CN201120715Y - 耐高温高分子棒材用挤出设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对耐高温高分子熔体粘度大，结晶速度慢，容易有微量挥发或分解物质产生而难以制出质量合格棒材的问题，设计一种新的耐高温高分子棒材用挤出设备，它主要由料斗(8)、上阶挤出机(1)、抽气室(2)、下阶单螺杆挤出机(3)、挤出机头(4)、定型段(5)、阻尼装置(6)及牵引机(7)组成，上阶挤出机(1)的进料口与料斗(8)相通，其出料口与抽气室(2)的入口相通，抽气室(2)的出口作为下阶单螺杆挤出机(3)的原料入口与下阶单螺杆挤出机(3)的进料端相通，挤出机头(4)的一端与下阶单螺杆挤出机(3)的出料端相连，定型段(5)与挤出机头(4)的另一端相连，阻尼装置(6)和牵引机(7)依次安装在定型段(5)不与挤出机头(4)相连的一端的一侧。具有结构简单，使用范围广的优点。

Description

耐高温高分子棒材用挤出设备

技术领域

本实用新型涉及一种塑料挤出设备，尤其是一种带有双挤出机的高分子材料挤压成型设备，具体地说是一种耐高温高分子棒材用挤出设备。

背景技术

众所周知，塑料棒材的挤出不同于管材挤出，其挤出机的机头结构是空心的。目前双阶螺杆已经是成熟的工业化生产设备，多用于共混改性挤出造粒或挤出管材、板材等制品。通常上面一阶是双螺杆，其主要功能是把树脂、添加剂或增强剂混合均匀，进入下一阶是单螺杆挤出造粒或直接挤出管材。

而棒材是实心的，其截面积比管材大得多，因此，机头阻力较小，随着棒材自外向内的冷却凝固产生了体积收缩，必须考虑物料的连续补充输送。加之耐高温高分子熔体粘度大、结晶速度慢、容易有微量挥发或分解物质产生等情况发生，用常规双阶螺杆挤出机不可能加工成质量合格的耐高温高分子棒材，因此急需一种能满足耐高温高分子棒材成型用挤出机供使用。

发明内容

本实用新型的目的是针对耐高温高分子熔体粘度大，结晶速度慢，容易有微量挥发或分解物质产生而难以制出质量合格棒材的问题，设计一种新的耐高温高分子棒材用挤出设备以满足市场急需和高分子材料新品开发的需求。

本实用新型的技术方案是：

一种耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是它主要由料斗8、上阶挤出机1、抽气室2、下阶单螺杆挤出机3、挤出机头4、定型段5、阻尼装置6及牵引机7组成，上阶挤出机1的进料口与料斗8相通，其出料口与抽气室2的入口相通，抽气室2的出口作为下阶单螺杆挤出机3的原料入口与下阶单螺杆挤出机3的进料端相通，挤出机头4的一端与下阶单螺杆挤出机3的出料端相连，定型段5与挤出机头4的另一端相连，阻尼装置6和牵引机7依次安装在定型段5不与挤出机头4相连的一端的一侧。

上阶挤出机1中的螺杆与下阶单螺杆挤出机3中的螺杆的中心距离在150-300mm之间。

所述的下阶单螺杆挤出机3中的下阶螺杆主要由输送段301、压缩段302、熔体计量段303依次组成。

所述的挤出机头4为直通式挤圆棒机头，机头平直部分直径为10-25mm，其长度为直径的4-10倍，进口处收缩角为30-60度，收缩部分长度为50-100mm，出口处为喇叭型，喇叭扩张角为40-75度，出口处的直径与定型模5的内径之比为1∶0.9-1.1，机头细部直径及长度可调，其细部由1-5块调节块组成，在机头出口与定型模5的连接处设有隔热垫，隔热垫可为岩棉、膨胀陶瓷材料、石棉纸垫或水泥石棉板。

