CN102692480A - 一种仿生混合-挤出实验机 - Google Patents
一种仿生混合-挤出实验机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102692480A CN102692480A CN2012101874155A CN201210187415A CN102692480A CN 102692480 A CN102692480 A CN 102692480A CN 2012101874155 A CN2012101874155 A CN 2012101874155A CN 201210187415 A CN201210187415 A CN 201210187415A CN 102692480 A CN102692480 A CN 102692480A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- groove
- mixing
- screw rod
- mixing chamber
- face
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 title abstract 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 22
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000003371 toe Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 206010053615 Thermal burn Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003592 biomimetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种仿生混合-挤出实验机。该混合-挤出实验机的螺杆端面和混合室内底面根据壁虎脚趾微结构刚性绒毛特征设计了仿生结构，提高了剪切分散效果，降低高分子材料液体或熔体相对于螺杆端面和混合室内底面的滑移，控制离心力导致高分子材料液体或熔体流向流动场边缘；螺杆外表面设计有反向螺纹沟槽和平行螺杆轴线的沟槽，反向螺纹沟槽限制物料流出混合室，平行螺杆轴线的螺杆表面沟槽使混合腔内空气和挥发分逸散。该实验机由端面混合型螺杆、混合事、调速电机、卸料阀和电器控制柜等部件构成，混合时间可根据需要设定，挤出特点如同普通挤出机，可混合-挤出加工几乎所有热塑性高分子材料和填充分散高分子材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料加工实验机，特别是一种热塑性高分子材料加工实验机。
背景技术
目前，高分子材料研究方向仍然是先进聚合物合金、先进聚合物共混物、生物医用高分子材料、智能高分子材料与仿生高分子材料，以及添加阻燃、碳纳米管、石墨烯、抗菌等助剂的功能高分子材料研发，因此，适合材料研发的加工实验机是非常需要的，但长期困扰研究者所需高分子材料加工实验机的难题主要有三个：
一是现有高分子材料加工实验机只是混合实验机，或只是挤出实验机，即混合和挤出两种操作只能在不同设备上完成。例如，混合实验机的种类之一是转子型流变仪，具有很好的混合和分散功能，混合时间可任意设定，但制得的混合物无规则形状，内部含有大量气泡或气孔，不能直接作为成型材料用于成型规则形状的样条，且操作者易烫伤，劳力强度大，更不适宜女性研究者或没有体力的人员使用；单螺杆挤出实验机或双螺杆挤出实验机的挤出产物具有规则形状，但混合时间只能通过螺杆转速和长径比控制，虽然慢转速螺杆挤出实验机的混合时间长，但慢转速时的剪切作用低，多相体系分散混合效果差；大长径比螺杆挤出实验机混合时间较长，但设备庞大、笨重、占地面积大，操作复杂。
二是高分子材料与混合室壁面发生相对滑移，影响剪切分散混合效果。
三是现有实验机需要消耗相当多的原材料，限制了聚醚醚酮、聚酰亚胺等高成本和高附加值的特种高分子材料的深入研究，更限制了生物高分子材料、石墨烯和碳纳米管等分散混合高分子材料的深入研究，影响了先进高分子材料的开发和应用进程。
因此，需开发一种具有混合和挤出独立功能、高分子材料与混合室壁面不发生相对滑移、混合时间任意控制、耗材少、操作简单、耗能低、占地小、操作方便的高分子材料熔融加工混合-挤出实验机。发明专利ZL200510086697.X“微量混合-挤出-注射成型一体化实验装置”具有混合时间可控和挤出成型规则形状样条的特点，但使用发现其多相分散混合效果较差，高分子材料液体或熔体与螺杆端面和混合室内底面之间存在相对滑移，以及离心力作用导致高分子材料液体或熔体流向流动场边缘，影响剪切分散效果；其次，混合腔内的空气和挥发分不易逸散。
发明内容
本发明的目的是提供一种更高剪切流动场和更高分散混合效果、良好排除混合室内气体、混合时间可控、可挤出条样、占地很小的高分子合金、高分子功能材料、高分子分散复合材料等实验用微量料仿生混合-挤出实验机。
本发明所述一种仿生混合-挤出实验机的螺杆100的L1段端面与混合室200的内底面形成磨盘混合室，如图1a和图2所示，图2中混合室的工作高度h为0mm～10mm，v表示层流速度，螺杆100与混合室200均采用不锈钢制造。
