CN108481595A - 一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法及装置，其方法是利用与旋转轴线偏心的后辊筒和与旋转轴线同心的前辊筒相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。本发明后辊筒的中心轴线与旋转轴线平行且存在一定偏心量，当后辊筒与前辊筒相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，减少人为翻料，提高生产效率，降低生产成本，本发明强化了高分子材料在开炼过程中的混炼作用，提高了物料的塑化混合效率和质量，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料加工成型技术领域，特别涉及一种利用偏心辊筒强化混炼的高分子材料塑化混合方法及装置。
背景技术
高分子材料成型加工是高分子材料从原料到有用制品的必须过程，而在加工过程中，高分子材料的成型加工工艺和设备对高分子材料制品的性能起着重要的影响作用。开炼机是聚合物加工过程中最基本的设备，其在聚合物机械中应用历史最久。开炼机的主要作用是将经预混合后的物料体系或是初步捏合的物料体系中的各组分进行进一步的分散和混合塑化，经过开炼机塑炼后的物料体系可以给模压机和压延机等设备供料直接成型制品，也可以经破碎后用于挤出和注射成型制品。传统开炼机工作时，两辊筒相向转动，两辊筒间的物料靠与辊筒之间的摩擦力被拉入辊隙，在外加热和辊筒的挤压力作用下熔融塑化。然而，随着混炼的进行，熔融塑化后的物料会沿着辊筒轴线移动，包覆在一个辊筒的表面，稳定后，包覆在辊筒表面的物料在恒定的辊筒间隙中，难以有效沿辊筒轴向方向进行移动和混合分散，同时对于一些不规则的团状或块状物料，容易在两辊筒间隙中形成堆积，出现积料打滚现象，此时需要人为不断地进行翻料以及强制将积料捣入辊隙中，从而实现物料沿辊筒轴向方向的混合混炼。物料在两辊筒间受到挤压的同时还受到强烈的剪切作用，经过多次反复的翻料，从而使物料各组分和颜色达到预定的分散度。开炼机使用方便、加工适应性强和容易维护，是科研人员探索配方或小规模生产很实用的设备，但是在使用过程中需要消耗人力资源，且工作强度大，生产效率低；同时在实际生产中，开炼机难以一次完成所有物料的混炼工作，需要进行多次开炼，每一批混炼的物料都存在有差异，再加上混炼过程中能量的波动以及开炼过程中物料的流动特性等因素限制了开炼机混炼物料的质量的提高。通过这种传统开炼设备得到的混炼物料已经难以满足现代工业生产中高端产品的要求。传统开炼机存在设备能耗大、产品质量波动大、生产效率低、混炼效果有限制等固有缺陷，已经成为高分子材料加工发展的一个亟待解决的难题。因此，高分子材料的开炼混炼加工亟待在技术和设备上有新的突破和进展。
为了提高高分子材料开炼的生产效率，提高开炼产品的质量并尽可能减少人力的使用，降低生产能耗，研究人员做了大量的工艺以及设备方面的优化研究。新的工艺，如更优化的混炼配方的开发；设备优化方面主要是对开炼设备的辊筒、辅助加料装置等的改进，如具有较好加热功能的新型辊筒、自动加料装置等新型装置或设备的开发。这些研究在一定程度上提高了混炼的生产效率，同时对混炼产品的质量也有所提高，但是物料加工过程仍主要是基于稳定的两辊间隙，依靠人为不断改变间隙大小以及翻动物料来实现物料有效混合和塑炼，生产效率难以大幅度提高，同时在降低能耗方面效果并不明显，很难达到高效节能的效果。由此可见，针对现有开炼塑化混合设备存在的问题，开发一种新的在开炼过程中能够强化混炼的塑化混合方法及装置对高分子材料加工成型具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提出了一种利用偏心辊筒强化混炼的高分子材料塑化混合方法和装置，以解决高分子材料开炼加工过程中能耗高、产品质量不稳定、生产效率低等问题。
实现本发明的技术方案是：一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，包括机座、机座上设置的机架和接料盘，所述机架上平行设置有前辊筒和后辊筒，前辊筒与旋转轴线之间存在偏心量e，后辊筒与旋转轴线重合设置，所述后辊筒与后辊筒限位装置连接，后辊筒限位装置与机架相连；所述前辊筒两端设有辊距调节装置，辊距调节装置与机架固定连接，所述后辊筒两端设有后辊筒旋转动力接头，后辊筒旋转动力接头与后辊筒连接部分设置有前置偏心距调节旋钮和后置偏心距调节旋钮。
所述后辊筒旋转动力接头包括后辊筒旋转动力接头Ⅰ和后辊筒旋转动力接头Ⅱ。
所述前置偏心距调节旋钮和后置偏心距调节旋钮与后辊筒旋转动力接头通过螺纹连接，前置偏心距调节旋钮和后置偏心距调节旋钮与后辊筒滑动配合连接。