所述的定型模5为一直径为20-60mm的空心圆柱体，内通水或油冷却，其长度为150-300mm，谇定型模5的正圆柱体占1/5-1/2，其余为带锥度的柱体。

所述的柱体的锥度为200∶1。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的双阶真空排气挤出设备，挤出机头采用直通式挤圆棒机头结构，其机头设计结构简单，阻力小；其螺杆和定型段的设计达到了稳定连续输送熔体物料，保证棒材的质量和实现连续稳定的挤出。可对聚醚醚酮、聚苯醚、聚芳酯、LCP、聚砜及其共混物进行熔融挤出加工成直径为20-80mm的棒材。将棒材经二次加工可获得多种用途的工程塑料部件。真空排气单螺杆成型棒材对物料的依赖性比较大，包括塑料的熔体粘度及其对温度和剪切速率的依赖性、塑料的结晶状态、辅料的混合和分散乃至塑料的传质传热、分子量及分子量分布等都对物料的排气效果和产品质量产生影响，而采用双螺头的螺杆结构设计可以保证在8-12MPa的挤出压力下物料能实现稳定而精确的输送。

2、结构简单，制造方便。

3、填补了市场空白，可广泛用于各类耐高温高分子材料的挤压成形。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的下阶挤出机中的下阶螺杆的结构示意图。

图3是本实用新型的抽气室的结构示意图。

图4是本实用新型的挤出机头的结构示意图。

图5是本实用新型的定型段的结构示意图。

图3中的201为真空泵连接管，202为上阶螺杆，203为下阶螺杆，204为挤出方向；图4中309为口模，310为与冷却模相连的连接螺钉，311为机头扩大部分，312为机头收缩部分，313为温控器插孔，314为与机头相连的连接螺钉，315为机头法兰，316为机筒法兰，317为过滤板，318为料筒；图5中506为定型直段部分，507为定型锥段部分，508为外冷却水套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种耐高温聚醚醚酮棒材用挤出设备，它主要由料斗8、上阶挤出机1、抽气室2(如图3)、下阶单螺杆挤出机3、挤出机头4(如图4)、定型段5(如图5)、阻尼装置6及牵引机7组成，上阶挤出机1的进料口与料斗8相通，其出料口与抽气室2的入口相通，抽气室2的出口作为下阶单螺杆挤出机3的原料入口与下阶单螺杆挤出机3的进料端相通，挤出机头4的一端与下阶单螺杆挤出机3的出料端相连，定型段5与挤出机头4的另一端相连，阻尼装置6和牵引机7依次安装在定型段5不与挤出机头4相连的一端的一侧。如图1所示。上阶挤出机1中的螺杆与下阶单螺杆挤出机3中的螺杆的中心距离在150-300mm之间。

其中：

下阶单螺杆挤出机3中的下阶螺杆主要由输送段301、压缩段302、熔体计量段303依次组成，详见图2所示。

挤出机头4为直通式挤圆棒机头，机头平直部分直径为10-25mm，其长度为直径的4-10倍，进口处收缩角为30-60度，收缩部分长度为50-100mm，出口处为喇叭型，喇叭扩张角为40-75度，出口处的直径与定型模5的内径之比为1∶0.9-1.1，机头细部直径及长度可调，其细部由1-5块组成，在机头出口与定型模5的连接处设有隔热垫，隔热垫可为岩棉、膨胀陶瓷材料、石棉纸垫或水泥石棉板，详见图4所示。

定型模5为一直径为20-60mm的空心圆柱体，内通水或油冷却，其长度为150-300mm，谇定型模5的正圆柱体占1/5-1/2，其余为带锥度的柱体，柱体的锥度为200∶1，详见图5所示。

本实施例其余未涉及部分均与现有技术相同。

本实用新型的挤出设备用于耐高温高分子如聚醚醚酮的挤出时，其挤出温度可高达380℃，其难点包括设备和原材料及工艺控制两个方面。设备上的难度体现在不仅需要耐高温的特种合金材质，而且还需要精密的螺杆结构设计、熔体物料的真空排气结构、增压机头设计、冷却隔热材料的选择、定型段结构设计、棒材的制动和牵引机构设计等，详述如下。

