CN102990899A - 高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发明高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型法及设备，按以下步骤顺序进行：高分子材料从进料座进料，螺杆静止，高分子原料随螺槽方向前行，高分子原料逐渐被压实，在螺杆压实段，对应动力机筒的内壁上开有沟槽，在该段将产生足够的挤出压力，当高分子原料到达螺杆端面时，螺棱线逐渐变为直线，使高分子原料进入异型材成型区时做直线运动，高分子原料在异型材成型芯棒和异型材成型外模间型腔从螺杆端面处的扇形逐渐过渡到所对应异型材的形状，从而实现异型材的成型过程。本发明优点：本发明可实现流动动差甚至没有流动性这类高分子材料或复合材料采用单螺杆连续成型异型材；本发明所成型得到的高分子材料异型材可保持原料的物理性能。

Description

高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型法及设备
技术领域
本发明涉及一种连续高效的高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型法及设备，该方法能成型流动性差高分子材料和热固性塑料异型材。 
背景技术
目前高分子材料异型材的成型方法主要有采用普通单（双）螺杆挤出机结合异型材机头来成型异型材和对高分子块状胚料进行机械加工等方法而获得。 
对成型过程中具有一定流动性的高分子材料异型材的成型，一般采用单（双）螺杆挤出机结合异型材机头来成型，该成型方法成熟、成型效率高，得到广泛应用。对于热固性塑料和成型流动性差这类高分子材料 ，如超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和聚四氟乙烯(PTFE)等异型材的成型方法，采用模压方法或者先采用模压方法现成型材（棒、块等）后，再通过机械加工的方法而获得所需异型材，该方法成型过程不连续，材料浪费严重，生产效率低，同时由于成型时间长，材料局部的温度过高，有可能导致材料降解而影响产品的性能。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种针对热固性塑料和成型流动性差的高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型法及设备，可以实现对热固性塑料和成型流动性差的高分子材料连续、高效成型和节约材料。 
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于包括有螺杆、进料座、动力机筒、轴承、轴承座、异型材成型芯棒和异型材成型外模，其中，动力机筒的两端和轴承相联接，轴承安放在轴承座和进料座中，在外在动力的作用下作旋转运动；螺杆处于静止状态，其中一端固定在；异型材成型芯棒与螺杆端面通过螺纹连接，异型材成型外模通过法兰与轴承座联接；所述的螺杆结构分为：进料压缩段，进料压缩段的结构为：等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度，螺杆的几何压缩比逐渐达到高分子原料的物理压缩比，确保原料在该段被压实；压实段：螺杆的几何压缩比不小于高分子原料的物理压缩比；螺棱线直线段：在接近螺杆的端面，螺棱线过度到平行于螺杆方向的直线，确保物料作直线运动。 
对于具有一个或者多个螺棱的螺杆，其具有相同的螺槽数量，此时，原料为各自独立扇形且沿着各自的独立螺槽运动。对于单螺头螺杆，原料到达螺杆端面时呈一个独立扇形面，沿一个独立螺槽运动；对双螺头螺杆原料到达螺杆端面时呈两个独立扇形面，沿两个独立螺槽运动；对三螺头螺杆原料到达螺杆端面时呈三个独立扇形面，沿三个独立螺槽运动。依次类推。 
按上述方案，所述的动力机筒的内壁上开有沟槽，与螺杆的压实段相对应，确保动力机筒能产生足够的挤出压力。 
按上述方案，所述的异型材成型外模装有加热器。 
当被压实的原料沿各自的螺槽进入异型材成型区时，异型材成型芯棒和异材成型外模间型腔从螺杆端面处的各自独立扇形逐渐过渡到异型材的形状，并在口模处汇合，从而实现异型材的成型过程。其后，在加热器加热和物料运行过程摩擦热的共同作用，高分子材料异型材实现塑化。 
