CN115157622B - 一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具和方法，模具包括芯棒、均流转子、模头体和风环。其中芯棒同轴设置在均流转子内，芯棒与均流转子内壁之间构成环隙流道，均流转子同轴安装在模头体内，均流转子与模头体内壁之间设置环形流道。聚合物熔体进入环形流道后，均流转子转动使得环形流道内熔体通过多个槽口形成熔体薄层，从四周均匀进入环隙流道旋转涂覆，外层熔体涂覆在内层熔体的外侧形成多层管坯。芯棒和均流转子异向转动，使得内外层熔体按照相反方向螺旋流动，形成螺旋交织取向结构。通过本发明的吹塑模具制备的多层复合坯料不仅层次分明、厚度均匀，而且坯料能够预取向，形成交织网络极大提高制品自增强效果。

Description

一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具和方法

技术领域

本发明属于高分子材料加工成型技术领域，具体涉及一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具和方法。

背景技术

聚合物共挤出工艺已成为先进的塑料复合成型加工技术之一，它将熔融状态下的不同材料在模具内复合共同挤出，形成层次分明、兼具不同功能的复合材料，使制品兼有几种不同材料的优良特性。这种工艺可以得到综合性能优异的制品，省去了繁琐的复合工艺和设备，大大降低成本，节约资源。共挤出技术被广泛用于异型材、板材、管材、多层复合薄膜和电线电缆等产品的生产。

现有技术的聚合物共挤出模具存在以下技术问题：

由于各相聚合物熔体的流变特性不同，多层熔体在模具内汇合容易产生层间界面不稳定、粘流封装、甚至出现串层等问题，料坯离开模口时容易扭曲和缩颈，极大影响多层复合制品的生产效率和制品性能。

针对传统多层共挤出加工方法存在的问题，开发出全新共挤出方法及模具成为重要研究课题，具有较高的科研价值和社会经济效益。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，可以避免熔体出现串层问题，能够使多层熔体旋转涂覆形成复合管坯，并且熔体螺旋交织取向，最终提高制品的综合性能。

本发明的目的之二是：提供一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑方法，可以避免熔体出现串层问题，通过该方法能够使多层熔体旋转涂覆形成复合管坯，并且熔体螺旋交织取向，最终提高制品的综合性能。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，包括芯棒；

芯棒外套接均流转子，均流转子与芯棒之间设有环隙流道；

环隙流道连接有多个挤出机，每个挤出机挤出的聚合物熔体相同或不同；

多个挤出机用于依次向环隙流道挤出聚合物熔体以形成由内向外逐层涂覆于芯棒外壁的熔体管坯；

均流转子和芯棒分别连接有驱动装置，用于驱使均流转子和芯棒异向转动，以使熔体管坯交织复合取向形成编织微结构并从环隙流道挤出；

芯棒中部设有压缩空气流道，用于将从环隙流道挤出的编织微结构吹胀成膜泡。

进一步，均流转子外套接有模头体，模头体与均流转子之间设有多个环形流道，多个环形流道分别与环隙流道连通，多个环形流道一一对应连接多个挤出机。

进一步，模头体、均流转子和芯棒同心安装。

进一步，环形流道横截面为圆形。

进一步，多个环形流道沿均流转子的延伸方向依次间隔设置，环隙流道宽度沿压缩空气流道的吹气方向逐渐缩小形成环形收敛流道。

进一步，均流转子上周向均匀布置多个槽口，槽口两端分别连接于环形流道和环隙流道，槽口的延伸方向垂直或倾斜于均流转子的内壁。

一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑方法，包括以下步骤，

多个挤出机依次向环隙流道挤出聚合物熔体以形成逐层旋转涂覆于芯棒外壁的熔体管坯；

驱动装置驱使均流转子和芯棒异向转动，使熔体管坯交织复合取向形成编织微结构并从环隙流道挤出；

芯棒中间通入压缩空气将具有编织微结构的熔体管坯吹胀成膜泡。

进一步，多个挤出机依次向环隙流道挤出聚合物熔体以形成逐层旋转涂覆于芯棒外壁的熔体管坯的实现方式为：

多个挤出机挤出的聚合物熔体依次从均流转子的槽口进入环隙流道形成多个熔体薄层；

熔体薄层从四周同心旋转涂覆在芯棒外壁上形成熔体管坯。外层熔体旋转涂覆在内层熔体外侧从而形成多层管坯。

进一步，熔体管坯交织复合取向形成编织微结构的实现方式为：

在芯棒和均流转子异向旋转剪切和轴向挤出的共同作用下，熔体管坯的外层与内层的流动螺旋方向相反，多层熔体交织取向形成编织微结构。

进一步，其应用场景包括吹塑成型多层薄膜制品和挤出成型多层复合管材。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过空心柱状芯棒和均流转子的反向旋转实现多层熔体的复合叠加，摒弃了传统多层共挤模具的复杂流道结构，具有结构更简单、流程更短、体积更小和便于操作等优点。

