CN114701099B - 一种模块化高分子材料双转子泵式输运设备及输运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化高分子材料双转子泵式输运设备及输运方法，涉及高分子材料及其复合体系成型加工领域，该设备包括：双螺纹转子泵式加料单元和一个或多个双螺纹转子泵式塑化单元，所述双螺纹转子泵式加料单元连通于所述双螺纹转子泵式塑化单元的上游，且相邻的两个所述双螺纹转子泵式塑化单元连通。本发明可实现高分子材料挤出与注塑成型的技术效果。

Description

一种模块化高分子材料双转子泵式输运设备及输运方法

技术领域

本发明涉及高分子材料及其复合体系塑化输运技术领域，更具体地说是涉及高分子材料及其复合体系模块化双转子泵式输运方法及设备。

背景技术

目前我国高分子材料挤出与注塑成型加工主要采用螺杆式加工设备，其塑化挤压系统主要由螺杆和料筒组成。螺杆式加工设备至今已有一百多年的历史，国内、外在提高螺杆加工设备的输运能力、塑化效果方面做了大量研究工作，开发出诸如具有屏障、销钉及其各种结构协同作用的螺杆，并取得了一定的效果。但无论是输运机理还是关键零部件结构都是建立在摩擦输运的基础之上，在物料摩擦输送过程中，塑化系统零部件的结构与表面摩擦系数、物料特性及加工工艺参数对输送效果影响严重，存在输送效率低且稳定性差、能耗高、停留时间长缺点，因而需要突破传统基于摩擦的高分子材料输运方法，开发具有以正位移输送特性为主的高效挤出方法及设备，实现高分子材料连续、高效加工。

通过对料筒的进料段开设各种形式的沟槽，增大塑化系统对物料的轴向摩擦力从而提高输送能力是目前普遍采用的方法；专利(ZL 90101034.0)通过将频率可调的振动叠加到螺杆的运动中，强化对物料的体积拉伸作用，提高了输送效果及对物料的适应性。但这些输送方法及设备仍然是建立在摩擦输运的基础之上，输送能力及稳定性提高程度有限。

专利(ZL200810026054.X)公开了一种基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法及设备。通过输运空间容积的周期性变化实现了物料的体积输送，在输送过程中物料主要受到压缩/膨胀作用，实现正应力起主要作用的物料塑化输运。该方法提高了塑化效果与输送能力，改善了制品质量。但由于各输送单元由同一条转子轴进行控制，无法同时对物料受到的形变作用强度与停留时间进行单独调控。传统平行双螺杆挤出机虽有较好的混炼效果，但由于两螺杆的中心距决定了可安装轴承的空间，因而设置大的止推机构困难而无法提供大的模头压力直接用于生产产品。

本发明通过若干组串联连接、独立调控的模块化双螺纹转子泵式单元形成挤出机，物料从两螺纹转子中部进入到双螺纹转子泵式输送单元，然后被螺纹转子强制输运至排料口流出，实现完全正位移体积输送。具有以正位移输送为主、压缩比动态可调、成型过程中形变速率与停留时间可控、混炼强度可调及挤出特性硬特点。

因此，如何提供一种实现模块化高分子材料及其复合体系塑化输运的设备及方法，是本领域亟需解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模块化高分子材料双转子泵式输运设备及输运方法，目的就是为了解决上述之不足而提供。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种模块化高分子材料双转子泵式输运设备，包括：至少一个双螺纹转子泵式加料单元或一个双螺纹转子泵式塑化单元，所述双螺纹转子泵式加料单元连通于所述双螺纹转子泵式塑化单元的上游，且相邻的两个所述双螺纹转子泵式塑化单元连通。

优选地，所述双螺纹转子泵式加料单元包括：第一壳体和第一驱动装置，所述第一驱动装置的加料驱料段伸至所述第一壳体的内部；所述加料驱料段包括互相啮合的第一主动转子和第一从动转子；所述第一主动转子和所述第一从动转子两端设有螺旋方向相反的螺槽，第二主动转子和第二从动转子相应啮合位置的螺旋线方向相反，且所述第二主动转子和所述第二从动转子部分或完全啮合。

优选地，所述双螺纹转子泵式塑化单元包括：第二壳体和第二驱动装置，所述第二驱动装置的塑化输运驱料段伸至所述第二壳体的内部，所述塑化输运驱料段包括互相啮合的第二主动转子和第二从动转子；所述第二主动转子和所述第二从动转子两端设有螺旋方向相反的螺槽，第二主动转子和第二从动转子相应啮合位置的螺旋线方向相反，且所述第二主动转子和所述第二从动转子部分或完全啮合。

