CN100410052C - 大型聚合物制品挤出成型方法及其成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明大型聚合物制品挤出成型方法及其成型设备，成型方法是在成型设备的模具上设有加热系统对模具进行预热和保温；由挤出设备挤出的聚合物熔体充满模具型腔后，由增压补缩机构向模具型腔继续补料，补充模具模腔中聚合物熔体在冷却过程中的收缩量。挤出设备用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、柱塞式挤出机或熔体泵。成型设备具有锁紧系统和模具合二为一的结构，锁紧系统为楔形锁紧机构；在模具上冷却循环系统的外侧均匀布置有由加热元件构成的加热系统；在模具上的增压补缩机构分别与挤出机连接机构和模具型腔相通；挤出机连接机构与挤出设备相连接。本发明适宜于大型的聚合物制品的成型加工。

Description

大型聚合物制品挤出成型方法及其成型设备

技术领域

本发明涉及一种聚合物成型方法及其成型设备，尤其是大型的厚壁制品的挤出成型方法及其成型设备。

技术背景

聚合物制品的加工方法很多，挤出成型和注射成型是两种应用最广泛的成型方法。挤出成型一般用于连续生产截面相同的制品，例如管、片、膜和各种异型材等；注射成型适合间歇生产各种形状的制品，例如小到各种电子器件，大到洗衣机滚筒、汽车保险杠等。对于像大型塑料管件这样的产品，也可以采用注射方法生产，但由于要求足够大的注射压力，要求配套的整个注射设备的规模就很大，例如：生产直径400mm的塑料弯头，制品的重量为20多千克，需要注射量为30000克以上的注射机。对于制造大于400mm的管件，目前市场上还没有与之相配套的如此大注射量的注射机。目前，许多大型管径的连接件较多采用管材经裁剪后粘接或焊接的方法制造，这种方法加工的制品，连接处质量不易保证，质量不稳定。

在聚合物注射成型加工中，一般的模具均配备有冷却系统，采用模温控制器和冷却介质循环系统对模具进行冷却，模具温度最高达到80～100℃。冷却介质常用水或油。冷却介质循环系统是以空腔、管道的形式均匀布置在模具的内壁，以保证制品的收缩和定型。在挤出成型加工时，挤出机的挤出压力与所配备的机头有关，一般挤出压力在10～20Mpa，挤出成型过程中压力较低；而在注射成型加工时，注射成型压力在加工流动性好的聚合物时在50～100Mpa，对于流动性差或尺寸要求很精确的制品，压力甚至高达250Mpa以上。对于大型聚合物制品，如果模具流道设计不合理或制品壁较薄，或注射速度太慢，或注射压力太低，都会造成充模困难。普通注射机模具配有的专门的合模系统，结构庞大；当制品较大时，要求合模力大，对合模系统要求更高，其结构更复杂庞大。

发明内容

本发明大型聚合物制品挤出成型方法及其成型设备，大型聚合物制品挤出成型方法是在成型设备的模具设有加热系统对模具进行预热和保温；成型设备设有增压补缩机构；由挤出设备挤出的聚合物熔体充满模具型腔后，由补缩油缸驱动的增压补缩机构向模具型腔继续补料，直到模具型腔内的聚合物熔体达到设定的压力，停止对模具加热，启动冷却介质循环系统，冷却、定型，同时补充模具模腔中聚合物熔体在冷却过程中的收缩量。

本发明的方法采用的聚合物塑化挤出设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、柱塞式挤出机或熔体泵。

本发明的方法可以采用单台挤出设备或多台挤出设备共挤出熔融聚合物。

本发明用于大型聚合物制品挤出成型的成型设备，其技术方案如下：

(1)具有锁紧系统和模具合二为一的结构，锁紧系统为一组或两组楔形锁紧机构，每一组锁紧机构由2个下垫圈、楔块、上垫圈、拉杆、拉杆螺母、开口销、锁紧螺母和顶杆以及1个顶座组成；楔块呈契形，并且有一竖直孔和水平孔；顶座与2个顶杆之间螺纹连接，顶杆穿过楔块上的水平孔与锁紧螺母螺纹连接；开口销固定在顶杆上的孔中；锁紧拉杆依次贯穿上垫圈、楔块的竖直孔、下垫圈、上模板与下模板的孔螺纹连接，拉杆螺母与锁紧拉杆顶端螺纹连接。

(2)在模具型腔内冷却循环系统的外侧均匀布置有由加热元件构成的加热系统。

(3)在模具上设有增压补缩机构，增压补缩机构包括补缩腔、补缩杆和补缩油缸；补缩腔由分别开在上模板和下模板分型面处的半圆通道构成；补缩油缸与补缩杆连接，补缩腔的前部与模具型腔相通。

(4)模具的上模板和下模板的分型面处设有带流道的挤出机连接机构，流道由分别开在上模板和下模板的槽构成，流道与增压补缩机构的补缩腔相通；挤出机连接机构与挤出设备相连接。