相比于普通模具的固定流道和固定供料模式，本发明的流道部分包括环形流道、槽口和环隙流道，通过转动的多个槽口实现动态供给熔体，动态供料不仅更加均匀，而且避免了高黏度熔体击穿低粘度熔体导致熔体串层问题。

来自多台挤出机的聚合物熔体依次经过各个环形流道旋转涂覆在芯棒上，在芯棒和均流转子异向旋转剪切和轴向挤出共同作用下，靠近均流转子与靠近芯棒的流动速度螺旋方向相反，多层熔体交织取向，形成编织结构，大幅度提高坯料性能。

相较于现有技术仅仅有内芯棒旋转而坯料只能在一个方向上螺旋取向，本发明基于芯棒和均流转子反向旋转，因此更具优势：其一，能实现坯料微结构沿两个方向交织取向。其二，由于均流转子相对芯棒转动，避免了仅芯棒转动导致料坯离开模口容易扭曲和缩颈的问题。其三，均流转子上的多个槽口使得熔体动态均匀分配成熔体薄层有利于旋转涂覆形成多层料坯。

附图说明

图1为本发明的共挤出吹塑模具的结构示意图。

图2为图1中A-A的横断面视图(具有竖直槽口)。

图3为本发明的均流转子和槽口的结构示意图。

图4为图1中B-B的横断面视图(具有倾斜槽口)。

图中：

1-芯棒，2-均流转子，3-模头体，4-内层环形流道，5-中层环形流道，6-外层环形流道，7-隔热垫，8-风环，9-膜泡，10-槽口，11-压缩空气流道。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

本实施例以三层复合坯料为例。如图1所示，熔体A、熔体B和熔体C分别代表三种不同的聚合物熔体，分别对应的三层复合坯料的里层、中层和外层。

如图1和2所示，一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，包括模头体3、均流转子2和芯棒1，所述模头体3设于均流转子2外周，所述模头体3的内壁和均流转子2的外壁之间形成多圈环形流道，本实施例中包括内层环形流道4、中层环形流道5和外层环形流道6，均流转子2上设有与各个环形流道连通的竖直槽口10，所述均流转子2与芯棒1同心装配，两者之间形成环隙流道，并且均流转子2与芯棒1分别外接驱动装置。其中，驱动装置可以调节两者的转速和转向，均流转子2和芯棒1可以异向旋转，并能够根据加工原料的熔体特性调节转速以适应生产。

所述模头体3的外壁设有三个进料口，进料口的数量与环形流道的数量相等，每个进料口对应连通一个环形流道，再通过均流转子2上均布的多个竖直槽口10与环隙流道连通，各进料口分别与提供相应聚合物熔体的挤出机相连接。竖直槽口10的延伸方向垂直于均流转子2的内壁。

所述模头体3、均流转子2和芯棒1均为空心柱状，三者同心安装，模头体3固定在机架上，环形流道的横截面为圆形，均流转子2上的竖直槽口10沿圆周方向均匀布置。环隙流道宽度向上逐渐缩窄形成环形收敛流道，其顶部为模具出口。宽度缩窄的流道使得熔体被压缩得更加密实，避免出现气泡或其他熔体缺陷。

一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，其使用说明如下：

来自挤出机熔融塑化挤出的聚合物熔体，首先进入模具模头体3和均流转子2之间形成的圆截面的环形流道。

如图3所示，其中均流转子2上设置三条半圆形的环形流道，其中每条环形流道环向均布四个竖直槽口10，均流转子2转动使得环形流道内熔体沿环向通过竖直槽口10形成熔体薄层，并均匀分配进入均流转子2与芯棒1之间形成的环隙流道。

竖直槽口10的延伸方向垂直于均流转子2内壁，熔体通过竖直槽口10时形成竖直的熔体薄层，从而使得环向均布的多个熔体薄层进入环隙流道便于形成完整的管状料坯。

如图1所示，本实施例中，对应于最下层环形流道，即内层环形流道4中的聚合物熔体A最先进入环隙流道并旋转涂覆在芯棒1上，然后位于其上层环形流道，即中层环形流道5中的聚合物熔体B再进入环隙流道，后进入的聚合物熔体逐层涂覆在先进入的聚合物熔体外侧，最上层环形流道，即外层环形流道6中的聚合物熔体C最后进入环隙流道并涂覆在最外侧，各层熔体不会相互串层，最终形成三层坯料，由里到外依次为内层熔体A、中层熔体B和外层熔体C。

如图2所示，均流转子2顺时针转动，芯棒1逆时针转动，两者之间环隙内的熔体形成环向剪切流与轴向压力流耦合的螺旋流动，外侧靠近均流转子2的熔体顺时针螺旋流动，内侧靠近芯棒1的熔体逆时针螺旋流动，这样的加工方法使得多层熔体复合交织取向，形成编织微结构，从而实现制品的自增强。

