CN2316120Y - 熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头 - Google Patents

Abstract

一种熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头,其构造包括机头体、模芯、模口,多层螺旋体,其模芯分为固定模芯和旋转模芯,旋转模芯下端面与固定模芯上端面贴合,并由设在机头心部的传动轴带动其旋转,传动轴由能量转换装置中的转子驱动,能量转换装置主要由底座、底盘、转子、定子、柱塞组及相关件组成;本实用新型无需采用外驱动装置,结构简单、紧凑,易于密封,操作安全可靠,并从根本上改善多层吹塑薄膜制品的不均匀性,提高制品的均匀度。

Description

熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头

本实用新型涉及塑料挤出成型装置，特别是涉及一种以熔体压力驱动的旋转式多层吹塑薄膜挤出机头。

多层塑料薄膜可以用层压法、T型多层模具挤出法和吹塑法等方法来生产，其中吹塑法最为经济，和其他制造方法相比，吹塑法有工艺简单，易改变宽度规格，制品边角料少，设备投资少等优点。旋转式多层吹塑薄膜机头是目前普通采用的吹塑薄膜成型模具之一。欧洲专利第0122703号专利公报公开了一种“单模唇旋转机头”，这种机头的内模芯唇口的旋转是通过“一个链轮安装在可旋转的壁式输入轴上来驱动的，与其相配的驱动源来自与链轮相结合的经工具驱动的链。”这种结构形式以外驱动方式驱动内模芯唇口旋转，势必需要结构复杂的驱动装置，减速装置及传动装置等，这些装置不仅给安装造成困难，而且也会给操作造成不方便和形成不安全因素。

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头，该多层吹塑薄膜机头无需采用外驱动装置，以挤出机挤出的塑料熔体自身的压力为动力，使设于出料口部位的旋转模芯旋转，达到结构简单、紧凑，易于密封，操作安全可靠，并从根本上改善多层吹塑薄膜制品的不均匀性，提高制品的均匀度。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头，其构造包括机头体、模芯、模口，多层螺旋体，各层螺旋体的外圆周上制有螺旋形熔体流道，各熔体流道的上端接通机头环形模口间隙，其特征在于：

模芯分为固定模芯和旋转模芯，固定模芯与内层螺旋体固定连接，旋转模芯下端面与固定模芯上端面贴合，并由设在机头心部的传动轴带动其旋转，传动轴由能量转换装置中的转子驱动；

能量转换装置主要由底座、底盘、转子、定子、柱塞组及相关件组成，其中：

底座与机头连接体和定子相连，底座与机头连接体间设有熔体流通通道；

底盘与底座相连，底盘上设有熔体进料分配孔；

定子与底座和机头相连，定子内孔表面为由若干段均匀分布的凹弧面连续构成导轨曲面，每个弧面由上升区段、过渡区段和下降区段组成；

转子外圆浮动于定子的内部，其两端面与底盘和机头体间分别有小的间隙，并以密封件密封，转子中心孔与传动轴以键固定连接；转子圆周面上开有若干径向的等分圆周的柱塞孔，每个柱塞孔中装有柱塞组，各柱塞组的位置与定子内圆导轨曲面上升区段相对应时能使该组柱塞作用于导轨的压力形成推动转子旋转的切向作用力，同时位于与排料口相通的柱塞组在定子导轨曲面下降区段的推动下向回移动而将柱塞孔内的塑料熔体经转子的轴向进料孔排入内层螺旋体上的入料口。

本实用新型的目的还可以通过以下措施实现：

所述定子内圆周面上的组成导轨曲面的各弧面采用脉动系数为零的等加速--阿基米德--等加速组合曲线形成导轨曲面。

所述柱塞组由柱塞和钢球组成，钢球装在柱塞前端的半球形凹槽内，柱塞组装在转子的径向柱塞孔内而可径向移动，钢球顶触于定子内孔的导轨曲面。

传动轴的旋转是通过设在机头底部的特殊的能量转换装置中的转子来带动的。设在机头底部的能量转换装置与挤出机相联接，使挤出机挤出的压力熔体在通过该装置进入机头时，将一部分压力能转换成低转速，高扭矩的机械能，推动该装置中的转子旋转，并通过传动轴带动旋转模芯旋转。

