CN104309080A - 一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，螺杆光杆部分向前依次为螺杆加料段、螺杆压缩段和螺杆计量段，螺杆计量段长度为1～2D；螺杆计量段前为中间止逆环，其采用两个阶梯断开的半环形式，对齐后套在螺杆的阶梯轴上；中间止逆环向前依次为剪切段和混炼段，剪切段和混炼段均采用多头螺纹；混炼段带有反向的多头螺槽；混炼段向前为前止逆环和螺杆头，前止逆环套在螺杆头的阶梯轴上，螺杆头通过螺纹连接在螺杆前端。本发明的螺杆增加了中间止逆环，其采用阶梯断开的半环形式套在螺杆一体设计加工的阶梯轴上，防止了注入的超临界流体发泡剂向后逃逸。

Description

一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆
技术领域
本发明涉及注塑成型螺杆，特别涉及一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，用于聚合物超临界流体微孔发泡注塑等对螺杆有特殊要求的注塑机系统中。
背景技术
20世纪80年代，美国麻省理工大学(MIT)的学者首先提出和研制成功了微孔发泡塑料材料。微孔发泡塑料材料可以在保持产品力学性能基本不变的基础上实现产品减重，同时产品内部几乎没有残余应力，产品的翘曲和变形可以得到很好的抑制。与未发泡塑料材料相比，微孔发泡塑料材料密度可下降5％～95％，缺口冲击强度可提高5倍，刚性质量比可提高3～5倍，疲劳寿命可提高5倍，而且微孔发泡塑料材料的热稳定性高，介电常数小，在建筑、航空、汽车和生物医学领域具有广阔的应用前景，被认为是21世纪的一种新型绿色材料。
聚合物微孔发泡注塑是制备微孔发泡塑料材料制品的一种非常重要的工艺，近年来受到了广泛的关注。聚合物微孔发泡注塑工艺成型周期短，比普通注塑成型周期可减少50％，并能一次成型外形复杂、尺寸精确的微孔发泡塑料制品，容易实现自动化和现代化。对于相同类型的制品，聚合物微孔发泡注塑成型工艺可以使用较小吨位的注塑机，因成型周期缩短，同批量的塑件生产需要的注塑机数量也相对减少；同时，聚合物微孔发泡注塑工艺允许设计具有更薄壁结构的制品，可以制备更平直和更高尺寸精度的制品，从而为制品的品质和价格提升提供了更大空间。
聚合物微孔发泡注塑通常使用超临界流体作为发泡剂，其工艺过程一般包括气体溶解、气泡形核、气泡长大和气泡定形四个阶段，其中在气体溶解阶段，将超临界流体以一定的流量稳定地注入到塑化过程中的聚合物熔体中，并且快速溶解、均匀扩散，形成气体-聚合物均相溶液是微孔发泡注塑的关键技术之一。这一均相溶液的形成直接影响到后续的气泡形核和长大定型，进而决定了微孔发泡注塑制品的成型质量和使用性能。
普通注塑成型螺杆一般分为加料段、压缩段和计量段三段，实现固体粒料的加料运输、压实熔融、均匀塑化以及计量等功能。而对于微孔发泡注塑成型，需要在塑化阶段向聚合物熔体中注入超临界流体，并在短时间内快速溶解、均匀扩散，形成气体-聚合物均相溶液，同时还要防止注入的超临界流体逆向逃逸，这对螺杆的混炼均化能力和中间止逆能力提出了新的更为严格的要求，而普通螺杆螺纹简单、混炼低效，且无中间止逆功能，明显不能满足这一要求。
中国专利文献CN102126274A和CN102205609A都是通过增加“前混炼段、后混炼段和后止逆环”的方式，实现“提高螺杆的混合效果、防止熔体回流堵塞进气通道”，但这种技术采用分段式螺杆设计，利用螺纹连接增加混炼段和止逆环，降低了螺杆强度，增加了加工难度和精度，而且由于受螺杆整体长度的限制，增加的前混炼段和后混炼段的长度范围较小，影响螺杆的混炼能力和通用性。因此亟需一种混炼和均化能力强、中间止逆效果好且具有一定通用性的新型螺杆来适应这一新的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，从后向前依次包括螺杆光杆部分、螺杆加料段、螺杆压缩段、螺杆计量段、中间止逆环、剪切段、混炼段、前止逆环和螺杆头九个部分。
所述螺杆光杆部分的尾部开有键槽，通过键槽和键安装在注塑机上；螺杆光杆部分向前依次为螺杆加料段、螺杆压缩段和螺杆计量段，其中，螺杆计量段的长度很短，为1～2D(D为螺杆直径)；螺杆计量段前为中间止逆环，中间止逆环采用两个阶梯断开的半环形式，对齐后套在螺杆的阶梯轴上；中间止逆环向前依次为剪切段和混炼段，剪切段和混炼段均采用多头螺纹，导程为2～4D，输送角为计量段螺纹输送角的1.5～2倍，棱宽与螺杆计量段螺纹一致；混炼段带有反向的多头螺槽，槽宽为多头螺纹宽度的1～2倍，槽深为多头螺纹深度的0.5～1倍；混炼段向前为前止逆环和螺杆头，前止逆环套在螺杆头的阶梯轴上，螺杆头通过螺纹连接在螺杆前端。
