CN103231501A - 用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可使高聚合物注塑机与塑料轧机形成连注连轧的注轧嘴。其由与注塑机的喷嘴密封连接并承接熔融料的输入机构、与轧机轧辊辊面之间形成密封型腔并向该型腔射入熔融料的输出机构和连接输入、输出机构由上、下铜芯块以叠加方式形成密封整体的主体构成，输送熔融料的流道结构设于该密封整体内。本发明可使高聚合物的连注连轧生产新工艺得以实现，其可实现注轧嘴位置前后伸缩及转动调节、承受锁模力、实现注射嘴出口宽度方向流速均匀性和温度场的均匀性、整个装置的保温特性，高聚合物经连注连轧工艺在输入机构、与轧机轧辊辊面之间形成密封型腔中其状态转变为经过输入机构时的粘流态到开始轧制时的高弹态以及轧制出口时的玻璃态。

Description

用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴

技术领域

本发明涉及一种用于高聚合物连注连轧成型的部件，特别涉及一种将注塑与轧制联结在一起使用并介于其间的过渡设备。

背景技术

当前，塑料成型方法有很多，但注塑和轧制流水线作业（以下简称连注连轧）的设备却没有，连注连轧注轧嘴仅在金属铸造领域可以见到连铸连轧机所用的铸轧嘴。与塑料注塑、轧制不同，金属液是靠自身重力，通过所述铸轧嘴从静止炉内导入铸轧机辊缝的中间装置，它不需要承受太大压力。中国发明专利（专利号为：ZL200820037909.4，名称为：《铸轧板用供流铸轧嘴》）便是金属铸造类型中的一种。与其相比，塑料成型所需成型设备一般都要承受一定的压力才可完成塑料成型。同时，该装备与传统的挤出模头具有本质性区别，传统的挤出模头主要功用是保证高聚合物在其内部流道内为恒温黏流态及出口速度均匀，中国发明专利（专利号为：CN2495453，名称为：《塑料挤出机模头》）便是塑料挤出类型中的一种。

通常用于中小尺寸液晶显示部件微光学导光板或一体化背光模组的制造方法有精密注射成型、微纳压印、激光雕刻、3D V切割法、光化学蚀刻等，虽然应用这些方法可以制作出高精度的导光板，但是导光板上下表面的微结构多达几十万个甚至几百万个，制作导光板耗时太长。而大尺寸的背光模组目前仍采用传统的印刷法，、制作不连续、并且成型厚度也有限制。因而怎样保证这些成型方法生产的连续性、提高生产效率、降低生产成本、提高成型精度一直是研究中亟待突破的难题。而本发明是高聚合物连注连轧成型新工艺的核心部件，该工艺不仅具有注射压缩成型的特点，同时能够实现多尺度、大中小尺寸的一体化导光板连续生产，综合利用聚合物热量，提高成型精度、效率及收得率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可使高聚合物注塑机与塑料轧机形成连注连轧的注轧嘴。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其由与注塑机挤出机的喷嘴密封连接并承接熔融料的输入机构、与轧机轧辊辊面之间形成密封型腔并向该型腔射入所述熔融料的输出机构和将所述输入机构、输出机构相连接主要由上铜芯块和下铜芯块以上下叠加方式形成密封整体的主体构成，将所述熔融料由输入机构的入料口承接并送至输出机构的出料口射出的流道结构设于该密封整体内。

所述的输入机构由固定旋接于所述入料口中的内接头管、套置于内接头管内端且同设置在所述密封整体后部的连接板固定连接的注轧嘴法兰、与注轧嘴法兰相对设置并套置于内接头管外端的连接螺杆法兰和位于内接头管中段旋置于注轧嘴法兰与连接螺杆法兰沿轴向延伸的注轧嘴法兰套筒和连接螺杆法兰套筒之上的调节螺母构成，所述连接螺杆法兰通过挤出螺杆法兰与注塑机挤出机的喷嘴同轴固定连接。