本发明有以下积极有益的效果：

1．由于不采用外驱动方式，而是以熔体压力为动力使旋转模芯旋转，因此可以省去驱动电机，减速装置和机械传动装置等部件，从而可使装置结构简单，紧凑，安装方便。

2．由于无转动的部件和传动装置，操作过程更安全。

3．熔体物料的密封问题容易解决，不易漏料。

4．由于模芯转动所需的扭矩很小，即使是大直径机头，(模口直径1米以上)也可采用。

5．改善了熔体压力和流速的不均匀性，因而从根本上改善了薄膜制品厚度的不均匀性，使产品质量得以提高。

现以较佳实施例结合附图进行说明：

图1是本实用新型一种三层吹塑薄膜旋转机头实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖截视图；

图3是图2中柱塞及转子运动示意图，图示柱塞往位，进料位置；

图4同图3，示柱塞复位，排料位置；

图5是图2中柱塞组受力分析图。

附图编号：

1．模口       2．旋转模芯    3．键

4．传动轴     5．推力轴承    6．向心轴承

7．固定模芯   8．调节螺钉    9．推力轴承

10．弹性元件  11．密封元件   12．转子

13．底盘      14．键         15．底座

16．弹簧      16′弹簧       17．柱塞

17′柱塞      18．定子       18′曲面轨道

19．柱塞组    20．内层螺旋体 21．中间层螺旋体

22．外层螺旋体23．机头体     24．过渡体

25．滑动轴承  26．热电偶组   27．第一充气孔

a1．底座15的进料口           28．第二充气孔

a2．底盘13的进料孔           29．中层进料环形腔室

a3．转子12的料孔             30．外层进料环形腔室

a4．内层螺旋体20的进料孔

a5．内层螺旋体20和中间层螺旋体21之间的螺旋流道

b1．内层螺旋体20外圆周上的进料口

b2．中间层螺旋体21外圆周上的进料孔

b3．中间层螺旋体21与外层螺旋体22之间的螺旋流道

C1．内层螺旋体20外圆周上的进料口

C2．外层螺旋体22外圆周上的进料孔

C3．外层螺旋体22与机头体23之间的螺旋流道

Q．汇合流道

Q1．塑料熔体1    Q2．塑料熔体2    Q3．塑料熔体3

F．沿法线作用于柱塞组的反作用力

F′．沿柱塞组轴线的分力

F″．垂直于柱塞组轴线的分力

如图1所示，本实施例的熔体压力驱动式三层吹塑薄膜旋转机头为立式结构，在该机头的下部设置有底座15，在底座15的侧面设置有与输料管(图中未示出)连通的进料口a1。

底盘13的上部外周设有法兰部。并且在下表面中部设置有顶部朝下的锥体，在该锥体的周边开设多个进料孔a2，(本实施例为6个)，底盘13的法兰部嵌于底座15的凹部，并由螺栓将底盘13与底座15固定。由此使底盘13的锥体与底座15之间形成腔室。

底盘13上开设的进料孔a2由上端大孔和下端小孔形成阶梯孔，大孔中装有柱塞17，柱塞17滑动地装在底盘13的进料孔a2的大孔中，并且在柱塞17的大孔中装有弹簧16，弹簧16两端面分别和进料孔a2的阶面、柱塞17的孔的阶面贴合。

在底盘13的上部，可转动地设置有转子12，该转子12呈圆盘状，在该转子12上表面的中心部开设有轴孔，传动轴4插入该轴孔内并通过键14与转子12结合，由此，可使传动轴4随转子12的转动而转动。

在转子12的上表面，以轴孔的中心线为中心，以上述进料孔a2至底盘13的中心为半径均等地开设多个上下贯通的料孔a3(本实施例中为10个)，料孔a3与底盘13的进料孔a2相同，亦为阶梯形，并装有柱塞17′和弹簧16′相应于各料孔a3在转子12的圆周面上，沿半径方向开设多个与料孔a3相连通的柱塞孔，如图2所示，该柱塞孔与料孔a3相连通的部份为较小的直径，从而在该柱塞孔内形成阶台，柱塞组19可沿该柱塞孔滑动地嵌于柱塞孔内；该柱塞组19包括柱塞19a和球体19b，在柱塞19a的外端面上设有凹部，球体19b可滚动地嵌合于该凹部中。

在转子12的外周设置有定子18，该定子呈环状，在其中部设有上下贯通的内孔，该内孔的横截面为柱塞组19的运动轨道181，由多段(本实施例中为6段)均匀分布的形状相同的曲面组成，每一曲面段可分为上升区段，过渡区段和下降区段，柱塞组19每经过一曲面段往复运动一次。导轨曲线形状直接影响柱塞组19运动的平稳性、转子12转速的均匀程度、受力情况和定子18及柱塞组19的工作寿命，为此，本实用新型采用脉动系数基本为零值的等加速--阿基米德--等加速组合曲线的导轨曲面。