优选地，所述双螺纹转子泵式加料单元和所述双螺纹转子泵式塑化单元为模块化独立控制，且应力应变大小、停留时间、混合强度可独立调控。

一种模块化高分子材料双转子泵式输运方法，物料从第一主动转子和第一从动转子中部进入到双螺纹转子泵式加料单元，且被两旋转的第一主动转子和第一从动转子强制输运至出口，实现物料的完全正位移输送；若干组双螺纹转子泵式塑化单元串联接通，实现物料在双螺纹转子泵式输送单元中连续挤出。

优选地，双螺纹转子泵式加料单元和干组双螺纹转子泵式塑化单元中物料受到的应力应变大小、停留时间、混合强度独立调控。

优选地，调节双螺纹转子泵式加料单元的第一从动转子和第一主动转子的啮合度与转速，从而实现调节双螺纹转子泵式加料单元高分子材料的注入速度；

优选地，调节双螺纹转子泵式塑化单元的第二从动转子和第二主动转子的啮合度与转速，从而实现调节双螺纹转子泵式塑化单元高分子材料受到的应力应变大小、停留时间以及混合效果。

优选地，第一从动转子螺棱进入到第一主动转子的螺槽中迫使螺槽中的物料被强制排出进入下游的双螺纹转子泵式塑化单元；第二从动转子螺棱进入到第二主动转子的螺槽中迫使螺槽中的物料被强制排出进入下游双螺纹转子泵式塑化单元。

优选地，第一从动转子和第一主动转子部分或完全啮合，第二从动转子和第二主动转子部分或完全啮合，且同一根转子左右两端螺槽的螺旋线方向相反，在旋转时物料在第一从动转子和第一主动转子的中部、第二从动转子和第二主动转子的中部所形成的流道中流动。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

通过组所述双螺纹转子泵式塑化单元串联连接、独立调控，物料从第二从动转子和第二主动转子中部输送，然后被螺纹转子强制输运流出，实现完全正位移体积输送，具有以正位移输送为主、压缩比动态可调、成型过程中形变速率与停留时间可控、混炼强度可调及挤出特性硬特点。

附图说明

图1为本发明模块化高分子材料双转子泵式输运设备的内部结构示意图；

图2为本发明模块化高分子材料双转子泵式输运设备的双螺纹转子泵式加料单元内部结构示意图；

图3为本发明模块化高分子材料双转子泵式输运设备的双螺纹转子泵式塑化单元内部结构示意图；

图中：

1-双螺纹转子泵式加料单元；11-第一壳体；111-加料送料通道；112-料斗；12-第一驱动装置；121-加料驱料段；122-第一动力传送装置；1221-第一主动轴；1222-第一主动齿轮；1223-第一从动轴；1224-第一从动齿轮；123-第一动力提供装置；1231-第一电机；1232-第一减速箱；

2-双螺纹转子泵式塑化单元；21-第二壳体；211-塑化进料通道；212-塑化出料通道；22-第二驱动装置；221-塑化输运驱料段；222-第二动力传送装置；2221-第二主动轴；2222-第二主动齿轮；2223-第二从动轴；2224-第二从动齿轮；223-第二动力提供装置；2231-第二电机；2232-第二减速箱；

3-第一支撑架；4-第一联轴器；5-第二支撑架；6-第二联轴器；7-喂料口；8-碳纤维。

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。

实施例1

参照图1～3所示模块化高分子材料双转子泵式输运设备，包括：双螺纹转子泵式加料单元1和一个或多个的双螺纹转子泵式塑化单元2，其双螺纹转子泵式加料单元1和双螺纹转子泵式塑化单元2为模块化独立控制，且单独控制应力应变大小、停留时间、混合效果。

其中，双螺纹转子泵式加料单元1包括第一壳体11和第一驱动装置12，每个双螺纹转子泵式塑化单元2包括第二壳体21和第二驱动装置22，多个双螺纹转子泵式塑化单元2紧密连接，第一壳体11紧密连通于端部的双螺纹转子泵式塑化单元2的上游。

紧密连接的方式优选为焊接或互相螺钉拧紧，有利于提高连接的稳定性与组合效果。

第一壳体11的顶端设有进料口，且进料口连接有料斗112，便于注入高分子材料。

第一壳体11的内部设有加料送料通道111，第二壳体21的内部设有塑化进料通道211和塑化出料通道212，塑化进料通道211和塑化出料通道212将第二壳体21的左右两侧与塑化输运驱料段221连通；且塑化进料通道211与加料送料通道111连通，可实现注入的高分子材料在整个挤出设备的内部流通。

