆挤出机用的挤出过程可视化跟拍装置，包括可视化机筒、可视化口模、拍摄机构和移动机构，可视化口模与可视化机筒的输出端相连接，可视化机筒及可视化口模外周设置旋转式的拍摄机构，拍摄机构底部设置移动机构，拍摄机构通过移动机构沿可视化机筒及可视化口模的轴线方向来回移动。该装置中，在可视化机筒内的物料输送过程中，拍摄机构一边在可视化机筒外周做旋转运动，一边沿可视化机筒的轴线方向做来回移动，从而实现对可视化机筒及可视化口模内的物料流动情况和形态变化进行多角度的全程实时拍摄。设于可视化机筒内的双螺杆外接其主电机和减速箱，当主电机启动双螺杆时，移动机构带动拍摄机构沿着挤出方向移动，下述拍摄机构中的CCD元件绕着可视化机筒旋转，双螺杆的起始端和末端具有行程开关。移动机构沿挤出方向的移动速度和CCD元件绕可视化机筒的旋转速度也可单独调节。

作为一种优选方案，所述拍摄机构包括多组CCD元件、辅助支架、CCD转动齿轮、驱动齿轮和齿轮驱动电机，多组CCD元件通过辅助支架均匀分布于CCD转动齿轮的圆周边沿，CCD转动齿轮与驱动齿轮啮合连接，齿轮驱动电机的输出端与驱动齿轮的齿轮轴连接。该结构使用时，通过齿轮驱动电机带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮与CCD转动齿轮之间的啮合，使CCD转动齿轮带动其外周边沿的各组CCD元件转动。其中，各CCD元件与可视化机筒之间的距离可手动调节。

所述CCD元件有四组，每组CCD元件通过一个辅助支架与CCD转动齿轮固定连接。

所述拍摄机构有两个，其中一个拍摄机构中的CCD转动齿轮与可视化机筒内的左螺杆同轴设置，另一个拍摄机构中的CCD转动齿轮与可视化机筒内的右螺杆同轴设置。也就是说，可视化机筒内的双螺杆中，每个螺杆对应设置一个拍摄机构，且每个拍摄机构中包括四组CCD元件、四个辅助支架、一个CCD转动齿轮、一个驱动齿轮和一个齿轮驱动电机，其中，齿轮驱动电机可安装于下述的移动支架上，一个安装于移动支架的左侧，另一个安装于移动支架的右侧。每个拍摄机构对应采集一个螺杆上的数据。