高分子材料棒材单螺杆挤出机筒成型方法，其特征在于按以下步骤顺序进行：高分子材料从进料座进料，螺杆静止，在动力机筒的旋转的摩擦拖曳的作用下，高分子原料随螺槽方向前行，高分子原料逐渐被压实，在螺杆压实段，对应动力机筒的内壁上开有沟槽，在该段将产生足够的挤出压力，当高分子原料到达螺杆端面时，螺棱线逐渐变为直线，使高分子原料进入异型材成型区时做直线运动，高分子原料在异型材成型芯棒和异型材成型外模间型腔从螺杆端面处的扇形逐渐过渡到所对应异型材的形状，从而实现异型材的成型过程，其后，在加热器加热和物料运行过程摩擦热的共同作用，高分子材料异型材实现塑化；最后通过牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现高分子材料异型材的连续成型。 
本发明相比现有技术所具有的优点： 
（1）该发明专利不同于传统单（双）螺杆成型高分子异型材具有不同的成型工艺
本发明专利具有独特的成型工艺，其成型工艺：物料从进料座进料→逐渐压实→完全压实态→形成异型材型胚→塑化→冷却精密定型→牵引、切割、堆放等过程。普通单螺杆成型高分子材料异型材的成型工艺：物料从进料座进料→逐渐压实→完全压实态→塑化→通过机头形成异型材型胚→冷却精密定型→牵引、切割、堆放等过程。本发明专利工序中异型材型胚成型在前而塑化在后，而传统成型工序是先实现高分子原料的塑化，再在机头中实现异型材成型；
(2)本发明专利可实现流动动差甚至没有流动性这类高分子材料或复合材料采用单螺杆连续成型异型材
本发明专利先形成异型材型胚然后塑化，这种成型工艺确保成型过程于物料的流动性没有必然关系，即使流动性很差甚至没有流动性高分子材料也能成型，成型过程连续，成型速度是模压烧结方法的10倍以上；
(3)本发明所成型得到的高分子材料异型材可保持原料的物理性能
在进行高分子材料异型材成型时，对流动性差的高分子原料不需要进行工艺改性来提高原料的流动性，同时成型温度低于原料分解温度，则成型的高分子材料异型材将完好的保留原料的性能，表1为采用本发明专利技术成型流动性很差的纯超高分子量聚乙烯异型材，结果显示本发明专利技术所生产的纯超高分子量聚乙烯异型材完全保留了超高分子量聚乙烯原有的优异性能。
附图说明
图1为本发明的成型设备结构示意图； 
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明的螺杆结构简图；
图4为典型异型材截面图及对应螺杆端面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述，但是不会构成对本发明的限制。 
如图1-3，本发明的成型设备主要包括：高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型设备，包括有螺杆1、进料座2、动力机筒3、轴承4、轴承座5、异型材成型芯棒6和异型材成型外模7，其中，动力机筒的两端和轴承相联接，轴承安放在轴承座和进料座中，在外在动力的作用下作旋转运动；螺杆处于静止状态；所述的异型材成型外模装有加热器8，异型材成型芯棒与螺杆端面通过螺纹连接，异型材成型外模通过法兰与轴承座联接；所述的螺杆结构分为：进料压缩段9，进料压缩段的结构为：等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度，螺杆的几何压缩比逐渐达到高分子原料的物理压缩比，确保原料在该段被压实；压实段10：螺杆的几何压缩比不小于高分子原料的物理压缩比；螺棱线直线段12：在接近螺杆的端面13，螺棱线过度到平行于螺杆方向的直线，确保物料作直线运动。 
所述的动力机筒的内壁上开有沟槽，与螺杆的压实段相对应，确保动力机筒能产生足够的挤出压力。 
高分子材料异型材单螺杆挤出成型机筒成型法需要的动力装置、传动装置、温度控制系统都可采用现有单螺杆挤出机相同设备及技术，牵引装置、计量装置和切割装置采用现有常规装备。 
高分子材料异型材单螺杆挤出成型机筒成型法，其特征在于按以下步骤顺序进行：高分子材料从进料座进料，螺杆静止，在动力机筒旋转的摩擦拖曳的作用下，高分子原料随螺槽方向前行，高分子原料逐渐被压实，在螺杆压实段，对应动力机筒的内壁上开有沟槽，在该段将产生足够的挤出压力，当高分子原料到达螺杆端面时，螺棱线逐渐变为直线，使高分子原料进入异型材成型区11时做直线运动，此时的原料的形状是各自独立的扇形，在挤出压力的作用下高分子原料进入到异型材成型芯棒和异型材成型外模间型腔，从螺杆端面处的扇形，其后成型型腔逐步过渡到所对应异型材的几何结构，并在口模处汇合，形成对应异型材的形状，从而实现异型材的成型过程。 
如图4所示，根据不同异型材的几何结构特征，采用不同的螺棱数目的螺杆，螺棱数决定螺杆的螺槽数目，当原料到达螺杆端面时，被压实的原料随各自螺槽运动，此时的原料的形状是各自独立的扇形。随后，截面为扇形的原料通过异型材成型芯棒和成型外模的型腔，逐步过渡到所对应异型材的几何形状，并在异型材成型口模处汇合，从而形成了特定异型材截面，其后，在加热器加热和物料运行过程摩擦热的共同作用，高分子材料异型材实现塑化；最后通过牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现高分子材料异型材的连续成型。 