所述注轧嘴法兰与连接螺杆法兰之间相对调节距离为0-10mm。

所述输出机构由设于所述密封整体前部并与该密封整体可相对转动的上下设置的上唇前块和下唇前块、设于上唇前块与下唇前块之间并位于该密封整体上的出料口、位于密封整体顶部和底部并分别与上唇前块和下唇前块相接的上唇后块和下唇后块及位于密封整体两侧并分别与该密封整体可转动连接的左侧板和右侧板构成，所述上唇前块和下唇前块的两侧分别与所述左侧板和右侧板的内侧固定连接，所述上唇后块和下唇后块均与位于主体上下两侧的固定在密封整体上的耐磨板固定连接，所述左侧板和右侧板形状相同，其形状为两腰是圆弧状侧边、顶角被倒平的截面为矩形的异形板，其上的两个底角与所述密封整体连接，所述异形板插置于所述轧机轧辊辊面两侧的矩形凹槽中，所述上唇前块和下唇前块的唇面及左侧板和右侧板上的圆弧侧边均为与所述轧辊辊面相同圆心的曲面，所述唇面与轧辊辊面之间距为0mm-1.0mm。

在所述左侧板和右侧板上还设有可使轧机侧导轨插入适配滑动的轨道。

在所述密封整体的前部两侧设有内转动副法兰，该内转动副法兰两端的法兰盘分别固定在所述左侧板和右侧板的内侧，所述密封整体与所述上唇前块和下唇前块之间的转动可调角度在-20-20度。

所述流道结构由所述入料口至出料口共为三段，其由上铜芯块与下铜芯块结合后其间形成的间隙构成，第一段为截面形状为圆形的可使挤出机螺杆插入的熔融料进入管道；第二段为水平设置形状为衣架形的熔融料流速初调段；第三段为水平设置形状为鱼尾形的熔融料流速终调段，所述间隙的初调段与终调段的上铜芯块与下铜芯块之间距离为0.3-3mm。

所述上唇前块、下唇前块、左侧板、右侧板和连接板均由热刚度、热强度及隔热性能好的材料所制。

与现有技术相比，本发明采用由注轧嘴法兰、连接螺杆法兰构成的输入机构与注塑挤出机密封连接、由上下唇前块和左右侧板构成的输出机构与轧机转动的轧辊辊面之间形成密封型腔以及连通输入机构和输出机构且内设有特殊形状流道结构的主体的结构，可使高聚合物的连注连轧生产新工艺得以实现，在由注塑至轧制为微光学导光板或一体化背光模组成品的整个生产环节中，使微光学导光板或一体化背光模组的生产规模化、自动化和集约化及连续化成为可能。本发明的衣架和鱼尾式流速初调和终调二级流道结构，可使熔融料流至出料口时，流速各向均匀。本发明可以实现位置前后伸缩及转动调节、承受锁模力、实现注射嘴出口宽度方向流速均匀性和温度场的均匀性、整个装置的保温特性，高聚合物经连注连轧工艺在输入机构、与轧机轧辊辊面之间形成密封型腔中其状态转变为经过输入机构时的粘流态到开始轧制时的高弹态以及轧制出口时的玻璃态。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为图1中A向立体示意图。

图3为图2中B-B线剖视图。

图4为图2中C-C线剖视图。

图5为图2中D-D向的下铜芯块的俯视图。

图6为本发明与轧机轧辊辊面之间的配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图标记如下：

输入机构1、内接头管11、注轧嘴法兰12、注轧嘴法兰套筒13、连接螺杆法兰14、连接螺杆法兰套筒15、调节螺母16、挤出螺杆法兰17、入料口18、输出机构2、上唇前块21、下唇前块22、左侧板23、右侧板24、唇面25、圆弧侧边26、出料口27、主体3、上铜芯块31、下铜芯块32、连接板33、耐磨板34、上唇后块35、下唇后块36、内转动副法兰37、轨道38、流道结构4、进入管道41、初调段42、终调段43、轧辊5、密封整体6。