本发明的成型设备的加热元件为加热棒或加热板。

本发明的成型设备的挤出机连接机构包括挤出机连接体、螺母、铰接杆、销轴、模具连接体和流道；模具连接体固定在下模板上；挤出机连接体与挤出设备连接；挤出机连接体由螺母、铰接杆和销轴与模具连接体铰链连接。

本发明的成型设备的模具连接体与下模板的固定用法兰连接或螺纹连接。

本发明的成型设备的挤出机连接体与挤出设备的相连是用法兰连接、螺纹连接或哈夫块连接。

本发明提供的方法采用单台挤出设备或多台挤出设备共挤供料，采用专门的楔形锁紧结构、带加热的模具以及增压补缩机构，能保证大供给量的塑化优良熔融聚合物充满模具型腔。本发明的方法适宜于大型的聚合物制品加工。

本发明的成型设备的模具不仅配备有常规的冷却系统而且还有加热系统，对模具实现预热和保温，模具的温度可控制得与挤出温度一致，能够避免型腔未充满熔体提前固化，能保证模腔能够充满，实现热模低压成型。

本发明为了弥补挤出成型过程压力低、挤出压力受塑化过程影响的缺陷，本发明配备增压补缩机构，当挤出设备供料将型腔充满后，增压补缩机构向模具型腔继续供料，由增压补缩机构使型腔内的熔体达到新的压力平衡，该压力不受塑化过程影响，压力值可根据要求设定。另外，增压补缩机构还起到补缩的作用，补充熔体冷却过程体积收缩造成的物料匮缺。

本发明的楔形锁紧机构采用螺纹直接锁紧结合楔形锁紧，使锁紧机构和模具合二为一，每种规格制品，自带锁模机构，该锁紧机构采用拉杆、螺母连接的螺纹锁紧方式，将其锁到一定程度后，采用斜面增力锁紧的楔形锁紧。

本发明用挤出设备能实现加工大型聚合物制品的目的，同时可以避免采用注射机成型的弊病。

附图说明

图1为本发明成型设备的主视图。

图2为本发明成型设备的俯视图。

图3为增压补缩机构及挤出机连接机构图(该图是去除上模板3后表示的结构)。

附图中的零部件：下模板1、挤出机连接机构2、上模板3、下垫圈4、楔块5、上垫圈6、拉杆7、拉杆螺母8、开口销9、锁紧螺母10、顶杆11、顶座12、加热元件13、冷却介质通道14、液压缸安装座15、型芯16、液压缸17、增压补缩机构18、定位销19、型腔20、冷却介质出口21、冷却介质入口22、挤出机连接体23、螺母24、铰接杆25、销轴26、模具连接体27、流道28、补缩腔29、补缩杆30、补缩油缸31、流道入口32，测温点33。

具体实施方式

本发明的成型设备以制备塑料三通为例进行说明。

本发明的成型设备如图1与图2所示。图中锁紧系统为两组楔形锁紧机构，每一组锁紧机构由2个下垫圈4、楔块5、上垫圈6、拉杆7、拉杆螺母8、开口销9、锁紧螺母10和顶杆11以及1个顶座12组成。楔块5呈契形，并且有一竖直孔和水平孔。顶座12与2个顶杆11之间螺纹连接。顶座12可以如图1所示那样固定在上模板3的上部(图中为螺钉连接)也可以不与上模板3固定只与2个顶杆11之间螺纹连接。顶杆11穿过楔块5上的水平孔与锁紧螺母10螺纹连接，开口销9固定在顶杆11上的孔中，开口销9能防止锁紧螺母10正反转动时脱落。锁紧拉杆7依次贯穿上垫圈6、楔块5的竖直孔、下垫圈4、上模板3与下模板1的孔螺纹连接。拉杆螺母8与锁紧拉杆7顶端螺纹连接，下模板1和上模板3在锁紧拉杆7和拉杆螺母8的作用下锁紧模具。转动顶杆11时，在顶座12上的螺纹作用下带动楔块5在上垫圈6和下垫圈4之间移动，由于楔块5上的楔形斜面作用，对拉杆7产生拉紧或松开作用，进一步锁紧或松开下模板1和上模板3。由定位销19保证下模板1和上模板3的对中。

本发明所采用的冷却系统和冷却介质通道14与现有的方法相同，冷却介质通道14均匀分布在模具型腔内壁近处。通过冷却介质入口22和冷却介质出口21将冷却系统与冷却介质通道14相连，实现模具的冷却。常用的冷却介质为水或油。

本发明的加热系统采用加热元件13均布在模具内冷却循环系统的外侧。加热元件13可以用加热棒或加热板。在模具的外壁和型芯16上设置有多个测温点33，加热元件13在控制系统的监测下，对模具进行加热、保温。

本发明的成型设备在模具上设有增压补缩机构，图1中的增压补缩机构18如图3所示。增压补缩机构包括补缩腔29、补缩杆30和补缩油缸31。补缩腔29由分别开在上模板3和下模板1分型面处的半圆通道构成；补缩油缸31与补缩杆30连接，补缩腔29的前部与模具型腔相通，补缩油缸31带动补缩杆30在补缩腔29内作往返移动。