第一驱动装置12包括：加料驱料段121、第一动力传送装置122以及第一动力提供装置123。其第一动力传送装置122包括：第一主动轴1221、第一主动齿轮1222、第一从动轴1223以及第一从动齿轮1224。加料驱料段121包括互相啮合的第一主动转子和第一从动转子；第一主动转子的左右两端设有螺旋线方向相反的螺槽、螺棱，第一从动转子的左右两端设有螺旋线方向相反的螺槽、螺棱；并且，第一主动转子的螺槽、螺棱与第一从动转子的螺棱、螺槽部分或完全啮合。

第一主动轴1221和第一从动轴1223分别伸入第一壳体11的内部，第一主动转子和第一从动转子分别与第一主动轴1221和第一从动轴1223伸入第一壳体11内部，第一主动齿轮1222与第一主动轴1221伸至第一壳体11外部的一端固定连接，第一从动齿轮1224与第一从动轴1223伸至第一壳体11外部的一端固定连接，且第一从动齿轮1224与第一主动齿轮1222啮合。通过第一主动轴1221带动所连接的第一主动转子和第一主动齿轮1222转动，第一主动齿轮1222带动第一从动齿轮1224转动，从而驱动第一从动轴1223、第一从动转子转动。第一动力提供装置123包括：第一电机1231和第一减速箱1232，第一电机1231的输出端与第一减速箱1232的输入端传送连接，第一减速箱1232的输出端通过第一联轴器4与第一主动轴1221的输入端传送连接，为第一主动轴1221提供扭矩。

其中，第一主动轴1221和第一从动轴1223的轴线互相平行，并且两者轴线的间距可调，有利于调节高分子材料受到的作用力的大小。

第一主动齿轮1222和第一从动齿轮1224的外部套设有第一支撑架3，有利于提高转动的稳定性，且提高传动结构的密闭性。

每个第二驱动装置22包括塑化输运驱料段221、第二动力传送装置222以及第二动力提供装置223，其第二动力传送装置222包括：第二主动轴2221、第二主动齿轮2222、第二从动轴2223以及第二从动齿轮2224。塑化输运驱料段221包括互相啮合的第二主动转子和第二从动转子；第二主动转子的左右两端设有螺旋线方向相反的螺槽、螺棱，第二从动转子的左右两端设有螺旋线方向相反的螺槽、螺棱；并且，第二主动转子的螺槽、螺棱与第二从动转子的螺棱、螺槽部分或完全啮合。

第二主动轴2221和第二从动轴2223分别伸入第二壳体11的内部，第二主动转子和第二从动转子分别与第二主动轴2221和第二从动轴2223伸入第二壳体11内部的端部固定连接，第二主动齿轮2222与第二主动轴2221伸至第二壳体11外部的一端固定连接，第二从动齿轮2224与第二从动轴2223伸至第二壳体11外部的一端固定连接，且第二从动齿轮2224与第二主动齿轮2222啮合。通过第二主动转子和-第二主动齿轮2222转动，第二主动齿轮2222带动第二从动齿轮2224转动，从而驱动第二从动轴2223、第二从动转子转动。第二动力提供装置223包括第二电机2231和第二减速箱2232，第二电机2231的输出端与第二减速箱2232的输入端传送连接，第二减速箱2232的输出端通过第二联轴器6与第二主动轴2221的输入端传送连接，为第二主动轴2221提供扭矩。

其中，第二主动轴2221和第二从动轴2223的轴线互相平行，并且两者轴线的间距可调，有利于调节高分子材料受到的应力应变大小、停留时间以及混合强度。

第二主动齿轮2222和第二从动齿轮2224的外部套设有第二支撑架5，有利于提高转动的稳定性，且提高传动结构的密闭性。

在实施例中，双螺纹转子泵式加料单元1螺纹结构与双螺纹转子泵式塑化单元2螺纹结构相同或类似，且均可根据材料特性调整螺距与螺槽深度。

在本实施例中，双螺纹转子泵式加料单元1的螺纹头数、螺距、螺槽深度根据材料特性等实际情况调节；双螺纹转子泵式塑化单元2的螺纹头数、螺纹齿距、螺槽深度根据材料特性等实际情况调节。

