CN112659509A - 连续挤出制作多节段不同硬度树脂包覆管材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料及树脂加工领域，具体涉及通过将节段性连接的预制线材连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段棒材和包覆管的加工技术及设备。该装置包括有顺序给料热熔部分、微型熔体泵加压推进部分、微型挤出或包覆模具，特别适合制作的产品需要由多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段构成，如制作生产管径细小的精密介入医学微导管、鞘管和造影管。

Description

连续挤出制作多节段不同硬度树脂包覆管材的方法

技术领域

本发明属于塑料及树脂加工领域，具体涉及一种通过连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段棒材和包覆管的加工技术及设备，可在连续挤出过程中分段挤出不同硬度树脂或不同颜色，实现制作多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段棒材和多节段不同硬度树脂段包覆管材。该发明专利引入的技术和设备特别适合于制作的产品需要由多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段构成(见专利附图1，附图2)，如制作生产管径细小的精密介入医学微导管、鞘管和造影管，该技术和设备也可应用于其他需要有类似多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂制作的管材和棒材的领域。

背景技术

塑料及树脂作为一种新型人造材料，因其具有宽泛的可选择的物理化学性能、独特的可塑性和易加工性能现已广泛应用于制作生活用品到高科技产品。

通常利用塑料制作棒材和包覆管材的方法是，采用塑料和树脂颗粒经螺杆挤出机的螺杆和机筒的热熔和压力推进经成型模具制作棒材和进行管材包覆。其过程为，加入螺杆挤出机的塑料或树脂颗粒料在机筒温度和螺杆旋转产生的压力及剪切力作用下，塑料或树脂物料得以充分熔融、塑化和均匀混合，最后被推送到机头模具，经模口完成棒材挤出和管材包覆。

塑料或树脂物料在机筒加热和螺杆转压顶推的过程中，颗粒状或粉料状的塑料或树脂在螺杆转动和与机筒熔粘中不断地被螺杆剪切而发生相互摩擦，以及塑料或树脂的间混合和压缩继而被前推输送。由于目前采用的螺杆挤出机机筒即塑化料筒的内径通常较大(最小的料筒也在25毫米或以上)，当塑料或树脂颗粒料在料筒内被加热，螺杆转动带来的剪切、旋转以及压缩作用使得物料很大程度上被塑化和混合，这对于挤出制作的棒材或包覆的管材产品都是由同一物性或颜色的塑料或树脂组成时，这样的混合是没有问题的；但是，如果要求挤出制作的棒材或包覆的管材是由多节段不同硬度或不同颜色的树脂所构成时，采用目前沿用的这样挤出技术和这样的挤出机设备是无法完成的。其原因在于当采用挤出机挤出的过程中，由于挤出机的结构构成以及挤出机筒的大容量而发生塑料或树脂的大容量过度混合、挤出机至模具间过大的塑料或树脂流经的连接通道产生了严重的混料(参见专利附图3)，这样的话，即使按顺序节段性将不同硬度或不同颜色的物料投料进入挤出机筒，挤出机内的大容量混料也无法保持物料呈节段性顺序排列、也就无法使得塑料或树脂物料保持清晰的节段性的推进。现有的挤出机设备无法实现连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色树脂段棒材和包覆管材分析其原因有以下几点：

(1)过大的挤出机内容量：挤出机的内容量指挤出机机筒内腔内与螺杆之间的空隙，该空隙很大部分是来自围绕螺杆的深陷的螺纹槽。以常用的微小型的25机为例，其螺杆直径为 25毫米，螺纹槽深为2-4毫米，理论数据表明，在螺杆直径为25毫米、长径仅为比20时(最常见到的是长径比大于20，达到40)，该机筒内的物料内容积就可达50-70立方厘米，如长径比为40时，机筒内的物料内容积更高达100-140立方厘米。如此大的机筒内容积是导致机筒内混料的重要原因(参见专利附图3)。

(2)螺杆与机筒之间间隙中的漏流：通常在挤出机螺杆与机筒之间存在一个配合间隙，即挤出机的塑化料筒内径与挤出机螺杆的螺陵之间的间隙，机筒与螺杆间必然要有一定的间隙螺杆才能在机筒内转动，这一间歇取决于制造厂所能达到的加工精度与装配精度和考虑到加热工作时热膨胀造成的螺杆与机筒所需的间隙，已经在较大的螺杆长径比时该间隙依然不影响螺杆在机筒内的转动。例如，螺杆的径向跳动时螺杆外圆制造公差，机筒端面与轴线的不垂直度，机筒内孔制造公差等等都必须考虑在内。通常在微小25挤出机，该间隙数值为 0.15至0.25毫米。由于这个配合间隙在螺杆直径方向上，所以也称直径间隙或装配间隙。当塑料或树脂在的挤出机的挤出过程中，在这个螺陵和机筒间隙就会有向料斗方向流动的漏流，也就是向螺杆推进方向相反的物料流动。根据流体动力学理论，由于漏流正比于螺杆机筒之间的间隙的三次方，可见该漏流也是塑料或树脂在机筒内发生混合的重要因素(参见专利附图3)。

(3)挤出机输出口以及输出口至模口之间的过大流道：挤出机热熔加压的塑料或树脂经过流道和机头内的分配器最后抵达模口，在此过程中，过大内径的流道也会导致物料的混合。由于25机内腔较大，对应的流道也过大而容易引起物料混合发生(参见专利附图3)。

综上所述，目前挤出机由于结构和工作原理上的原因，其过大的内容量、螺杆机筒之间间隙中的漏流和挤出机至模口之间过大流道不可避免地导致机筒内物料的混料，而无法实现对塑料或树脂所保持清晰的节段性的挤压推进，因而无法保持物料在挤出包覆设备内呈节段性顺序排列，无法实现连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色树脂段棒材和包覆管材。如能在挤出制作棒材或挤出包覆管材的过程中，大比例减小物料在热熔和被加压推送过程中的设备内容积、消除热熔加压和输送设备的反向漏流、极大地减小挤出设备与模口之间流道的内径，即可实现呈节段性对塑料或树脂物料顺序排列地热熔加压输送，最后达到通过挤出制作节段性不同硬度或不同颜色塑料或树脂制作出呈节段性物料排列的棒材和实现相应类似的节段性物料排列的管材包覆。

例如，选用在小管径的流道内顺序加入物料(塑料或树脂)并使其热熔，继而输入到可继续保持其热熔状态且可以顺序将物料加压推进，经过小流道进入微型模具抵达模口，就能进行挤出制作节段性棒材和挤出包覆节段性管材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段棒材或包覆管材的方法，以解决目前挤出包覆设备无法进行的连续节段性不同硬度塑料或树脂棒材的制作以及连续节段性不同硬度塑料或树脂管材包覆的问题。该技术及相应的装置具有节能、快速、首次解决了连续节段性挤出包覆的问题。该技术和设备特别适合于制作微创介入医学高精度、管径细小且具有不同硬度节段构成的精密介入医学微导管、鞘管和造影管，该技术和设备也可应用于其他需要有类似多节段不同硬度塑料或不同颜色树脂制作的管材和棒材的领域。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过顺序给料实现输出物料依旧保持是节段性顺序输出的具有热熔、加压、模具挤出和包覆功能的生产线。该生产线依次为：顺序给料热熔部分、微型熔体泵加压推进部分、微型挤出或包覆模具。通过该三部分组件，节段性给予的物料在以下物料热熔输入、物料被加压推送和物料包覆三节段中保持了输入物料的节段性，解决了挤出机挤出包覆过程中无法完成的连续节段性不同硬度或不同颜色物料的挤出包覆问题。

该技术要求首先将各不同硬度或不同颜色的塑料或树脂制作成外径1.7毫米的线材，并按后续挤出制作的棒材或包覆管材所需的各段物料长度截断，继而按后续挤出制作的棒材或包覆管材所需的节段顺序排列将各段通过热熔连接成为连续的线材(参见专利附图4)。

本发明所述具有热熔、加压、模具挤出和包覆功能的生产线装置有以下三个单元集成构成(参见专利附图5)：

(1)物料热熔输入部分：如同挤出机机筒对塑料或树脂的作用那样，本物料热熔输入部分的作用是将物料热熔、前推，但本发明的热熔输送部分不是使用螺杆和机筒，而是采用在输料筒上方装有将物料下压推送部件构成，输料筒下端的外侧为加热部件且直接连接到本发明装置的后续部件，即微型熔体泵的输入口。该推送筒的内径仅为1.7毫米，也就不会发生类似于具有螺杆和机筒时大管腔内物料混合的情况；没有了螺杆也就没有螺纹槽、也就不存在螺杆与机筒间的间隙，也就没有塑料或树脂物料在机筒内发生的漏流的物料反流的情况。

本发明中的热熔输入部分是由镜向面对、异向转动的齿轮对组成(见发明专利附图5)。将预制线材，即按所需不同硬度或不同颜色变化要求和长度要求且节段排列顺序热熔连接的 1.7毫米外径的预制线材置入输入齿轮之间时，启动齿轮输入，齿轮输入该线材顺序推送进入内径为1.7毫米的热熔筒，该热熔筒的下方被加热。热熔筒下方的物料被推挤进入熔体泵。藉此，物料热熔输入部分完成了其工作。

(2)微型熔体泵加压及定量推送部分：本发明采用微型熔体泵是通过一对相互啮合的齿轮，其中一个是主动齿轮，另外一个是被动齿轮，由主动齿轮带动啮合旋转。齿轮于泵的壳体直接留有较小的间隙。当齿轮旋转时，在轮齿逐渐脱离啮合的吸液腔中，齿间密闭容积增大，形成局部真空，熔体在压差作用下吸入吸液室，随着齿轮旋转，熔体分两路在齿轮与壳体之间被齿轮推动前进，送到排液腔，在排液腔中两齿轮逐渐啮合，容积减少，齿轮间的液体被挤压至输出口。由于微型熔体泵齿轮很薄，熔体泵内容积很小，约为0.2毫升，对于塑料或树脂而言，也就是约0.2克的内容量，因此物料在熔体泵内的混合基本上可以忽略不计。

微型熔体泵齿轮的加工精度非常高，不论是齿轮的齿面精度，还是齿轮和壳体，齿轮和齿顶的配合精度都要求非常高，两对齿轮转动一圈的排量为0.15毫升，即0.15克的每圈排量，且齿轮每转动一圈的圈排量是衡定的，因此调整熔体泵齿轮的转速，可衡速衡量对呈熔体状态的塑料或树脂进行加压挤出。该微型熔体泵可将自输入口输入的常压热熔的塑料或树脂增压到8Mpa后向挤出包覆模具输出，可见微型熔体泵具有极好的增压作用。采用程序控制器控制伺服电机驱动熔体泵，通过调整熔体泵齿轮转速继而控制输出量。

通过本发明所列出的热熔输入和微型熔体泵配置，预制线材物料在本装置的热熔、加压和推进过程中，极好地保持了不同硬度或不同颜色塑料或树脂预制线材的物料排列顺序，为通过模具挤出制作棒材或挤出包覆管材提供了保证(见发明专利附图5)。

(3)小孔径流道的微型挤出和包覆模具：挤出包覆模具采用小内腔即小孔径流道的配置，可使来自熔体泵加压熔体状的塑料或树脂物料依然保持节段性不同硬度或不同颜色物料的顺序排列。当物料经过小孔径的连接杆和模具流道经模口挤出成棒材或经模口包覆管材时，即可实现连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色的塑料或树脂段棒材和包覆管材。

附图说明

图1，两种不同的塑料或树脂挤出棒材的比较

1-挤出机仅能完成的单一物性塑料或树脂挤出制作的棒材

2-本发明的装置可实现的不同物性塑料或树脂连续挤出制作的多节段不同物性塑料或树脂棒材

3-75D树脂 4-65D树脂 5-45D树脂 6-25D树脂

图2，两种不同塑料或树脂挤出包覆管材的比较

1-挤出机仅能完成的单一物性塑料或树脂挤出包覆的管材

2-本发明的装置可实现的不同物性塑料或树脂连续挤出包覆的多节段不同物性塑料或树脂管材

3-75D树脂 4-65D树脂 5-45D树脂 6-25D树脂

图3，引起严重混料的螺杆挤出机及混料原因的图示

1-内径大、一次需装入较多塑料或树脂进行热熔、挤压和推送的挤出机机筒

2-挤出机螺杆具有众多会集聚和导致混料的螺陵和螺纹槽

3-螺杆上的螺陵

4-螺纹槽

5-螺杆与机筒间隙中发生的与物料推进方向相反的漏流

6-挤出机机筒下游通过法兰盘依旧连接着内径较大的塑料或树脂流道

图4，热熔连接各段不同硬度塑料或树脂段预制成的线材原理及示意图

1-75DPebax线材 2-65DPebax线材 3-45DPebax线材 4-25DPebax线材

1C-按所需长度截断的75DPebax线段 2C-按所需长度截断的75DPebax线段

3C-按所需长度截断的75DPebax线段 4C-按所需长度截断的75DPebax线段

5-各不同硬度线材 6-按所需长度截断后的不同硬度线材

7-按所需不同硬度排列顺序热熔连接的预制线材

图5，不同硬度物料连续挤出节段性包覆管材外层的设备及工作图

1-预制并热熔连接的节段性不同硬度物料线材

2-预制线材齿轮输送装置

3-热熔筒

4-微型熔体泵

5-连接杆和压力监测器

6-包覆模具

7-模具入口

8-模具出口(模口)

9-待包覆的管材

10-外层节段性包覆后的管材

具体实施方式

进行对管材连续节段性不同硬度树脂的挤出包覆：

(1)首先预制各不同硬度的塑料或树脂制作成外径1.7毫米的线材(参见专利附图4)：

1，采用口模为1.7毫米的模具，安装连接在25挤出机机头上，将硬度为75DPebax烘干后经料斗装入已预热的挤出机机筒内。启动挤出机，挤出牵拉制作成外径为1.7毫米的线材，并收集成卷。

2，继而采用上述口模、挤出机，先后将分别各种不同硬度的塑料或树脂线材，如65DPebax、45DPebax和25DPebax分批采用同样方法制作成线材也收集成卷。

(2)热熔接连备用线材：即按后续挤出包覆管材所需的各段物料长度将各硬度线材截为线段；然后按所需要的各硬度段排列顺序采用热风热熔接的方法将各段顺序连接成后续使用的线材。

(3)采用预制好的上述热熔连接的线材连续挤出包覆多节段顺序变化的不同硬度Pebax包覆管材(参见专利附图5)：

1，预热本发明的挤出包覆设备20分钟(专利附图中的包覆设备)；

2，将预制线材装入本装置的热熔输入部分的输入齿轮对之间并同时启动输入齿轮、熔体泵；

3，将有表面编织有金属网的管材自模具入口插入模具，该管材的前端采用牵引装置准备向左侧牵引；

4，自模口出观察，可见在原表面编织有金属网的管材开始包覆有Pebax材料，且包覆呈现出对应于输入线材的节段性不同硬度Pebax顺序包覆在管材的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种通过将顺序节段性不同硬度或不同颜色排列的塑料或树脂预制线输入，其挤出包覆输出端依旧保持是节段性顺序输出的，可连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段棒材和包覆管的加工技术及生产线，特别适合于制作的产品需要由多节段不同硬度或不同颜色塑料或树脂段构成，如制作生产管径细小的精密介入医学微导管、鞘管和造影管。其特征在于，所述的生产线是由顺序给料热熔部分、微型熔体泵加压推进部分、微型挤出或包覆模具所构成。

2.根据权利要求1所述顺序给料热熔部分，其特征在于，镜向面对、异向转动的齿轮对将线材输入到下端具有加热作用的1.7毫米内径的热熔筒，热熔筒的下方的输出口连接到熔体泵输入部分，实现物料输入的节段化。

3.根据权利要求1所述微型熔体泵加压推进部分，其特征在于，微型熔体泵将节段性物料衡量匀速加压经小口径连接管顺序节段性推送输出。

4.根据权利要求1所述微型挤出或包覆模具，其特征在于，采用小内腔即小孔径流道的配置，可使来自熔体泵加压熔体状的树脂物料依然保持节段性不同硬度的顺序排列。当物料经过小孔径的连接杆和模具流道经模口挤出成棒材或经模口包覆管材时，即可实现连续挤出制作多节段不同硬度或不同颜色的塑料或树脂段棒材和包覆管材。

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