本发明所述磨盘混合室内表面结构引用壁虎飞檐走壁及其脚趾吸附原理，将图1a中螺杆100的L1段端面101的法向沟槽(图1b)之间区域103和混合室200的内底表面201设计有仿生壁虎脚趾微结构104，即在图1a中201面和图1b中103区域设计有高30μm～130μm、直径0.2μm～0.5μm、间距20μm～50μm的刚性绒毛31415～282740根，如图3所示，刚性绒毛增强高分子材料液体或熔体与图1a中201和图1b中103的表面的粘着力或高分子链的分子引力。这种上万根微小刚性绒毛的引力凝聚成一股巨大粘着力，使高分子材料液体或熔体牢牢地吸附在图1a中201的表面和图1b中103的表面，从而提高磨盘混合室的剪切和分散效果。
本发明所述螺杆100的L1段外表面设计有反向螺纹槽105和平行轴线的沟槽106，反向螺纹槽105的螺旋角α为5°～30°、槽宽为0.5mm～3mm，槽深为0.5mm～2mm，平行于轴线的表面沟槽106的槽宽为0.1mm～3mm、槽深为0.1mm～2mm、长度等于L1，如图4所示；螺杆100的L1段的端面设计有3条连接中心的法向沟槽102，法向沟槽的槽宽为0.05mm～1mm、槽深为0.05mm～1mm、槽长等于L1段的直径D，如图1b所示。混合-挤出螺杆100的L1段外表面上反向螺纹105可防止料流的逆流，平行轴线的沟槽106可使混合室内气体或挥发分逸散，螺杆端面101的法向沟槽102相当于一个磨盘，与混合室的底面形成磨盘型腔，使加工材料充分研磨和混合。
其次，混合室200内直径为10mm～30mm；螺杆100的L1段外经D为10mm～30mm，L1/D比值为1～3，一次混合-挤出加工原材料为0.5g～10g，工作温度为室温～400℃，螺杆1的转速为0.1rpm～300rpm。
本发明实验机安装了具有图1、图3和图4及图5所示结构特征的螺杆100和混合室200，以及卸料阀300、通过手轮400转动可上下直线移动的调速电机500、温控和速控柜600。
本发明实验机的螺杆100与电机500串联在同一轴线上，串联在同一轴线上，且同步上、下移动。
本发明一种仿生混合-挤出实验机的高为400mm～800mm，底座尺寸200mm×200mm～600mm ×600mm。
附图说明
图1a端面混合型螺杆与混合室及其相对位置示意图
图1b螺杆端面结构示意图
图2磨盘剪切流动场示意图
图3刚性绒毛结构示意图
图4螺杆结构示意图
图5仿生混合-挤出实验机示意图
具体实施方式
一种仿生混合-挤出实验机的端面混合型螺杆100的L1段外经D为20mm，混合室200的内腔直径20+0.2mm，L1/D比值为1.25，L1段外表面的反向螺纹槽105的螺旋角α为17°、槽宽为1.5mm、槽深为1mm；平行轴线的表面沟槽106的宽为1.5mm、槽深为1mm、槽长等于L1；螺杆100的L1段的端面101中的法向沟槽102的槽宽为1.3mm、槽深为0.8mm、槽长等于D；螺杆100中的L1段端面法向沟槽之间区域和混合室200的底部内表面分别分布着125600根高30μm、直径0.25μm、间距50μm的人造刚性绒毛。该实验机的高为600mm，底座尺寸300mm；一次混合-挤出加工聚醚醚酮/碳纳米8g，工作温度380℃，螺杆100的转速为100rpm。
Claims (1)
1.一种仿生混合-挤出实验机，其特征在于：该实验机由端面混合型螺杆(100)、混合室(200)、卸料阀(300)、手轮(400)、调速电机(500)、温控和速控柜(600)等组成，端面混合型螺杆(100)的端面(101)设计有法向沟槽(102)，法向沟槽(102)之间的区域(103)和混合室(200)的内底面(201)设计有31415～282740仿壁虎脚趾微结构的刚性绒毛(104)，刚性绒毛(104)的高30μm～130μm、直径0.2μm～0.5μm、间距20μm～50μm，螺杆(100)的L1段外表面设计有反向螺纹槽(105)和平行轴线的沟槽(106)，反向螺纹槽(105)的螺旋角α为5°～30°、槽宽为0.5mm～3mm，槽深为0.5mm～2mm，平行于轴线的表面沟槽(106)的槽宽为0.1mm～3mm、槽深为0.1mm～2mm、槽长等于L1，螺杆(100)的L1段的端面(101)设计有3条连接中心的法向沟槽(102)，法向沟槽的槽宽为0.05mm～1mm、槽深为0.05mm～1mm、槽长等于螺杆(100)L1段的外径D，螺杆端面(101)的法向沟槽(102)相当于一个磨盘，与混合室(200)的内底面形成磨盘型腔，混合室(200)内直径为10mm～30mm，螺杆(100)的L1段外经D为10mm～30mm，L1/D比值为1～3，一次混合-挤出加工原材料为0.5g～10g，工作温度为室温～400℃，螺杆1的转速为0.1rpm～300rpm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210187415.5A CN102692480B (zh) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | 一种仿生混合-挤出实验机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210187415.5A CN102692480B (zh) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | 一种仿生混合-挤出实验机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102692480A true CN102692480A (zh) | 2012-09-26 |