所述后辊筒旋转动力接头与后辊筒配合的端面上设有凸台，后辊筒与后辊筒旋转动力接头相配合的端面设置有凹槽，凸台与凹槽滑动配合连接。
向旋出方向旋转前置偏心距调节旋钮，同时向旋入方向旋转后置偏心距调节旋钮，后辊筒的中心轴线与旋转轴线间的偏心量e增加；向旋出方向旋转后置偏心距调节旋钮和向旋入方向旋转前置偏心距调节旋钮，后辊筒的中心轴线与旋转轴线间的偏心量e减小。
所述前辊筒和后辊筒的旋转轴线平行设置，处于同一水平面上。
所述偏心量e大于等于0、小于偏心量e为0时前辊筒与后辊筒间的水平辊隙。
利用与旋转轴线偏心设置的后辊筒和与旋转轴线同心的前辊筒相向转动时，后辊筒与前辊筒之间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。
所述后辊筒的中心轴线与旋转轴线平行且存在偏心量e。
本发明的有益效果是：1、本发明中，后辊筒的中心轴线与旋转轴线平行且存在一定偏心量，当后辊筒与前辊筒相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，减少人为翻料，提高生产效率，降低生产成本；2、本发明中，物料在前辊筒和后辊筒的辊隙中受到的作用力随辊隙大小的周期性变化而发生动态变化，使物料在塑化混炼过程中受到的剪切和拉伸作用强度提高，强化了物料的混炼过程，提高了混炼和混合分散效果，强化了物料间的传质传热过程，降低能耗；3、本发明中，通过调节前置偏心距调节旋钮和后置偏心距调节旋钮来控制后辊筒与后辊筒旋转动力接头的相对位置从而调节后辊筒的中心轴线与旋转轴线间的偏心量大小，装置操作简单方便，制造成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图2是后辊筒与后辊筒旋转动力接头连接的结构示意图。
图3为后辊筒的结构示意图。
图4为后辊筒旋转动力接头的结构示意图。
图5为前辊筒和后辊筒相向转动时的运动状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法，利用与旋转轴线偏心设置的后辊筒6和与旋转轴线同心的前辊筒11相向转动时，后辊筒6与前辊筒11之间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。
一种利用偏心辊筒强化混炼的高分子材料塑化混合装置，其结构如图1至图4所示，包括前辊筒11、后辊筒6、辊距调节装置10、后辊筒限位装置3、前置偏心距调节旋钮7、后置偏心距调节旋钮4、后辊筒旋转动力接头5、横梁1、机架2、机座8和接料盘9，后辊筒6中心轴线与旋转轴线平行且存在一定偏心量e，后辊筒6与前辊筒11旋转轴线平行，后辊筒6与后辊筒限位装置3连接，后辊筒限位装置3与机架2固定连接，后辊筒6两端设置有后辊筒旋转动力接头5（后辊筒旋转动力接头Ⅰ5-1和后辊筒旋转动力接头Ⅱ5-2），后辊筒旋转动力接头5中心线与旋转轴线重合，后辊筒旋转动力接头5与后辊筒6连接部分设置有前置偏心距调节旋钮7和后置偏心距调节旋钮4，前置偏心距调节旋钮7和后置偏心距调节旋钮4将后辊筒旋转动力接头5与后辊筒6固定连接，前辊筒11两端设置辊距调节装置10，辊距调节装置10与机架2固定连接，机架2顶部与横梁1固定连接，机架2底部与机座8固定连接，接料盘9设置在两辊筒正下方的机座8上表面。前置偏心距调节旋钮7和后置偏心距调节旋钮4与后辊筒旋转动力接头5以螺纹连接，前置偏心距调节旋钮7和后置偏心距调节旋钮4与后辊筒6以滑动配合连接。偏心量e可调，依次向旋出方向旋转后辊筒6两端的前置偏心距调节旋钮7和向旋入方向旋转后辊筒6两端的后置偏心距调节旋钮4，后辊筒6中心轴线与旋转轴线间的偏心量e增加；依次向旋出方向旋转后辊筒6两端的后置偏心距调节旋钮4和向旋入方向旋转后辊筒6两端的前置偏心距调节旋钮7，后辊筒6中心轴线与旋转轴线间的偏心量e减小。后辊筒旋转动力接头5与后辊筒6相配合的端面设置有凸台13，后辊筒6与后辊筒旋转动力接头5相配合的端面设置有凹槽12，凸台13与凹槽12以滑动配合连接，后辊筒6与后辊筒旋转动力接头5在调节后辊筒6中心轴线与旋转轴线间的偏心量e时可相对滑动。后辊筒6与前辊筒11旋转轴线平行，处于同一水平面上。后辊筒6中心轴线与旋转轴线间的偏心量e大于或等于零，小于偏心量为零时前辊筒11与后辊筒6间的水平辊隙。