并且，可通过控制两转子部分或全部啮合，满足任何量的材料运输。

在另一些实施例中，其中一双螺纹转子泵式塑化单元2的顶端开设有喂料口7，喂料口7用于将玻璃纤维或碳纤维8、溶剂等其它组份连续从下游添加到基体材料中，实现高分子材料的在线配混双螺纹转子泵式塑化输运。

喂料口7顶端优选连接一注料管，方便添加玻璃纤维、碳纤维及助剂。

在本实施例中，第一主动转子和第一从动转子的直径与双螺纹转子泵式加料单元1的内孔大小、双螺纹转子泵式加料单元1的进料口、排料口的形状与尺寸根据加工物料的性能不同独立确定；

第二主动转子和第二从动转子转动的直径与双螺纹转子泵式塑化单元2的内孔大小、双螺纹转子泵式塑化单元2的进料口、排料口的形状与尺寸根据加工物料的性能不同独立确定。

在本实施例中，物料经过的空间容积随时间周期性变化，在该装置中，当空间容积由小变大时，物料从料斗112进入到双螺纹转子泵式加料单元1，并在两转子转动时形成密闭容腔，由容积由大变小形成压力的作用下强制进入该单元的排料区，然后依次进入下游单元的加料区、排料区，实现物料的连续双螺纹转子泵式输送。

在本实施例中，双螺纹转子泵式加料单元1结构与双螺纹转子泵式塑化单元2结构类似，但两者的进料位置、形状及大小不同。

在本实施例中，第一从动转子安装在与第一主动转子轴中心距为e的一侧，且第二从动转子安装在与第二主动转子中心距为e的一侧。

进一步的，所述双螺纹转子泵式塑化单元的结构与双螺纹转子泵式双螺纹转子泵式加料单元基本类似，区别在于双螺纹转子泵式塑化单元的座体的进料口与上游双螺纹转子泵式双螺纹转子泵式加料单元的排料口或双螺纹转子泵式塑化单元串联，进料口的形状及位置与双螺纹转子泵式双螺纹转子泵式加料单元的座体不同。

此外，本发明与现有高分子材料输运方法及装置相比，具有如下优点：

1、采用双螺纹转子泵式输送，输送效率、塑化效率高且输送压力稳定；

2、输送过程不受材料摩擦系数等特性的限制，对物料适应性广；

3、通过模块化独立调控，可针对不同材料特性、不同加工阶段设置不同压缩比；

4、挤出过程中形变速率、停留时间、混合强度可同时调节；

5、双螺纹转子泵式输送方式可加工输送各类极端流变行为材料；

6、双螺纹转子泵式输送方式可实现配混、成型“一步法”完成，降低能耗；

7、具有完全正位移连续输运、各单元压缩比独立可调、物料受到的应力与停留时间可同时调节、分散混炼效果好及挤出特性硬的优点。

本发明还公开了一种模块化高分子材料双转子泵式输运方法，物料从第一主动转子和第一从动转子中部进入到双螺纹转子泵式加料单元1，且被两旋转的第一主动转子和第一从动转子强制输运至加料送料通道111流出，实现物料的完全正位移输送；若干组双螺纹转子泵式塑化单元2串联接通，实现物料在双螺纹转子泵式输送单元中连续挤出。其中，双螺纹转子泵式加料单元1和干组双螺纹转子泵式塑化单元2中物料受到的应力应变大小、停留时间、混合效果可独立调控。

本发明通过调节双螺纹转子泵式加料单元1的第一从动转子和第一主动转子的啮合度与转速，从而实现调节双螺纹转子泵式加料单元1高分子材料的注入速度；调节双螺纹转子泵式塑化单元2的第二从动转子和第二主动转子的啮合度与转速，从而实现双螺纹转子泵式塑化单元2中高分子材料受到的应力应变大小、停留时间以及混合效果的调节。

本实施例中，第一从动转子螺棱进入到第一主动转子的螺槽中迫使螺槽中的物料被强制排出进入下游的双螺纹转子泵式塑化单元2；第二从动转子螺棱进入到第二主动转子的螺槽中迫使螺槽中的物料被强制排出进入下游的双螺纹转子泵式塑化单元2。

本实施例中，第一从动转子和第一主动转子完全啮合，第二从动转子和第二主动转子完全啮合，且每个转轴左右两端的螺纹相反，在旋转时物料由第一从动转子和第一主动转子的中部、第二从动转子和第二主动转子的中部流动。

在本实施例中，物料在容积变化的空间内压实、排气、熔融，物料由第一主动转子和第一从动转子中心距的中点进入到双螺纹转子泵式加料单元1，在容积由大变小的区域被强制排出该单元，实现物料的双螺纹转子泵式完全正位移体积输送。