要得到如图4（Ⅰ）所示的板材，采用图4（A）所示的单螺头螺棱螺杆，压实的原料在螺杆端面为一个独立的扇形，通过异型材芯棒和异型材成型外模型腔逐渐过度到异型材形状，从而实现了异型材的成型过程，或者采用图4（B）所示的双螺头螺棱螺杆，压实的原料在螺杆端面为两个独立的扇形，通过异型材芯棒和异型材成型外模型腔逐渐过度到异型材形状，从而实现了异型材的成型过程。要得到如图4（Ⅱ）所示的异型材，采用图4（B）所示的双螺棱螺杆，压实的原料在螺杆端面为两个独立的扇形，通过异型材芯棒和异型材成型外模型腔逐渐过度到异型材形状，从而实现了异型材的成型过程。 
要得到如图4（Ⅲ）所示的异型材，采用图4（C）所示的三螺棱螺杆，压实的原料在螺杆端面为三个独立的扇形，通过异型材芯棒和异型材成型外模型腔逐渐过度到异型材形状，其中adc 扇形逐渐过渡到abef矩形，另外两个扇形逐步过渡到abcd矩形，从而实现了异型材的成型过程。  
要得到如图4（Ⅳ）所示的异型材，采用图4（D）所示的三螺棱螺杆，压实的原料在螺杆端面为三个独立的扇形，通过异型材芯棒和异型材成型外模型腔逐渐过度到异型材形状，其中ad 扇形逐渐过渡到abef矩形，dc 扇形逐渐过渡到abcd矩形，ac扇形逐渐过渡到cdgh矩形，从而实现了异型材的成型过程。
要得到如图4（ 
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE001
）所示的异型材，采用图B所示的双螺棱螺杆，压实的原料在螺杆端面为两个个独立的扇形，通过异型材芯棒和异型材成型外模型腔逐渐过度到异型材形状，其中adc 扇形逐渐过渡到abic四边形，abc 扇形逐渐过渡到adefg五边形，从而实现了异型材的成型过程。 
表1采用本发明专利技术所生产的纯UHMWPE异型材进行关键性能参数检测报告，表明样品在密度、维卡软化温度、耐磨性和干摩擦系数等方面完好的保留了纯UHMWPE的物理性能。 
表1 按本发明专利方法生产的纯UHMWPE异型材进行关键性能参数检测报告 
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE003
。

Claims (4)

1.高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于包括有螺杆（1）、进料座（2）、动力机筒（3）、轴承（4）、轴承座（5）、异型材成型芯棒（6）和异型材成型外模（7），其中，动力机筒的两端和轴承相联接，轴承安放在轴承座和进料座中，在外在动力的作用下作旋转运动；螺杆处于静止状态，其中一端固定在；异型材成型芯棒与螺杆端面通过螺纹连接，异型材成型外模通过法兰与轴承座联接；所述的螺杆结构分为：进料压缩段（9），进料压缩段的结构为：等螺距变螺槽深度、变螺距变螺槽深度或变螺距等螺槽深度，螺杆的几何压缩比逐渐达到高分子原料的物理压缩比，确保原料在该段被压实；压实段（10）：螺杆的几何压缩比不小于高分子原料的物理压缩比；螺棱线直线段（12）：在接近螺杆的端面（13），螺棱线过度到平行于螺杆方向的直线，确保物料作直线运动。
2.按权利要求1所述的高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于所述的动力机筒的内壁上开有沟槽，与螺杆的压实段相对应，确保动力机筒能产生足够的挤出压力。
3.按权利要求1或2所述的高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型设备，其特征在于所述的异型材成型外模装有加热器（8）。
4. 采用权利要求1所述的高分子材料异型材单螺杆挤出机筒成型设备的高分子材料棒材单螺杆挤出机筒成型方法，其特征在于按以下步骤顺序进行：高分子材料从进料座进料，螺杆静止，在动力机筒的旋转的摩擦拖曳的作用下，高分子原料随螺槽方向前行，高分子原料逐渐被压实，在螺杆压实段，对应动力机筒的内壁上开有沟槽，在该段将产生足够的挤出压力，当高分子原料到达螺杆端面时，螺棱线逐渐变为直线，使高分子原料进入异型材成型区时做直线运动，高分子原料在异型材成型芯棒和异型材成型外模间型腔从螺杆端面处的扇形逐渐过渡到所对应异型材的形状，从而实现异型材的成型过程，其后，在加热器加热和物料运行过程摩擦热的共同作用，高分子材料异型材实现塑化；最后通过牵引装置、计量装置和切割装置共同协调工作下，实现高分子材料异型材的连续成型。
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