底盘13内装有的柱塞17在弹簧16的作用下与转子12底面可滑动地接触，防止熔体外溢。

如图1所示，在转子12的上方设置有内层螺旋体20，在该内层螺旋体20的靠下方的外周部设有法兰部，该法兰部的下表面与定子18的上表面固定地接触。在转子12的料孔a3内装有的柱塞17′在弹簧16′的作用下与内层螺旋体20的底面可滑动地接触防止熔体外溢。

在内层螺旋体20的上下方向上与其同心地开设有轴孔，所述传动轴4插入该轴孔中，通过弹性元件10设置有密封元件11。推力轴承9、弹性元件10和密封元件11安装在上述内层螺旋体20下部的凹部内。密封元件11受到弹性元件10的推压，与转子12的上表面紧密接触防止熔体向内层螺旋体20的中心部溢出。

在内层螺旋体20的法兰部上部的外圆周上设置有螺旋流道a5。从图1可知，该螺旋流道的截面呈半圆形，而且越向上方其深度越浅，在内层螺旋体20的下端面上开设有进料孔a4，该进料孔a4的下端有选择地与进料孔a3连通，其上端与螺旋流道a5的下端连通。在内层螺旋体20内设有第一充气孔27和第二充气孔28，该第一充气孔27开设在法兰部的外圆周上，其一端与充气管(附图未示出)连通，另一端与第二充气孔28连通。该第二充气孔向内层螺旋体20的中心斜向延伸，并且与内层螺旋体20的轴孔连通。

在内层螺旋体20的法兰部的外圆周上，开设有与输料管(附图未示出)连通的进料口b1和c1,b1端部开设有与其垂直相通的进料通道口与内层螺旋体20的法兰部上表面开设的环形流道相通。c1端部开设有与其垂直相通的进料通道与内层螺旋体20的法兰部上表面开设的另一环形流道相通。

在内层螺旋体20法兰部的上部设置有外层螺旋体22，该外层螺旋体22的外周的顶部为大致圆锥形状，在外层螺旋体22下底面设置有凹部，与内层螺旋体20的法兰部嵌合，内层螺旋体20插入外层螺旋体的中孔中，外层螺旋体22下表面凹部的底面与内层螺旋体20的法兰部的上表面固定地紧密接触。在外层螺旋体下表面凹部的上表面上开有两环形流道，分别与内层螺旋体20法兰部上表面开设的环形流道相扣合形成环形腔室29和30。

在外层螺旋体22的法兰部的上部的外圆周上设置有螺旋流道，如图1所示，该螺旋流道的形式与内层螺旋体20外圆周上设置的螺旋流道的形式相同。在外层螺旋体螺旋流道的下端开设有料孔与环形流道相贯通。外层螺旋体22的上凹部底部开设有进料孔b2与环形流道相贯通。

在外层螺旋体22的凹部内嵌合有中间层螺旋体21，该中间层螺旋体21呈圆筒形，其内部同心地开有中孔，该中孔上部呈大口朝上的喇叭形，中孔直径与外层螺旋体22的中孔直径相等，上述内层螺旋体20的法兰部的上方开有螺旋流道部分插入中间层螺旋体21的中孔中，而且其外周面与中层螺旋体中孔的内周面之间存在一定的间隙，从而形成内层熔体的环形流道。

中间层螺旋体21的外圆周上设置有螺旋流道b3，该螺旋流道的形式与内层螺旋体20外圆周上设置的螺旋流道a5的形式相同。

中间层螺旋体21的外圆周插入外层螺旋体22的凹部内，且螺旋流道b3下端对应地与外层螺旋体22凹部底面上开设的料孔b2相接。中间层螺旋体21的外周面与外层螺旋体22凹部的内周面之间存在一定的间隙，从而形成中间层熔体的环形流道。

在外层螺旋体22的外周设置有机头体23，该机头体23呈圆筒形，其内部同心地开设有中孔，上述外层螺旋体22的法兰部的上方部分插入机头体23的中孔中而且其外周面与该中孔的内周面之间存在一定的间隙，从而形成外层熔体的环形流道。

在机头体23的上部设置有过渡体24，该过渡体24中部同心地设置有中孔，该中孔呈大口朝下的喇叭形，过渡体24的下凸部嵌装于机头体23上的凹部中，过渡体24的中孔与外层螺旋体22的外周顶部的大致圆锥体之间均匀地存在一定的间隙，从而形成了外层熔体的环形流道。