其两转子转动，容腔容积减小形成高压力，物料被强制送至排料区，物料从排料区进入到下游双螺纹转子泵式塑化单元2。

在本实施例中，物料在双螺纹转子泵式加料单元1与双螺纹转子泵式塑化单元2中的运动类似。

在本实施例中，物料连续通过下游多组双螺纹转子泵式塑化单元2，在外加热及内摩擦作用下被压实排气、熔融塑化，实现高分子材料基于输运空间容积变化的形式挤出。

在本实施例中，通过喂料口7用于将玻璃纤维、碳纤维8、溶剂其它组份连续从下游添加到高分子基体材料中，实现高分子材料在线配混双螺纹转子泵式挤出成型。

上述连续挤出方法，物料从上游双螺纹转子泵式输送单元的体积由大变小的排料区进入相邻双螺纹转子泵式塑化单元2的体积由小变大的进料区，多个双螺纹转子泵式塑化单元2串联连接实现物料的双螺纹转子泵式连续挤出。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种模块化高分子材料双转子泵式输运设备，其特征在于，包括：双螺纹转子泵式加料单元(1)和多个双螺纹转子泵式塑化单元(2)，所述双螺纹转子泵式加料单元(1)连通于所述双螺纹转子泵式塑化单元(2)的上游，且相邻的两个所述双螺纹转子泵式塑化单元(2)连通；

所述双螺纹转子泵式加料单元(1)包括：第一壳体(11)和第一驱动装置(12)，所述第一驱动装置(12)的加料驱料段(121)伸至所述第一壳体(11)的内部；所述加料驱料段(121)包括互相啮合的第一主动转子和第一从动转子；所述第一主动转子和所述第一从动转子两端设有螺旋方向相反的螺槽，第一主动转子和第一从动转子相应啮合位置的螺旋线方向相反，且所述第一主动转子和所述第一从动转子完全啮合；

所述双螺纹转子泵式塑化单元(2)包括：第二壳体(21)和第二驱动装置(22)，所述第二驱动装置(22)的塑化输运驱料段(221)伸至所述第二壳体(21)的内部，所述塑化输运驱料段(221)包括互相啮合的第二主动转子和第二从动转子；所述第二主动转子和所述第二从动转子两端设有螺旋方向相反的螺槽，第二主动转子和第二从动转子相应啮合位置的螺旋线方向相反，且所述第二主动转子和所述第二从动转子完全啮合；

所述双螺纹转子泵式加料单元(1)和所述双螺纹转子泵式塑化单元(2)为模块化设计，实现应力应变大小、停留时间、混合效果的独立调控；

所述第一壳体（11）的内部设有加料送料通道（111），所述第二壳体（21）的内部设有塑化进料通道（211）和塑化出料通道（212），所述塑化进料通道（211）和所述塑化出料通道（212）将所述第二壳体（21）的左右两侧与所述塑化输运驱料段（221）连通；且塑化进料通道（211）与所述加料送料通道（111）连通。

2.一种模块化高分子材料双转子泵式输运方法，其特征在于，采用权利要求1所述的模块化高分子材料双转子泵式输运设备实现，包括：物料从第一主动转子和第一从动转子中部进入到双螺纹转子泵式加料单元(1)，且被两旋转的第一主动转子和第一从动转子强制输运至出口，实现物料的完全正位移输送；多个双螺纹转子泵式塑化单元(2)串联接通，实现物料在双螺纹转子泵式输送单元中连续塑化输运。

3.根据权利要求2所述的模块化高分子材料双转子泵式输运方法，其特征还在于，调节双螺纹转子泵式加料单元(1)的第一从动转子和第一主动转子的啮合度与转速，从而实现调节双螺纹转子泵式加料单元(1)高分子材料的注入速度；调节双螺纹转子泵式塑化单元(2)的第二从动转子和第二主动转子的啮合度与转速，从而调节双螺纹转子泵式塑化单元(2)高分子材料受到的应力应变大小、停留时间以及混合效果。

4.根据权利要求2所述的模块化高分子材料双转子泵式输运方法，其特征在于，第一从动转子螺棱进入到第一主动转子的螺槽中迫使螺槽中的物料被强制排出进入下游的双螺纹转子泵式塑化单元(2)；第二从动转子螺棱进入到第二主动转子的螺槽中迫使螺槽中的物料被强制排出进入下游的双螺纹转子泵式塑化单元(2)。