所述的螺杆加料段和螺杆压缩段，考虑到整体螺杆的长径比，优选加料段的长度为8～12D，压缩段长度为4～6D，确保塑料固体粒料在这两段能够实现完全熔融。
所述的短的螺杆计量段，考虑到整体螺杆长径比，优选计量段的长度为1～2D，使熔融的塑料熔体的温度和流量均匀。
所述的螺杆加料段、螺杆压缩段和螺杆计量段的螺纹导程，考虑到塑化熔融效果，优选导程均为0.9D，进一步提升塑料在这三段的熔融效果。
所述的安装中间止逆环的阶梯轴、剪切段和混炼段在螺杆上一体设计，提高了螺杆的强度，螺杆制造加工效率高，且有利于保障螺杆的加工精度。
所述的剪切段，多头螺纹优选为六头右旋螺纹。
所述的混炼段，多头螺纹与剪切段一致，优选为六头右旋螺纹，导程优选为2～4D。反向多头螺槽优选为双头左旋螺槽，为提高螺杆的混炼效果，优选为一头宽螺槽且螺槽深度等深，一头窄螺槽且螺槽深度渐变。
所述的聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，整体长度优选为22～24D。
本发明的有益效果
(1)本发明提供的聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，在螺杆的基础上增加了中间止逆环，中间止逆环采用阶梯断开的半环形式套在螺杆一体设计加工的阶梯轴上，有效防止了注入的超临界流体发泡剂向后逃逸。
(2)增加了较长的剪切段和混炼段，剪切段采用增大输送角和导程的多头螺纹，将在此段注入的超临界流体发泡剂快速剪切为小的气泡，混炼段采用与剪切段相同的正向多头螺纹，并开有不等深的反向多头螺槽，使剪切后的小气泡的空间位置和运动方向发生变换，并进一步减小并快速溶解到聚合物熔体中，形成气体-聚合物均相溶液。
(3)剪切段和混炼段在螺杆上一体加工完成，提高了剪切段和混炼段的整体强度，且制造加工效率高和加工精度更容易保障，同时两者正向螺纹的输送角和导程相同，混炼段反向螺槽深度渐变，既能保证熔体输送效率，又可实现超临界流体发泡剂的快速均匀分布和溶解。
(4)减小螺杆计量段的长度，为增加长度的剪切段和混炼段预留了充分的长度空间，可保证螺杆整体长度与常规注塑机螺杆整体长度的适配性，进而使螺杆具有了良好的通用性。
附图说明
图1为本发明聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆的结构示意图；
图2为本发明聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆的中间止逆环结构示意图；
图3为本发明聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆的剪切段和混炼段螺纹结构示意图；
其中，1、螺杆光杆部分；2、螺杆加料段；3、螺杆压缩段；4、螺杆计量段；5、中间止逆环；6、剪切段；7、混炼段；8、前止逆环；9、螺杆头。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，包括螺杆光杆部分1、螺杆加料段2、螺杆压缩段3、螺杆计量段4、中间止逆环5、剪切段6、混炼段7、前止逆环8、螺杆头9。
其中，螺杆光杆部分1的尾部开有键槽，通过键槽和键将螺杆安装在注塑机上；螺纹部分依次为螺杆加料段2、螺杆压缩段3和螺杆计量段4，其中，螺杆计量段4的长度为1D(D为螺杆直径，D＝60mm)；螺杆计量段4前为中间止逆环5，中间止逆环5采用两个阶梯断开的半环形式，套在螺杆的阶梯轴上，考虑螺杆的强度和加工难度和精度，阶梯轴在螺杆上一体设计加工；中间止逆环5向前依次为剪切段6和混炼段7，剪切段6和混炼段7采用多头螺纹，并增大螺纹导程，棱宽与螺杆计量段4的螺纹一致；混炼段7带有反向的多头螺槽，槽宽和槽深均有变化；混炼段向前为前止逆环8和螺杆头9，前止逆环8套在螺杆头9的阶梯轴上，螺杆头9通过螺纹连接在螺杆前端。
本实施例的聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆的中间止逆环5，如图2所示，包括沿阶梯线对称断开的两个半环，对齐套在螺杆中间的阶梯轴上。