本发明是高聚合物连注连轧新工艺（可参阅本申请人的发明专利，专利名称为：《一种平面显示背光功能模组的制造设备及制造方法》，专利号为：CN201210032050.9和本申请人的另一实用新型专利，专利名称为：《一种平面显示背光功能模组的制造设备》，专利号为：CN201220046309.0）顺利实施的核心设备。

如图1、2所示，本发明的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，是由输入机构1、输出机构2和主要由上铜芯块31和下铜芯块32以上下叠加方式形成密封整体6的主体3构成，将其介于高聚合物注塑机与轧机之间，使其输入机构1与注塑机挤出机之间密封连接、使其输出机构2与轧机轧辊5辊面之间形成密封型腔（请参见图6所示），就可将单一间歇式的注塑生产和轧制压印成型生产变为自动化流水线生产，特别是对液晶显示器的微光学导光板或一体化背光模组的生产制造而言，可使其实现规模化、集约化和自动化的大生产，从而可以降低其生产成本、提高其产品质量和生产效率。

所述输入机构1与注塑机挤出机的喷嘴密封连接，其由塑料熔融料的入料口18、内接头管11、注轧嘴法兰12、连接螺杆法兰14和调节螺母16构成。

如图3所示，所述入料口18为截面形状是圆形的通向所述主体3内部的并设有内螺纹的孔道，在内接头管11的外壁上设有外螺纹，将内接头管11的一端旋接固定在入料口18的孔道中，所述挤出机的注塑喷嘴可插入该内接头管11中向入料口18注射塑料熔融料。

注轧嘴法兰12分盘部和外壁上设有螺纹的注轧嘴法兰套筒13，将注轧嘴法兰12以盘部与设置在由上铜芯块31和下铜芯块32构成的密封整体6后部的连接板33相接的方式套置在内接头管11的内端，所述连接板33与密封整体6固定连接，将注轧嘴法兰12的盘部用螺栓固定在该连接板33上。

连接螺杆法兰14也分盘部和外壁上设有螺纹的连接螺杆法兰套筒15，其同注轧嘴法兰12相同也套置在内接头管11上并位于内接头管11的外端，两个法兰的盘部相对设置，为了在安装时，使本发明在水平方向上与挤出机之间的距离有一定的调整，在两个法兰的套筒上旋接有一个调节螺母16，通过调节该调节螺母16可使注轧嘴法兰12与连接螺杆法兰14之间产生0-3mm的轴向位移，连接螺杆法兰14的盘部与注塑机的挤出机的挤出螺杆法兰17固定连接，由此与注塑机挤出机的喷嘴相接。

所述输出机构2与轧机轧辊5辊面之间形成密封型腔并向该型腔射入由所述入料口18经主体3内设置的流道结构4流至其出料口27的塑料熔融料。输出机构2由左侧板23、右侧板24、上唇前块21、下唇前块22、上唇后块35、下唇后块36和出料口27构成。

所述左侧板23和右侧板24位于所述密封整体6的两侧并与该密封整体6可转动连接，如图4所示，在所述密封整体6的前部两侧设有内转动副法兰37，该内转动副法兰37两端的法兰盘分别固定在左侧板23和右侧板24的内侧，密封整体6与左侧板23和右侧板24之间可相对转动角度在±5度。

左侧板23和右侧板24形状相同，均为两腰是圆弧状侧边、顶角为倒平的矩形板的等腰三角形，其上的两个底角活动连接在所述内转动副法兰37上，所述矩形板插置于设置在轧机轧辊5辊面两侧的矩形凹槽中。

所述上唇前块21和下唇前块22设于主体3前部密封整体6的上下并与该密封整体6可相对转动，其两侧面分别与左侧板23和右侧板24的内侧固定连接，上唇前块21和下唇前块22面朝轧机方向的外表面为圆弧曲面（下称上唇面25和下唇面25）。