1、上述的上阶挤出机中，其上阶螺杆的作用是在350-380℃熔融物料，熔融物料在上阶螺杆的中间连接部位经真空室抽真空排气(见图3)，把物料中的微量水或添加剂中在加工时产生的低分子挥发物抽出，保证棒材的质量和实现连续稳定的挤出。由于物料加工温度高达380℃，它与下阶螺杆(见图2)一段的入口温度相差不得高于±3℃，所以过渡连接段除了保持较高的真空度以外，还需具有加温和温控装置。上螺杆与下螺杆间的距离为150-300mm。下阶螺杆包括输送段、压缩段、熔体计量段。上述的挤压机头结构(图4)是直通式挤圆棒机头结构，该设计结构简单，机头阻力小。为了增加机头压力可采取如下措施：①减小机头平直部分直径(约为10-25mm)，增加其长度(取为直径的4-10倍)，直径大的棒材取小值。②适当减小进口处收缩角(一般为30-60度)，收缩部分长度可取50-100mm。③出口处设计为喇叭型，可以使塑料棒材中心熔融区快速补料，喇叭抗张角为40-75度，45度较好，扩张角不能过大，否则会产生死角。出口处的直径与定径模的内径之比为1∶0.9-1∶1.1。较佳为1∶1，尺寸公差为±0.1mm，机头内表面应光滑无死角。当用一台挤出机生产不同直径的棒材时，只需调换喇叭扩大部分和平直部分即可。此外还可通过改变机头细部(图4中未示出)的直径及长度，(其细部可作成1-5块的呈积木式结构，每块30-50mm)，根据不同材质、不同熔体粘度的物料，改变他们的组合方式，达到稳定建压的目的。

2、定型段结构设计。

为了制备结构密实的棒材，必须连续稳定的补充由于棒材由熔体自外向内的凝固导致的体积伸缩，螺筒内需要保持8-12MPa稳定的挤出压力。全凭挤出机头的结构设计和定型段的结构设计来保证。在机头出口处物料的温度高达380℃，在极短距离内(3-5cm)物料进入温度80-130℃的定型段，首先要求两段连接处有很好的绝热垫，保证两段的温度能维持动态平衡。此外，定型段的冷却要保持一定的温度梯度，内孔的锥度和直段比例要恰当，表面进行喷砂或硬化抛光处理，以得到外观光洁的塑料棒材。机头出口与定型段的连接要有很好的隔热垫，可以采用岩棉、膨胀陶瓷、石棉纸垫、水泥石棉板等材料，熔体由380℃突然进入100℃-130℃，如果没有适当的隔热材料，由于热传导机头降温会导致物料提早凝固，同时也会导致定型段冷却不足而溢料。

定型段冷却段(分段)的温度梯度设计及温控、定型段内孔的直段部分和锥度部分的比例、总长度与挤出物料性能的相关性是优化设计的关键。本实用新型的定型段采用了空心的圆柱体结构，内通水或油冷却，其直径为20-60mm。该圆柱体分为两个部分，正圆柱体占1/5-1/2，带锥度的部分，其锥度为200∶1(图5)。为提高冷却效率，冷却介质的流道及流量、温度应可以调节。其长度主要根据冷却介质的温度、被加工塑料的温度而定。定型段进口与出口直径误差应严格控制，只允许出口直径比进口直径大0.5-1.0mm，棒材冷却定型段的尺寸一般说来，直径为15-50mm的棒材，定型模的长度为150-300mm，150-180mm较佳；随棒材直径增大，定型模尺寸也可增大至230-260mm。总之，其长度只要使棒材截面中固化部分能承受中心熔融塑料部分的内应力即可。否则，棒材会膨胀变形，甚至裂开产生熔融塑料溢出的现象(称为溢料现象)，棒材中心在定型段内不完全固化，有中心熔融区存在。此熔融料在冷却过程中会产生收缩，故需不断地补充熔融物料才能防止棒材中心产生空隙。因此，必须考虑熔融物料的压力和圆锥角的大小。如果锥角太小，则熔融物料难以输送到尖端部位，输送过程会受到很大阻力，棒材就会产生孔洞。圆锥角的大小取决于牵引速度和固化速度。当固化速度恒定时，牵引速度越慢时，圆锥角越大；当牵引速度恒定时，固化速度越快时，圆锥角越大。一般圆锥角为8-16度时较好。