| CN102692480B CN102692480B (zh) | 2014-10-15 |
Family
ID=46858075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210187415.5A Expired - Fee Related CN102692480B (zh) | 2012-06-08 | 2012-06-08 | 一种仿生混合-挤出实验机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102692480B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50100161A (zh) * | 1974-01-07 | 1975-08-08 | ||
| JPH02223405A (ja) * | 1988-11-11 | 1990-09-05 | Kohjin Co Ltd | 混練押出装置 |
| JPH09131727A (ja) * | 1995-11-07 | 1997-05-20 | Japan Steel Works Ltd:The | 着色剤マスターバッチの製造装置 |
| EP0960715A2 (en) * | 1994-10-12 | 1999-12-01 | Sumitomo Chemical Company Limited | Screw apparatus and method for supplying reinforcing fiber-containing molten resin using the apparatus |
| CN1583396A (zh) * | 2003-08-22 | 2005-02-23 | 科倍隆W&P有限及两合公司 | 带混合搅拌盘螺旋式挤出机 |
| CN1746012A (zh) * | 2005-10-24 | 2006-03-15 | 北京航空航天大学 | 微量混合－挤出－注射成型一体化实验装置 |
| CN201105502Y (zh) * | 2007-09-17 | 2008-08-27 | 宋择民 | 改进型高效双螺杆机 |
| CN101774528A (zh) * | 2010-01-04 | 2010-07-14 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 具有跨尺度仿生微纳米分支结构阵列及其制备方法 |
| CN202174663U (zh) * | 2011-07-27 | 2012-03-28 | 南京盖因特机电有限责任公司 | 双螺杆挤出机动态混合块组 |
| CN202781782U (zh) * | 2012-06-08 | 2013-03-13 | 北京英博苑科技有限公司 | 一种仿生混合-挤出实验机 |
-
2012
- 2012-06-08 CN CN201210187415.5A patent/CN102692480B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50100161A (zh) * | 1974-01-07 | 1975-08-08 | ||
| JPH02223405A (ja) * | 1988-11-11 | 1990-09-05 | Kohjin Co Ltd | 混練押出装置 |
| EP0960715A2 (en) * | 1994-10-12 | 1999-12-01 | Sumitomo Chemical Company Limited | Screw apparatus and method for supplying reinforcing fiber-containing molten resin using the apparatus |
| JPH09131727A (ja) * | 1995-11-07 | 1997-05-20 | Japan Steel Works Ltd:The | 着色剤マスターバッチの製造装置 |
| CN1583396A (zh) * | 2003-08-22 | 2005-02-23 | 科倍隆W&P有限及两合公司 | 带混合搅拌盘螺旋式挤出机 |
| CN1746012A (zh) * | 2005-10-24 | 2006-03-15 | 北京航空航天大学 | 微量混合－挤出－注射成型一体化实验装置 |
| CN201105502Y (zh) * | 2007-09-17 | 2008-08-27 | 宋择民 | 改进型高效双螺杆机 |
| CN101774528A (zh) * | 2010-01-04 | 2010-07-14 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 具有跨尺度仿生微纳米分支结构阵列及其制备方法 |
| CN202174663U (zh) * | 2011-07-27 | 2012-03-28 | 南京盖因特机电有限责任公司 | 双螺杆挤出机动态混合块组 |