本发明的成型设备的挤出机连接机构，图1中的挤出机连接机构2如图3所示，它包括挤出机连接体23、螺母24、铰接杆25、销轴26、模具连接体27和流道28；模具连接体27固定在下模板1上；挤出机连接体23与挤出设备连接；挤出机连接体23由螺母24、铰接杆25和销轴26与模具连接体27铰链连接。

挤出设备挤出的熔融聚合物流入流道28，再流经补缩腔29流入模腔20，当模腔20充满熔体后，补缩油缸31带动补缩杆30推动熔体不断进入模腔20，并使模腔内压力达到设定值，补缩杆30在补缩油缸31带动下往前移动将流道入口32封住时，挤出设备可停机或进行另一模具的充模；补缩杆30继续前进到制品冷却定型结束为止。对于有抽芯要求的制品，采用公知的现有的方法，型芯16在液压缸17作用下实现抽芯，液压缸安装座15安装在模具的下模板1上。

本发明成型设备的模具连接体27与下模板1的固定用法兰连接(如图3所示)或螺纹连接。

本发明的成型设备的挤出机连接体23与挤出设备的相连用法兰连接(如图3所示)、螺纹连接或哈夫块连接。

本发明可以用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等聚合物制品的成型加工。

利用本发明的成型设备制造公称直径为400mm的大型三通管件，制品原料为氯化聚氯乙烯(C-PVC)。聚合物塑化挤出设备采用双螺杆挤出机，挤出机产量为200kg/h。挤出机机筒各段及模具的设定温度如下：1段120～130℃，2段150～170℃，3段160～180℃，连接部分170～180℃，模具170～180℃。模具锁紧后开始预热，各部分均达到设定温度后保温，然后向模腔挤入熔体，挤入时间10分钟。启动增压补缩机构，补缩油缸开始工作，继续充模，直到模腔达到15Mpa设定压力时开通冷却系统，冷却定型后，松开楔形锁紧机构，旋下拉杆螺母8，打开上模板3，抽出型芯，取出制品，即得到三通管件。

Claims (8)

1. 一种大型聚合物制品挤出成型方法，用聚合物塑化挤出设备加工聚合物制品，成型设备的模具设有加热系统对模具进行预热和保温，采用冷却介质循环系统对成型模具进行冷却，在冷却介质的作用下定型得到聚合物制品，其特征在于：在模具上设有增压补缩机构，由挤出设备挤出的聚合物熔体充满模具型腔后，由补缩油缸驱动的增压补缩机构向模具型腔继续补料，直到模具型腔内的聚合物熔体达到设定的压力，停止对模具加热；启动冷却介质循环系统冷却、定型，同时补充模具模腔中聚合物熔体在冷却过程中的收缩量。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：聚合物塑化挤出设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机、柱塞式挤出机或熔体泵。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用单台挤出设备或多台挤出设备共挤出熔融聚合物。

4. 一种用于大型聚合物制品挤出成型的成型设备，包括锁紧系统和模具，模具设有加热系统，在紧邻模具型腔内壁有均匀布置的冷却循环系统，其特征在于：

(1)具有锁紧系统和模具合二为一的结构，锁紧系统为一组或两组楔形锁紧机构；每一组锁紧机构由2个下垫圈、楔块、上垫圈、拉杆、拉杆螺母、开口销、锁紧螺母和顶杆以及1个顶座组成；楔块呈契形，并且有一竖直孔和水平孔；顶座与2个顶杆之间螺纹连接，顶杆穿过楔块上的水平孔与锁紧螺母螺纹连接；开口销固定在顶杆上的孔中；锁紧拉杆依次贯穿上垫圈、楔块的竖直孔、下垫圈、上模板与下模板的孔螺纹连接，拉杆螺母与锁紧拉杆顶端螺纹连接；

(2)在模具型腔内冷却循环系统的外侧均匀布置有由加热元件构成的加热系统；

(3)模具上设有增压补缩机构，增压补缩机构包括补缩腔、补缩杆和补缩油缸；补缩腔由分别开在上模板和下模板分型面处的半圆通道构成；补缩油缸与补缩杆连接，补缩腔的前部与模具型腔相通；

(4)模具的上模板和下模板的分型面处设有带流道的挤出机连接机构，流道由分别开在上模板和下模板的槽构成，流道与增压补缩机构的补缩腔相通；挤出机连接机构与挤出设备相连接。

5. 根据权利要求4所述的成型设备，其特征在于：加热元件为加热棒或加热板。

6. 根据权利要求4所述的成型设备，其特征在于：挤出机连接机构包括挤出机连接体、螺母、铰接杆、销轴、模具连接体和流道；模具连接体固定在下模板上；挤出机连接体与挤出设备连接；挤出机连接体由螺母、铰接杆和销轴与模具连接体铰链连接。

7. 根据权利要求6所述的成型设备，其特征在于：模具连接体与下模板的固定用法兰连接或螺纹连接。

8. 根据权利要求4所述的成型设备，其特征在于：挤出机连接体与挤出设备的相连是用法兰连接、螺纹连接或哈夫块连接。

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