棒材挤出的制动作用(可通过阻尼装置实现)是调节机筒内压，机筒内压过低会影响棒材的密度，内压过高会造成挤出棒材“胀死”或溢料，这时都需要通过牵引机的制动功能来调整。在设计上可采用对中、上下垂直联动的两对滚动对辊来调整。

制动(即阻尼装置)、牵引装置在棒材的挤出过程中起着十分重要的作用，采用摩擦制动设计的优点在于通过调节与棒材行进方向垂直的力达到维持机筒平衡内压的调节作用，而又能保持棒材在预设压力下的高质量。

以下是利用本实用新型的挤出设备加工耐高温高分子棒材的实例：

实例1：

将聚醚醚酮5公斤放入加料斗8，经380℃熔融，熔融物料在位于双阶螺杆中间的连接部位(真空室2)经抽真空排气，把物料中的微量水或添加剂中在加工时产生的低分子挥发物抽出，经下阶螺杆进入挤出机头4，挤出机头平直部分直径为10mm，进口处收缩角为60度，收缩部分长度为50mm，出口处设计为喇叭型，物料在中心熔融区快速补料，经45度喇叭扩张角进入定型段，制得直径为30mm聚醚醚酮棒材，

实例2：

将聚醚醚酮5公斤放入加料斗8，经380℃熔融，熔融物料在位于双阶螺杆中间的连接部位(真空室2)经抽真空排气，把物料中的微量水或添加剂中在加工时产生的低分子挥发物抽出，经下阶螺杆进入挤出机头4，挤出机头4平直部分直径为25mm，进口处收缩角为30度，收缩部分长度为100mm，出口处设计为喇叭型，物料在中心熔融区快速补料，经45度喇叭扩张角进入定型段，制得直径为60mm聚醚醚酮棒材。

Claims (6)

1、一种耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是它主要由料斗(8)、上阶挤出机(1)、抽气室(2)、下阶单螺杆挤出机(3)、挤出机头(4)、定型段(5)、阻尼装置(6)及牵引机(7)组成，上阶挤出机(1)的进料口与料斗(8)相通，其出料口与抽气室(2)的入口相通，抽气室(2)的出口作为下阶单螺杆挤出机(3)的原料入口与下阶单螺杆挤出机(3)的进料端相通，挤出机头(4)的一端与下阶单螺杆挤出机(3)的出料端相连，定型段(5)与挤出机头(4)的另一端相连，阻尼装置(6)和牵引机(7)依次安装在定型段(5)不与挤出机头(4)相连的一端的一侧。

2、根据权利要求1所述的耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是上阶挤出机(1)中的螺杆与下阶单螺杆挤出机(3)中的螺杆的中心距离在150-300mm之间。

3、根据权利要求1所述的耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是所述的下阶单螺杆挤出机(3)中的下阶螺杆主要由输送段(301)、压缩段(302)、熔体计量段(303)依次组成。

4、根据权利要求1所述的耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是所述的挤出机头(4)为直通式挤圆棒机头，机头平直部分直径为10-25mm，其长度为直径的4-10倍，进口处收缩角为30-60度，收缩部分长度为50-100mm，出口处为喇叭型，喇叭扩张角为40-75度，出口处的直径与定型模(5)的内径之比为1∶0.9-1.1，在机头出口与定型模(5)的连接处设有隔热垫。

5、根据权利要求1所述的耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是所述的定型模(5)为一直径为20-60mm的空心圆柱体，内通水或油冷却，其长度为150-300mm，谇定型模(5)的正圆柱体占1/5-1/2，其余为带锥度的柱体。

6、根据权利要求1所述的耐高温高分子棒材用挤出设备，其特征是所述的柱体的锥度为200∶1。

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