芯棒1中部设有压缩空气流道11，用于将从环隙流道挤出的编织微结构吹胀冷却成型为膜泡9，其中隔热垫7阻隔热量从模具模头体3传导到风环8。

一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具的工作过程包括以下步骤：

(1)、将本装置连接三台挤出机，分别将均流转子2和芯棒1接入驱动装置；

(2)、连接动力源，均流转子2和芯棒1异向转动；

(3)、位于底部的第一台挤出机开始喂料，聚合物熔体A沿模头体3外侧底部的进料口经过对应的环形流道，通过竖直槽口10动态分配供料进入环隙流道后旋转涂覆在芯棒1外表面，沿出口方向(竖直向上)流动形成三层料坯的最里层坯料；

(4)、位于中部的第二台挤出机开始喂料，聚合物熔体B沿模头体3外侧中部的进料口经过对应的环形流道，通过竖直槽口10动态分配供料进入环隙流道后涂覆在最里层坯料的外侧，沿出口方向(竖直向上)流动形成中间层；

(5)、位于顶部的第三台挤出机开始喂料，聚合物熔体C沿模头体3外侧顶部的进料口经过对应的环形流道，通过竖直槽口10动态分配供料进入环隙流道后最终涂覆在中间层坯料的外侧，沿出口方向(竖直向上)流动形成最外层。

实施例2

本实施例相较于实施例1的区别在于均流转子2上槽口10的开设方式不同，如图4所示，槽口10相对于均流转子2内壁倾斜设置，倾斜槽口10长边相对于水平线的夹角为30度，沿圆周方向均匀布置四个这样的倾斜槽口10，并且倾斜方向与均流转子2的转动方向相一致，本实施例中，均流转子2顺时针转动。倾斜槽口10的设计使得熔体薄层以相对芯棒1圆柱面较小的夹角汇入环隙流道，有利于熔体薄层沿圆周方向均匀展开汇合形成厚度均匀的管坯，提高熔体螺旋交织取向效果，为后续的吹胀成型做铺垫，提高制品质量。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于使用场景不同，将图1所示的风环8和隔热垫7拆下，水平安装本发明提出的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具用来挤出成型多层复合管材。由于芯棒1和均流转子2的异向旋转使得多层熔体螺旋交织取向，制备的复合管坯熔体经过后续定型冷却可以得到复合管材。具备螺旋交织取向微结构管材的抗压强度大幅提高，综合性能更加优异。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，其特征在于：包括芯棒；

芯棒外套接有均流转子，均流转子与芯棒之间设有环隙流道；

环隙流道连接有多个挤出机，每个挤出机挤出的聚合物熔体为相同或不同；

多个挤出机用于依次向环隙流道挤出聚合物熔体以形成由内向外逐层旋转涂覆于芯棒外壁的熔体管坯；

均流转子和芯棒分别连接有驱动装置，用于驱使均流转子和芯棒异向转动，以使熔体管坯交织复合取向形成编织微结构并从环隙流道挤出；

芯棒中部设有压缩空气流道，用于将从环隙流道挤出的带编织微结构的管坯吹胀冷却成型为膜泡；

均流转子外套接有模头体，模头体与均流转子之间设有多个环形流道，多个环形流道分别与环隙流道连通，多个环形流道分别与多个挤出机一一对应相连通；

均流转子上周向均匀布置多个槽口，槽口两端分别连接于环形流道和环隙流道，槽口的延伸方向倾斜于均流转子的内壁；槽口为长条形，槽口相对于均流转子内壁倾斜设置，倾斜方向与均流转子的转动方向相一致。

2.按照权利要求1所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，其特征在于：模头体、均流转子和芯棒同心安装。

3.按照权利要求1所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，其特征在于：环形流道横截面为圆形。

4.按照权利要求1所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，其特征在于：多个环形流道沿均流转子的延伸方向依次间隔设置。

5.按照权利要求1所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，其特征在于：环隙流道宽度沿压缩空气流道的吹气方向逐渐缩小形成环形收敛流道。

6.一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑方法，其特征在于：采用权利要求1-5任一项所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑模具，包括以下步骤，

多个挤出机依次向环隙流道挤出聚合物熔体以形成逐层包覆于芯棒外壁的熔体管坯；

驱动装置驱使均流转子和芯棒异向转动，使熔体管坯交织复合取向形成编织微结构并从环隙流道挤出；

芯棒中间通入压缩空气将具有编织微结构的熔体管坯吹胀成膜泡。

7.按照权利要求6所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑方法，其特征在于：多个挤出机依次向环隙流道挤出聚合物熔体以形成逐层涂覆于芯棒外壁的熔体管坯的实现方式为：

沿压缩空气的流动方向，多个挤出机依次挤出聚合物熔体；

多个挤出机挤出的聚合物熔体依次从均流转子的槽口进入环隙流道形成多个熔体薄层；

熔体薄层从四周依次同心涂覆在芯棒外壁上形成熔体管坯，外层熔体旋转涂覆在内层熔体外侧从而形成多层管坯。

8.按照权利要求6所述的一种多层熔体螺旋交织取向共挤出吹塑方法，其特征在于：其应用场景包括吹塑成型多层薄膜制品和挤出成型多层复合管材。