左侧板23、右侧板24上的圆弧侧边26和所述上唇面25、下唇面25的圆弧曲面分别均与轧机上下轧辊5辊面同心，上唇面25、下唇面25与对应辊面之间的径向距离为0.05mm-0.1mm，左侧板23、右侧板24、上唇面25、下唇面25与所述上下辊面之间形成密封型腔（如图6所示）。

所述出料口27呈扁平长条状，其设于主体3密封整体6的前部中央且位于上唇前块21与下唇前块22之间，安装时，将所述出料口27至两轧辊5辊轴所在平面的垂直距离调至为0.1-1.0mm，出料口27的开口大小可调，开口高度可调范围为0.1-10.0mm。

所述上唇后块35和下唇后块36位于主体3顶部和底部并分别与上唇前块21和下唇前块22相接并于设于主体3上下两侧的耐磨板34固定连接。

如图5所示，所述流道结构4由所述入料口18至出料口27共为三段，其由上铜芯块31与下铜芯块32结合后其间形成的间隙构成，第一段为截面形状为圆形的可使挤出机螺杆插入的熔融料进入管道41；第二段为水平设置形状为衣架形的熔融料流速初调段42；第三段为水平设置形状为鱼尾形的熔融料流速终调段43，所述间隙的初调段42与终调段43的上铜芯块31与下铜芯块32之间距离为0.3-3mm，输入机构1承接熔融料的入料口18与输出机构2射出熔融料的出料口27通过该流道结构4相通，所述熔融料流至出料口时，其出口截面流速差小于10%。

环绕由上铜芯块31和下铜芯块32构成的密封整体6上下两侧并与其连接的左侧板23、右侧板24、上唇前块21、下唇前块22、上唇后块35、下辰后块，耐磨板34和连接板33均由可耐温且可保温的不锈钢材料所制，其既可在对该密封整体6加热后起保温作用外，还可在注塑时，提高该密封整体6的耐压强度。

为了使本发明与注塑机和轧机衔接到位，在安装时，需要通过设于所述主体3两侧的左侧板23和右侧板24上的轨道38和设于轧机侧的可插入该轨道38中的导柱之间的滑动配合来达到将本发明安装到位的目的。同时，为了使其能与已调好辊缝的轧辊5形成同心配合，本发明中的出料口27与轧辊5的间隙保持在0.1～1毫米之间（即出料口27与两辊轴所在平面的垂直距离），安装位置锁定之后，要充分干燥本发明并进行加热持续保温，加热温度范围为150℃～250℃。

在轨道38上下侧有螺纹孔，安装时，可通过螺栓调节本发明与轧机之间上下相对位置的调整，并为所述带有流道结构4的密封整体6提供锁模力。

本发明主要涉及连注连轧成型新工艺的研究，该工艺将注射成型的基本原理与轧制成型原理融合，把间歇式注射成型演变为一种连续性注射，把宏观领域填充行为转变为在宏—微观尺度下的填充行为。

为此，通过注轧嘴技术将聚合物注射成型和轧制压印成型为内在顺序有机的结合在一起，该技术具有注射压缩技术的优点，而本发明则是高聚合物连注连轧新工艺顺利实施的核心设备，保证高聚合物经连注连轧工艺在密封型腔中其状态转变为经过输入机构时的粘流态到开始轧制时的高弹态以及轧制出口时的玻璃态。充分利用注坯的热量，有利于改善连注坯料表面和内部质量，提高收得率。可以实现一体化大、中、小多尺寸双面微结构导光板连续生产，有效控制板形质量，减小内应力，提高成型效率及精度。

本发明将注射工艺和轧制工艺有机的结合起来，利用挤出螺杆将熔融料注入本发明的入料口18中，经流道结构4再从所述出料口27流出。由于本发明的输出机构2与轧辊5之间形成腔体，熔融料经轧辊5冷却轧制后，最终成型为带有微结构的微光学导光板或一体化背光模组。

高聚合物熔融料经过本发明的后，其状态变化由熔融态-高弹态-玻璃态。本发明的主要功能是为连注连轧机前后设备提供一个连接接口，同时也为熔融料提供合理可靠的流动流道。

本发明具有热流道（板）功能和细微精确调节对中的输出机构2。

首先，如前所述输出机构2与轧辊5表面构成满足注塑成型的密封型腔（注塑模具），而密封型腔是注射成型的基本要素之一。出于保护轧机轧辊5表面微结构的目的，输出机构2中的上唇面25和下唇面25与上、下轧辊5辊面是同心圆；输出机构2的左、右侧板24插入上、下轧辊5辊面的矩型槽，进而使所述上唇面25和下唇面25、左、右侧板24与上、下轧辊5表面共同组成密封的注塑模具腔体，其次，本发明在实现挤出机与轧机的连接时，挤出机与轧机安装位置总存在安装误差。因此，本发明具有细微精确调节对中机构的结构是必要的。所述主体3与输出机构2中的上唇前块21和下唇前块22、左侧板23和右侧板24可转动，角度可达±5°，本发明通过位于其两侧的左侧板23和右侧板24上的所述轨道38与轧机机架联接，该联结可以承受注射工艺所需的锁模力。最后，本发明要能保证熔融料流出所述出料口27时，在轧向方向上有均匀的流速，即保证在宽度方向的流速和流量是一致的。为实现该功能，通过有限元模拟的方法结合传统的流体流道结构4设计，最终设计出热流道为衣架式和鱼尾式相结合的结构，该结构可以对熔融料流体实现两次分流，前半段衣架型结构为一级分流，初步调整流体流速；后半段鱼尾型结构为第二级分流，进一步调整流体流速，最终使其至出料口27的流速均匀。

此时压力传感器可以测出流道结构4内的腔体压力，为了要配合注塑机的挤出速度和轧制速度，保持腔体压力稳定。出料口27的开口高度范围为0.1～10毫米之间；从出料口27流出的熔融料，与转动带有微结构的轧辊5辊面接触，辊面温度约为5℃～30℃，经轧辊5冷却轧制为成型产品。此间，熔融原料要经历三个状态的转变：熔融态—高弹态—玻璃态。

为了保证流道结构4的强度和可承受较大的注射压力（大于80Mpa），且所用材料需为易加热、耐温材料或可保温材料，所述主体3的机壳可选用不锈钢材料，该材料强度高，加热性能好。

本发明的有益效果还有如下：

1）将注塑和轧制两种不同的成型工艺有机结合起来，探索新的生产工艺——连注连轧工艺，将注塑机和轧机结合起来组成连注连轧机,该设备的生产效率与注射成型相比，节约约20%～80%以上时间；

2）具有热流道（板）功能和细微精确调节对中机构，能够保证熔融树脂材料流出出料口27时，在轧向方向上有均匀的流速；

3）提高设备自动化率，减少人力成本，避免人为因素破坏具有微结构的平面显示背光模组，提高导光板成品率，生产出质量稳定的具有微结构的平面显示背光模组。本发明主要应用于塑料成型材料，特别是具有微结构的平面显示背光模组原材料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸脂（PC），其并不仅限于以上两种材料，只要是能满足微光学导光板或一体化背光模组所要求的物理性能的物质即可，例如聚丙烯、聚乙烯ABS树脂等，也可是两种或多种物质的混合体。

综述以上，本发明涉及到新工艺以及为实现此工艺而设计出的新装置。其将传统的注射成型和轧制成型结合起来，实现了生产制造领域的技术创新。

Claims (8)