通过上述装置可实现一种利用偏心辊筒强化混炼的高分子材料塑化混合方法，利用与旋转轴线偏心的后辊筒6和与旋转轴线同心的前辊筒11相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。前辊筒11和后辊筒6相向转动时的运动状态示意图如图5所示。令θ=0时为前辊筒11和后辊筒6相向转动的起始状态，后辊筒6中心轴线与旋转轴线间的偏心量为e，两辊筒中心轴线处于同一水平面上，此时前辊筒11和后辊筒6间的辊隙最小；当前辊筒11和后辊筒6开始相向转动，各自围绕旋转轴线转动π/2时，后辊筒6中心轴线水平高度相比前辊筒11的降低，此时前辊筒11和后辊筒6间的辊隙增大；当前辊筒11和后辊筒6相向转动，各自围绕旋转轴线转动π时，两辊筒中心轴线处于同一水平面上，此时前辊筒11和后辊筒6间的辊隙最大；当前辊筒11和后辊筒6相向转动，各自围绕旋转轴线转动3π/2时，后辊筒6中心轴线水平高度相比前辊筒11的升高，此时前辊筒11和后辊筒6间的辊隙减小；当前辊筒11和后辊筒6相向转动，各自围绕旋转轴线转动2π时，两辊筒中心轴线再次处于同一水平面上，此时前辊筒11和后辊筒6间的辊隙又再次达到最小，此时两辊筒相向转动完成一个周期，两辊筒间的辊隙也完成了一个从小到大，再从大到小的周期性变化。高分子材料在进行混炼时，当两辊筒间的辊隙较小时加入物料，物料在外加热作用和两辊筒间强烈的剪切和拉伸作用下被塑化熔融，当两辊筒相向转动时，两辊筒间的辊隙发生周期性变化，辊隙间的物料所受到的剪切和拉伸作用力也发生动态变化，从而使得物料的混炼作用被强化，提高了物料的塑化混合效率和质量，降低了加工能耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，包括机座（8）、机座（8）上设置的机架（2）和接料盘（9），其特征在于：所述机架（2）上平行设置有前辊筒（11）和后辊筒（6），前辊筒（11）与旋转轴线之间存在偏心量e，后辊筒（6）与旋转轴线重合设置，所述后辊筒（6）与后辊筒限位装置（3）连接，后辊筒限位装置（3）与机架（2）相连；所述前辊筒（11）两端设有辊距调节装置（10），辊距调节装置（10）与机架（2）固定连接，所述后辊筒（6）两端设有后辊筒旋转动力接头（5），后辊筒旋转动力接头（5）与后辊筒（6）连接部分设置有前置偏心距调节旋钮（7）和后置偏心距调节旋钮（4）。
2.根据权利要求1所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，其特征在于：所述后辊筒旋转动力接头（5）包括后辊筒旋转动力接头Ⅰ（5-1）和后辊筒旋转动力接头Ⅱ（5-2）。
3.根据权利要求1所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，其特征在于：所述前置偏心距调节旋钮（7）和后置偏心距调节旋钮（4）与后辊筒旋转动力接头（5）通过螺纹连接，前置偏心距调节旋钮（7）和后置偏心距调节旋钮（4）与后辊筒（6）滑动配合连接。
4.根据权利要求3所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，其特征在于：所述后辊筒旋转动力接头（5）与后辊筒（6）配合的端面上设置有凸台（13），后辊筒（6）与后辊筒旋转动力接头（5）相配合的端面设置有凹槽（12），凸台（13）与凹槽（12）滑动配合连接。
5.根据权利要求1所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，其特征在于：向旋出方向旋转前置偏心距调节旋钮（7），同时向旋入方向旋转后置偏心距调节旋钮（4），后辊筒（6）的中心轴线与旋转轴线间的偏心量e增加；向旋出方向旋转后置偏心距调节旋钮（4）和向旋入方向旋转前置偏心距调节旋钮（7），后辊筒（6）的中心轴线与旋转轴线间的偏心量e减小。
6.根据权利要求1所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，其特征在于：所述前辊筒（11）和后辊筒（6）的旋转轴线平行设置，处于同一水平面上。
7.根据权利要求1所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的装置，其特征在于：所述偏心量e大于等于0、小于偏心量e为0时前辊筒（11）与后辊筒（6）间的水平辊隙。
8.权利要求1-7任一项所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法，其特征在于：利用与旋转轴线偏心设置的后辊筒（6）和与旋转轴线同心的前辊筒（11）相向转动时，后辊筒（6）与前辊筒（11）之间的辊隙发生周期性的大小变化，连续破坏辊筒间的物料回流区，使物料在两辊筒间的连续混炼过程被强化。
9.根据权利要求8所述的利用偏心辊筒强化混炼高分子材料的方法，其特征在于：所述后辊筒（6）的中心轴线与旋转轴线平行且存在偏心量e。
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