本实施例的聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆的剪切段6和混炼段7螺纹结构，如图3所示，剪切段6优选六头右旋螺纹，导程180mm，棱宽55mm；混炼段7优选六头右旋螺纹，导程180mm，棱宽55mm；混炼段7开有双头左旋螺槽，一头螺槽宽10mm、导程170mm、螺槽等深35mm，一头螺槽宽7mm、导程170mm、螺槽深由35mm渐变为10mm。
本实施例的工作过程为：
所述聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆开始工作时，聚合物固体粒料在自身重力作用下从料斗滑进聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆螺槽，在料筒与螺杆加料段2、螺杆压缩段3的螺槽组成的各推力面的作用下压实，并在料筒加热圈和剪切力的作用下逐渐熔融，稳定向前输送，经螺杆计量段4的均化作用，形成温度和流量均匀的聚合物熔体流。在熔体推力的作用下，中间止逆环5为开启状态，熔体流通过中间止逆环5继续向前输送。在中间止逆环5后通过注射装置向熔体中注入超临界流体发泡剂，发泡剂经剪切段6的多头螺纹的剪切作用，变为细小直径的气泡，分布在聚合物熔体中。在螺杆螺纹的剪切作用下，细小气泡进一步破裂成微小气泡，受混炼段7右旋螺纹、左旋不等深螺槽的作用，熔体和气泡混合体系的速度、相对位置均发生改变，并不断地分流合并，使微小气泡最终均匀分散和溶解到聚合物熔体中，经过前止逆环8和螺杆头9，在料筒前方形成稳定的气体-聚合物均相溶液。注塑机注射时，螺杆沿轴向向前运动，关闭中间止逆环5和前止逆环8，将料筒前方的气体-聚合物均相溶液注射到模具中，并保持中间止逆环5和前止逆环8之间的超临界流体发泡剂不向后逃逸，等待下一个注塑周期。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种聚合物微孔发泡注塑成型用螺杆，其特征在于，从后向前依次包括螺杆光杆部分、螺杆加料段、螺杆压缩段、螺杆计量段、中间止逆环、剪切段、混炼段、前止逆环和螺杆头九个部分；所述螺杆光杆部分的尾部开有键槽；螺杆光杆部分向前依次为螺杆加料段、螺杆压缩段和螺杆计量段，其中，螺杆计量段的长度为1～2D；螺杆计量段前为中间止逆环，中间止逆环采用两个阶梯断开的半环形式，对齐后套在螺杆的阶梯轴上；中间止逆环向前依次为剪切段和混炼段，剪切段和混炼段均采用多头螺纹，导程为2～4D，输送角为计量段螺纹输送角的1.5～2倍，棱宽与螺杆计量段螺纹一致；混炼段带有反向的多头螺槽，槽宽为多头螺纹宽度的1～2倍，槽深为多头螺纹深度的0.5～1倍；混炼段向前为前止逆环和螺杆头，前止逆环套在螺杆头的阶梯轴上，螺杆头通过螺纹连接在螺杆前端。
2.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，螺杆加料段的长度为8～12D。
3.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，螺杆压缩段长度为4～6D。
4.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，所述螺杆加料段、螺杆压缩段和螺杆计量段的螺纹导程均为0.9D。
5.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，所述安装中间止逆环的阶梯轴、剪切段和混炼段在螺杆上一体设计。
6.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，所述剪切段的多头螺纹为六头右旋螺纹。
7.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，所述混炼段的多头螺纹为六头右旋螺纹。
8.如权利要求1所述的螺杆，其特征在于，所述混炼段的反向多头螺槽为双头左旋螺槽。
9.如权利要求8所述的螺杆，其特征在于，所述双头左旋螺槽为一头宽螺槽且螺槽深度等深，一头窄螺槽且螺槽深度渐变。
10.如权利要求1-9任一所述的螺杆，其特征在于，所述螺杆的整体长度为22～24D。
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