| CN202781782U (zh) * | 2012-06-08 | 2013-03-13 | 北京英博苑科技有限公司 | 一种仿生混合-挤出实验机 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张昊 等: "仿壁虎微纳米刚毛阵列的研究进展", 《科学通报》 * |
| 王吉岱等: "仿壁虎刚毛与粗糙表面黏着力的建模仿真分析", 《润滑与密封》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102692480B (zh) | 2014-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202781782U (zh) | 一种仿生混合-挤出实验机 | |
| DE1457182B2 (de) | Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen | |
| CN104647721B (zh) | 一种挤出装置 | |
| CN101823327B (zh) | 七螺杆行星组合塑化排气挤出装置及其方法 | |
| CN104892972A (zh) | 单螺杆挤出脱硫与后处理系统及制备再生胶的方法 | |
| Moon et al. | Effect of flow rates of the continuous phase on droplet size in dripping and jetting regimes in a simple fluidic device for coaxial flow | |
| CN204724039U (zh) | 一种离心微流控乳化装置 | |
| KR20190099249A (ko) | 단일-샤프트 압출기 및 단일-샤프트 압출기의 용도, 및 단일-샤프트 압출기를 사용해 초흡수성 폴리머, 특히 sap 폴리머 겔의 모폴러지를 변경하기 위한 방법 | |
| CN102692480B (zh) | 一种仿生混合-挤出实验机 | |
| CN110605077A (zh) | 一种用于改善气液混合的锥形膜孔微通道结构 | |
| CN201410711Y (zh) | 窄间隙混合捏合机 | |
| AT511564B1 (de) | Mischvorrichtung und verfahren zum mischen eines schüttgutes oder einer pastösen masse | |
| CN106881048A (zh) | 建材加工的混料结构 | |
| CN209519621U (zh) | 一种可调剪切强度与混合度的动态混合器 | |
| CN207606974U (zh) | 双组份材料混合挤出一体装置 | |
| CN103753793B (zh) | 聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机 | |
| CN115554879A (zh) | 一种新型生物质环保增塑剂生产装置 | |
| CN109070426B (zh) | 螺杆式挤出机 | |
| CN202348686U (zh) | 一种具有搅拌引流功能的反应釜用单螺杆泵 | |
| CN201855661U (zh) | 双“∑”型桨叶捏合机 | |
| CN103274181A (zh) | 一种双螺旋异步结构的橡胶物料输送装置 | |
| CN203794822U (zh) | 单螺杆挤出脱硫与后处理系统 | |
| CN210552885U (zh) | 一种新型往复式单螺杆挤出机 | |
| CN203093022U (zh) | 一种生产防腐粉末涂料的双螺杆挤出机用螺杆 | |
| CN206767653U (zh) | 一种用于连续剥离制备石墨烯的导流式挤出机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHAN JIN Free format text: FORMER OWNER: BEIJING YINGBOYUAN TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150906 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150906 Address after: 100191 room 109, 37 house, No. 408, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road Patentee after: Zhan Jin Address before: 100013, room 16, building 556, 7 District, Dongcheng District, Beijing, Hepingli Patentee before: Beijing Yingboyuan Technology Co.,Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141015 Termination date: 20190608 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |