CN114434773A - 一种大口径有机玻璃棒的制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径有机玻璃棒的制备系统，包括热熔挤出机、风冷机、退火炉和截断机，其中，退火炉具有加热机构和冷却机构，加热机构与冷却机构在退火炉中交替设置以形成“先加热再冷却”的交替单元，在交替单元中，加热机构短暂加热有机玻璃棒以使外层温度回升至等于内芯温度，冷却机构与有机玻璃棒接触以重新降低有机玻璃棒的整体温度，按照加热温度逐渐降低的排列顺序设置有多个交替单元，多个交替单元作用于有机玻璃棒以使有机玻璃棒在升温与冷却的循环过程中保持温度呈整体下降趋势。

Description

一种大口径有机玻璃棒的制备系统

技术领域

本发明涉及有机玻璃制造技术领域，具体涉及一种大口径有机玻璃棒的制备系统。

背景技术

在有机玻璃棒的生产过程中，需要经过配料、热熔、挤出、定径、冷却聚合、打磨等步骤，通过将原材料甲基丙烯酸甲酯、引发剂、增塑剂和脱模剂充分混合后投入挤出机中热熔挤出成型，然后等待有机玻璃棒冷却成型。

但在生产大口径的有机玻璃棒时，由于玻璃棒口径较大，在冷却过程当中，外层已经冷却聚合，但内芯温度仍然较高，导致内外冷却速率差异过大，使聚合后的有机玻璃棒的外层出现开裂的情况，同时棒体出现弯曲，影响成品质量，在现有的有机玻璃棒的挤出工艺中，有机玻璃棒外层与内芯的冷却速率差过大，但缺乏技术手段能够有效弥补差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大口径有机玻璃棒的制备系统，以解决现有技术中有机玻璃棒外层与内芯的冷却速率差过大，但缺乏技术手段能够有效弥补差异的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种大口径有机玻璃棒的制备系统，包括热熔挤出机、风冷机、退火炉和截断机，所述热熔挤出机将配比后的原料加热为热熔状态并持续挤出以形成所述有机玻璃棒，所述风冷机套设于所述热熔挤出机的出口处以使所述有机玻璃棒冷却成型，所述有机玻璃棒通过输送线进入所述退火炉中，所述有机玻璃棒在所述退火炉中按照温度梯度重新加热以保持外层与内芯温度均匀，退火后的所述有机玻璃棒通过所述输送线进入所述截断机中，所述有机玻璃棒按照尺寸要求截断并在所述截断机中缓慢冷却至常温；

其中，所述退火炉具有加热机构和冷却机构，所述加热机构与所述冷却机构在所述退火炉中交替设置以形成“先加热再冷却”的交替单元，在所述交替单元中，所述加热机构短暂加热所述有机玻璃棒以使外层温度回升至等于内芯温度，所述冷却机构与所述有机玻璃棒接触以重新降低所述有机玻璃棒的整体温度，按照加热温度逐渐降低的排列顺序设置有多个所述交替单元，多个所述交替单元作用于有机玻璃棒以使所述有机玻璃棒在升温与冷却的循环过程中保持温度呈整体下降趋势。

作为本发明的一种优选方案，所述热熔挤出机包括进料区、热熔区和挤出区，所述进料区用以投入配比后的原材料并输送至热熔区，所述热熔区设置在所述进料区与所述挤出区之间以加热固体原材料至热熔状态，所述挤出区设置在所述热熔区的尾端并连接所述风冷机，热熔材料从所述挤出区挤出并冷却成型为玻璃棒胚料。

作为本发明的一种优选方案，所述热熔区设置为圆筒，在所述圆筒内设置有输送原材料的内部通道，沿所述内部通道的长度方向设置有螺旋送料杆，所述螺旋送料杆旋转以将原材料从所述进料区输送至挤出区，在所述圆筒的外部设置有电加热圈，所述电加热圈将所述原材料由固体状态加热至热熔状态；

所述进料区为进料口，原材料从所述进料口中放入后由所述螺旋送料杆输送；

所述挤出区为挤出头，所述挤出头的出口与所述圆筒的内部通道连通，所述出口具有固定的孔径以使热熔的原材料挤出为固定直径的玻璃棒，所述挤出头可拆卸的设置在所述圆筒的尾部以便于更换为不同孔径的挤出头。

作为本发明的一种优选方案，所述风冷机包括支架、散热圈和风机，所述支架用于固定所述散热圈与所述风机，所述散热圈设置在所述热熔挤出机的出口位置，所述风机连通所述散热圈以吹出冷风使有机玻璃棒冷却成型；

其中，所述散热圈设置为圆环型，所述有机玻璃棒的移动路径穿过所述散热圈的内环，在所述散热圈的外环侧壁上开设有进风口，所述进风口通过管道连接所述风机，在所述散热圈的内环侧壁上设置有散热片，冷风从所述进风口进入并穿过所述散热片以吹向所述有机玻璃棒。

作为本发明的一种优选方案，所述退火炉包括炉体，在所述炉体的两端分别设置进口与出口，所述输送线分别穿过所述进口与所述出口，多个所述交替单元均设置在所述输送线的移动路径上以使所述有机玻璃棒循环加热并冷却。

作为本发明的一种优选方案，所述加热机构包括整流器、加热管、电热圈、温控模块和电路开关，所述加热管设置在所述输送线的移动路径上用以加热所述有机玻璃棒，所述电热圈连接电源并绕制于所述加热管的外壁上以加热所述加热管，所述整流器电性连接所述电源以使交流电转化为直流电，所述电路开关与所述电热圈串联连接，所述温控模块用于检测所述加热管的温度并电性连接所述电路开关以控制所述加热管的温度。

作为本发明的一种优选方案，所述冷却机构包括冷却管、连接水管和水泵，所述冷却管设置为圆筒型结构，所述冷却管具有中空的型腔，在所述冷却管的两端分别设置有连通所述型腔的通口，所述通口通过连接水管连接水泵，所述水泵抽取冷水并通过所述连接水管从一端的所述通口流入所述型腔，所述冷水充满型腔后从另一端的所述通口中流出以带走所述冷却管的热量。

作为本发明的一种优选方案，每个所述交替单元中的所述加热管均设置有加热温度，多个所述加热管的加热温度按照逐级降低的顺序排列，设置在靠近所述炉体进口的一侧的所述加热管温度最高，设置在靠近所述炉体出口的一侧的所述加热管温度最低。

作为本发明的一种优选方案，所述冷却管设置为金属材料以快速导热。

作为本发明的一种优选方案，在所述截断机中设置有激光切头以快速切断所述有机玻璃棒。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明在有机玻璃棒的制备过程当中，为了应对内芯与外层冷却速率差过大，通过增加退火炉设备，在有机玻璃棒冷却后增加退火步骤，使有机玻璃棒的外层升温以减小与内芯的温度差，然后经过冷却再次降低有机玻璃棒整体的温度。但在冷却过程中，外层的冷却速率快，导致冷却后，虽然内芯的温度降低，但外层温度下降远超内芯，因此设置交替单元，使外层继续升温至温度接近内芯温度，然后继续冷却，通过设置多个加热机构的温度上限并按照温度梯度降序排列，使有机玻璃棒在退火炉内虽然局部上出现升温，但整体保持温度下降的趋势，从而使外层与内芯的冷却基本保持较小差异，从而避免外层开裂和棒体弯曲。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例一种大口径有机玻璃棒的制备系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一种大口径有机玻璃棒的制备系统中的热熔挤出机的结构示意图；

图3为本发明实施例一种大口径有机玻璃棒的制备系统中的风冷机的结构示意图；

图4为本发明实施例一种大口径有机玻璃棒的制备系统中的退火炉的结构示意图；

图5为本发明实施例一种大口径有机玻璃棒的制备系统中的交替单元的结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-热熔挤出机；2-风冷机；3-退火炉；30-交替单元；4-截断机；

110-圆筒；120-螺旋送料杆；130-电加热圈；140-进料口；150-挤出头；210-支架；220-散热圈；230-风机；240-进风口；250-散热片；310-炉体；320-加热机构；321-整流器；322-加热管；323-电热圈；324-温控模块；325-电路开关；330-冷却机构；331-冷却管；332-连接水管；333-水泵；410-激光切头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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至图4所示，本发明提供了一种大口径有机玻璃棒的制备系统，包括热熔挤出机1、风冷机2、退火炉3和截断机4。所述热熔挤出机1将配比后的原料加热为热熔状态并持续挤出以形成所述有机玻璃棒，所述风冷机2套设于所述热熔挤出机1的出口处以使所述有机玻璃棒冷却成型，所述有机玻璃棒通过输送线进入所述退火炉3中，所述有机玻璃棒在所述退火炉3中按照温度梯度重新加热以保持外层与内芯温度均匀，退火后的所述有机玻璃棒通过所述输送线进入所述截断机4中，所述有机玻璃棒按照尺寸要求截断并在所述截断机4中缓慢冷却至常温。

其中，所述退火炉3具有加热机构320和冷却机构330，所述加热机构320与所述冷却机构330在所述退火炉3中交替设置以形成“先加热再冷却”的交替单元30，在所述交替单元30中，所述加热机构320短暂加热所述有机玻璃棒以使外层温度回升至等于内芯温度，所述冷却机构330与所述有机玻璃棒接触以重新降低所述有机玻璃棒的整体温度，按照加热温度逐渐降低的排列顺序设置有多个所述交替单元30，多个所述交替单元30作用于有机玻璃棒以使所述有机玻璃棒在升温与冷却的循环过程中保持温度呈整体下降趋势。

概括来说，首先将原材料甲基丙烯酸甲酯、引发剂、增塑剂和脱模剂充分混合，然后将原材料投放至热熔挤出机1中，热熔挤出机1首先将固体原材料融化成热熔状态，然后将热熔的材料从挤出口挤出成型。风冷机2快速冷却有机玻璃棒，避免有机玻璃棒因冷却不及时而弯曲变形，但风冷机2快速冷却有机玻璃棒，导致外层的温度低于内芯的温度，由于内外冷却速率差异较大，导致有机玻璃棒内外收缩不一致，则会造成外层开裂和棒体弯曲的后果。外层冷却的有机玻璃棒进入退火炉3中，由加热机构320对其进行加热，使有机玻璃棒的外层升温至略高于内芯温度，然后进入冷却机构330缓慢冷却，然后再次进入加热机构320，使有机玻璃棒的外层升温至略高于内芯温度，如此循环反复多次，从而使有机玻璃棒的外层与内芯的冷却速度保持相近水平，从而使有机玻璃棒成型均匀，冷却定型的大口径有机玻璃棒进入截断机4中，由截断机4将整根有机玻璃棒截断为固定尺寸长度的棒体。

简单来说，有机玻璃棒的制备过程当中，为了应对内芯与外层冷却速率差过大，通过增加退火炉3设备，在有机玻璃棒冷却后增加退火步骤，使有机玻璃棒的外层升温以减小与内芯的温度差，然后经过冷却再次降低有机玻璃棒整体的温度。但在冷却过程中，外层的冷却速率快，导致冷却后，虽然内芯的温度降低，但外层温度下降远超内芯，因此设置交替单元30，使外层继续升温至温度接近内芯温度，然后继续冷却，通过设置多个加热机构320的温度上限并按照温度梯度降序排列，使有机玻璃棒在退火炉3内虽然局部上出现升温，但整体保持温度下降的趋势，从而使外层与内芯的冷却基本保持较小差异，从而避免外层开裂和棒体弯曲。

进一步地，所述热熔挤出机1包括进料区、热熔区和挤出区，所述进料区用以投入配比后的原材料并输送至热熔区，所述热熔区设置在所述进料区与所述挤出区之间以加热固体原材料至热熔状态，所述挤出区设置在所述热熔区的尾端并连接所述风冷机2，热熔材料从所述挤出区挤出并冷却成型为玻璃棒胚料。

利用热熔挤出机1生产有机玻璃棒的棒胚，能够极大地提升生产效率，可以通过调整热熔区的温度与挤出速度来控制有机玻璃棒的制备。

进一步地，所述热熔区设置为圆筒110，在所述圆筒110内设置有输送原材料的内部通道，沿所述内部通道的长度方向设置有螺旋送料杆120，所述螺旋送料杆120旋转以将原材料从所述进料区输送至挤出区，在所述圆筒110的外部设置有电加热圈130，所述电加热圈130将所述原材料由固体状态加热至热熔状态。其中，螺旋送料杆120由伺服电机驱动，可通过更改转速来调整有机玻璃棒的挤出速率。

所述进料区为进料口140，原材料从所述进料口140中放入后由所述螺旋送料杆120输送。

所述挤出区为挤出头150，所述挤出头150的出口与所述圆筒110的内部通道连通，所述出口具有固定的孔径以使热熔的原材料挤出为固定直径的玻璃棒，所述挤出头150可拆卸的设置在所述圆筒110的尾部以便于更换为不同孔径的挤出头150。

进一步地，所述风冷机2包括支架210、散热圈220和风机230，所述支架210用于固定所述散热圈220与所述风机230，所述散热圈220设置在所述热熔挤出机1的出口位置，所述风机230连通所述散热圈220以吹出冷风使有机玻璃棒冷却成型；

其中，所述散热圈220设置为圆环型，所述有机玻璃棒的移动路径穿过所述散热圈220的内环，在所述散热圈220的外环侧壁上开设有进风口240，所述进风口240通过管道连接所述风机230，在所述散热圈220的内环侧壁上设置有散热片250，冷风从所述进风口240进入并穿过所述散热片250以吹向所述有机玻璃棒。通过冷风使有机玻璃棒的外层迅速冷却成型，避免刚挤出的棒胚因冷却不及时而变形。

进一步地，所述退火炉3包括炉体310，在所述炉体310的两端分别设置进口与出口，所述输送线分别穿过所述进口与所述出口，多个所述交替单元30均设置在所述输送线的移动路径上以使所述有机玻璃棒循环加热并冷却。

进一步地，所述加热机构320包括整流器321、加热管322、电热圈323、温控模块324和电路开关325，所述加热管322设置在所述输送线的移动路径上用以加热所述有机玻璃棒，所述电热圈323连接电源并绕制于所述加热管322的外壁上以加热所述加热管322，所述整流器321电性连接所述电源以使交流电转化为直流电，所述电路开关325与所述电热圈323串联连接，所述温控模块324用于检测所述加热管322的温度并电性连接所述电路开关325以控制所述加热管322的温度。温控模块324的作用是设定加热管322的温度并持续监测，当加热管322的温度超过设定温度上限后，温控模块324控制电路开关325断路，停止加热管322升温，直至加热管322的温度低于设定温度下限后，温控模块324重新控制电路开关325打开，使加热管322重新升温。

进一步地，所述冷却机构330包括冷却管331、连接水管332和水泵333，所述冷却管331设置为圆筒110型结构，所述冷却管331具有中空的型腔，在所述冷却管331的两端分别设置有连通所述型腔的通口，所述通口通过连接水管332连接水泵333，所述水泵333抽取冷水并通过所述连接水管332从一端的所述通口流入所述型腔，所述冷水充满型腔后从另一端的所述通口中流出以带走所述冷却管331的热量。

进一步地，每个所述交替单元30中的所述加热管322均设置有加热温度，多个所述加热管322的加热温度按照逐级降低的顺序排列，设置在靠近所述炉体310进口的一侧的所述加热管322温度最高，设置在靠近所述炉体310出口的一侧的所述加热管322温度最低。设置加热机构320的整体温度为降序排列，能够使棒胚在整体输送过程中呈温度下降趋势。

进一步地，所述冷却管331设置为金属材料以快速导热。

进一步地，由于棒胚的口径大，不易切割，因此在所述截断机4中设置有激光切头410以快速切断所述有机玻璃棒。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：包括热熔挤出机(1)、风冷机(2)、退火炉(3)和截断机(4)，所述热熔挤出机(1)将配比后的原料加热为热熔状态并持续挤出以形成所述有机玻璃棒，所述风冷机(2)套设于所述热熔挤出机(1)的出口处以使所述有机玻璃棒冷却成型，所述有机玻璃棒通过输送线进入所述退火炉(3)中，所述有机玻璃棒在所述退火炉(3)中按照温度梯度重新加热以保持外层与内芯温度均匀，退火后的所述有机玻璃棒通过所述输送线进入所述截断机(4)中，所述有机玻璃棒按照尺寸要求截断并在所述截断机(4)中缓慢冷却至常温；

其中，所述退火炉(3)具有加热机构(320)和冷却机构(330)，所述加热机构(320)与所述冷却机构(330)在所述退火炉(3)中交替设置以形成“先加热再冷却”的交替单元(30)，在所述交替单元(30)中，所述加热机构(320)短暂加热所述有机玻璃棒以使外层温度回升至等于内芯温度，所述冷却机构(330)与所述有机玻璃棒接触以重新降低所述有机玻璃棒的整体温度，按照加热温度逐渐降低的排列顺序设置有多个所述交替单元(30)，多个所述交替单元(30)作用于有机玻璃棒以使所述有机玻璃棒在升温与冷却的循环过程中保持温度呈整体下降趋势。