1.一种用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：其由与注塑机挤出机的喷嘴密封连接并承接熔融料的输入机构（1）、与轧机轧辊（5）辊面之间形成密封型腔并向该型腔射入所述熔融料的输出机构（2）和将所述输入机构（1）、输出机构（2）相连接主要由上铜芯块（31）和下铜芯块（32）以上下叠加方式形成密封整体（6）的主体（3）构成，将所述熔融料由输入机构（1）的入料口（18）承接并送至输出机构（2）的出料口（27）射出的流道结构（4）设于该密封整体（6）内。

2.根据权利要求1所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：所述的输入机构（1）由固定旋接于所述入料口（18）中的内接头管（11）、套置于内接头管（11）内端且同设置在所述密封整体（6）后部的连接板（33）固定连接的注轧嘴法兰（12）、与注轧嘴法兰（12）相对设置并套置于内接头管（11）外端的连接螺杆法兰（14）和位于内接头管（11）中段旋置于注轧嘴法兰（12）与连接螺杆法兰（14）沿轴向延伸的注轧嘴法兰套筒（13）和连接螺杆法兰套筒（15）之上的调节螺母（16）构成，所述连接螺杆法兰（14）通过挤出螺杆法兰（17）与注塑机挤出机的喷嘴同轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：所述注轧嘴法兰（12）与连接螺杆法兰（14）之间相对调节距离为0-10mm。

4.根据权利要求1所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：所述输出机构（2）由设于所述密封整体（6）前部并与该密封整体（6）可相对转动的上下设置的上唇前块（21）和下唇前块（22）、设于上唇前块（21）与下唇前块（22）之间并位于该密封整体（6）上的出料口（27）、位于密封整体（6）顶部和底部并分别与上唇前块（21）和下唇前块（22）相接的上唇后块（35）和下唇后块（36）及位于密封整体（6）两侧并分别与该密封整体（6）可转动连接的左侧板（23）和右侧板（24）构成，所述上唇前块（21）和下唇前块（22）的两侧分别与所述左侧板（23）和右侧板（24）的内侧固定连接，所述上唇后块（35）和下唇后块（36）均与位于主体（3）上下两侧的固定在密封整体（6）上的耐磨板（34）固定连接，所述左侧板（23）和右侧板（24）形状相同，其形状为两腰是圆弧状侧边、顶角被倒平的截面为矩形的异形板，其上的两个底角与所述密封整体（6）连接，所述异形板插置于所述轧机轧辊（5）辊面两侧的矩形凹槽中，所述上唇前块（21）和下唇前块（22）的唇面（25）及左侧板（23）和右侧板（24）上的圆弧侧边（26）均为与所述轧辊（5）辊面相同圆心的曲面，所述唇面（25）与轧辊（5）辊面之间距为0mm-1.0mm。

5.根据权利要求4所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：在所述左侧板（23）和右侧板（24）上还设有可使轧机侧导轨插入适配滑动的轨道（38）。

6.根据权利要求4所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：在所述密封整体（6）的前部两侧设有内转动副法兰（37），该内转动副法兰（37）两端的法兰盘分别固定在所述左侧板（23）和右侧板（24）的内侧，所述密封整体（6）与所述上唇前块（21）和下唇前块（22）之间的转动可调角度在-20-20度。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：所述流道结构（4）由所述入料口（18）至出料口（27）共为三段，其由上铜芯块（31）与下铜芯块（32）结合后其间形成的间隙构成，第一段为截面形状为圆形的可使挤出机螺杆插入的熔融料进入管道（41）；第二段为水平设置形状为衣架形的熔融料流速初调段（42）；第三段为水平设置形状为鱼尾形的熔融料流速终调段（43），所述间隙的初调段（42）与终调段（43）的上铜芯块（31）与下铜芯块（32）之间距离为0.3-3mm。

8.根据权利要求3所述的用于高聚合物连注连轧成型的注轧嘴，其特征在于：所述上唇前块（21）、下唇前块（22）、左侧板（23）、右侧板（24）和连接板（33）均由热刚度、热强度及隔热性能好的材料所制。

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