2.根据权利要求1所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述热熔挤出机(1)包括进料区、热熔区和挤出区，所述进料区用以投入配比后的原材料并输送至热熔区，所述热熔区设置在所述进料区与所述挤出区之间以加热固体原材料至热熔状态，所述挤出区设置在所述热熔区的尾端并连接所述风冷机(2)，热熔材料从所述挤出区挤出并冷却成型为玻璃棒胚料。

3.根据权利要求2所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述热熔区设置为圆筒(110)，在所述圆筒(110)内设置有输送原材料的内部通道，沿所述内部通道的长度方向设置有螺旋送料杆(120)，所述螺旋送料杆(120)旋转以将原材料从所述进料区输送至挤出区，在所述圆筒(110)的外部设置有电加热圈(130)，所述电加热圈(130)将所述原材料由固体状态加热至热熔状态；

所述进料区为进料口(140)，原材料从所述进料口(140)中放入后由所述螺旋送料杆(120)输送；

所述挤出区为挤出头(150)，所述挤出头(150)的出口与所述圆筒(110)的内部通道连通，所述出口具有固定的孔径以使热熔的原材料挤出为固定直径的玻璃棒，所述挤出头(150)可拆卸的设置在所述圆筒(110)的尾部以便于更换为不同孔径的挤出头(150)。

4.根据权利要求1所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述风冷机(2)包括支架(210)、散热圈(220)和风机(230)，所述支架(210)用于固定所述散热圈(220)与所述风机(230)，所述散热圈(220)设置在所述热熔挤出机(1)的出口位置，所述风机(230)连通所述散热圈(220)以吹出冷风使有机玻璃棒冷却成型；

其中，所述散热圈(220)设置为圆环型，所述有机玻璃棒的移动路径穿过所述散热圈(220)的内环，在所述散热圈(220)的外环侧壁上开设有进风口(240)，所述进风口(240)通过管道连接所述风机(230)，在所述散热圈(220)的内环侧壁上设置有散热片(250)，冷风从所述进风口(240)进入并穿过所述散热片(250)以吹向所述有机玻璃棒。

5.根据权利要求1所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述退火炉(3)包括炉体(310)，在所述炉体(310)的两端分别设置进口与出口，所述输送线分别穿过所述进口与所述出口，多个所述交替单元(30)均设置在所述输送线的移动路径上以使所述有机玻璃棒循环加热并冷却。

6.根据权利要求5所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述加热机构(320)包括整流器(321)、加热管(322)、电热圈(323)、温控模块(324)和电路开关(325)，所述加热管(322)设置在所述输送线的移动路径上用以加热所述有机玻璃棒，所述电热圈(323)连接电源并绕制于所述加热管(322)的外壁上以加热所述加热管(322)，所述整流器(321)电性连接所述电源以使交流电转化为直流电，所述电路开关(325)与所述电热圈(323)串联连接，所述温控模块(324)用于检测所述加热管(322)的温度并电性连接所述电路开关(325)以控制所述加热管(322)的温度。

7.根据权利要求6所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述冷却机构(330)包括冷却管(331)、连接水管(332)和水泵(333)，所述冷却管(331)设置为圆筒(110)型结构，所述冷却管(331)具有中空的型腔，在所述冷却管(331)的两端分别设置有连通所述型腔的通口，所述通口通过连接水管(332)连接水泵(333)，所述水泵(333)抽取冷水并通过所述连接水管(332)从一端的所述通口流入所述型腔，所述冷水充满型腔后从另一端的所述通口中流出以带走所述冷却管(331)的热量。

8.根据权利要求6所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：每个所述交替单元(30)中的所述加热管(322)均设置有加热温度，多个所述加热管(322)的加热温度按照逐级降低的顺序排列，设置在靠近所述炉体(310)进口的一侧的所述加热管(322)温度最高，设置在靠近所述炉体(310)出口的一侧的所述加热管(322)温度最低。

9.根据权利要求7所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：所述冷却管(331)设置为金属材料以快速导热。

10.根据权利要求1所述的一种大口径有机玻璃棒的制备系统，其特征在于：在所述截断机(4)中设置有激光切头(410)以快速切断所述有机玻璃棒。

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