在内层螺旋体20的上部设置有固定模芯7，该固定模芯7的外周为大致圆锥状，在该固定模芯的中部同心地设置有轴孔，在该固定模芯7的下部与轴孔同心地设置有凸部，该凸部嵌于内层螺旋体20上端面的凹部中，并由螺栓将固定模芯7与内层螺旋体20固定。

在固定模芯7的上表面设有圆形的第一凹部和与其同心的第二凹部，安装在上述传动轴4上部的滚动轴承6的外圈嵌装于第二凹部中，该滚动轴承的上部，通过垫圈安装有第二推力轴承5，该第二推力轴承5的下圈嵌装于第二凹部内且位于第二凹部中的推力轴承台上。

在固定模芯7的上部同心地设置旋转模芯2，在该旋转模芯2的中部开设有轴孔，传动轴4插入该轴孔内，并通过键3与旋转模芯2结合，可使旋转模芯随传动轴4的转动而转动。

在旋转模芯2的下外园周部，嵌装有滑动轴承25。

在上述传动轴4的上部设有螺纹部，通过螺母拧在该螺纹部上，使转动模芯2固定。

在旋转模芯2的外周设置有模口1，在该模口1的中部设有上部为圆形下部为类圆锥形的中孔，该中孔的内周面与旋转模芯2的外周面之间存在一定的间隙Q，从而形成环形的熔体流道。

在模口1的下表面设置有凹部，上述过渡体24的上凸部装在模口1的凹部中，该凹部的内周面与过渡体24的上凸部的外周面之间存在一定的环形调节间隙。模口1的凹部的上表面与过渡体24的上表面贴合，并以螺钉固定联接。

另外，在模口1的下部外周面上开设有贯通的螺纹孔，通过将调节螺栓8拧入螺纹孔中，并推压嵌入模口1的下凹部中的过渡体24的上凸部的外周面，可调节模口1的中孔的内周面与旋转模芯2的外周面之间的间隙Q。

在模口1和机头体23的外周面上分别设有多个热电偶组26，该热电偶组26用于与加热器(图中双点划线部分)配合，来控制熔体物料的温度。

以上对本实施例的熔体压力驱动式多层(本实施例为3层)吹塑薄膜旋转机头的结构，进行了详细的说明，下面，将描述各部分的作用和工作状态。

经塑料挤出机一(图中未画出)挤出的高压塑料熔体Q1通过底座15的进料口a1进入底盘13下部的腔室，由进料孔a2分配到位于工作位置的转子12的料孔a3中，由于此时料孔a3的上端面被内层螺旋体20的下端面封住，熔体进入设有柱塞组19的柱塞孔内，推动柱塞组19向外运动(见图3)，使设置于该柱塞组19的外端的球体19b推压定子18的内曲面导轨181的表面。在接触点，定子18的内曲线表面给球体19b一个反作用力(见图4)，其方向垂直于接触点的定子18的内曲线导轨表面，且通过柱塞组19的球体19b的中心，请参照图5，该反作用力可分解为一个沿柱塞组20轴线的力F′和一个垂直于柱塞组轴线的力F″，力F′与熔体推动柱塞组所施加的推力平衡，力F″相对于转子12的轴心产生扭矩，使转子12旋转。转子12通过键14，传动轴4和键3将该扭矩传递给旋转模芯2。由于滑动轴承25和固定在固定模芯上的滚动轴承6限制了旋转模芯2的径向位移，推力轴承5.9限制了传动轴4的轴向位移，而且旋转模芯2固定在传动轴4上，因此使旋转模芯2以传动轴4的轴心为中心转动。

在熔体推动柱塞组19产生扭矩使转子12旋转，并通过传动轴4带动转动模芯2旋转的同时，处在排料段的柱塞组19受定子18的内曲线导轨的推压而向中心移动(见图3)，把熔体物料排入内层螺旋体20的入料孔a4中，从而使熔体物料进入内层螺旋体20和中间层螺旋体21之间的螺旋流道a5中。

转子12每转一周，柱塞组19按定子18的内曲线导轨中设置的工作段数工作几次，例如本实施例中为6次，即柱塞组19所在的柱塞孔内的密闭容积交替地6次进料，6次排料，在任何瞬时，总有柱塞组处于工作段(即进料段)，也总有柱塞组19处于排料段，所以可使转子12带动旋转模芯2连续地旋转，而熔体也就能够连续地进入内层螺旋体20和中间层螺旋体21之间的螺旋流道a5中，熔体物料进入螺旋流道a5之后，每一股熔体流束又被分成两股料流，即沿内层螺旋体20与中间层螺旋体21之间环形间隙向上流动的轴向料流和沿螺旋槽流动的螺旋料流。在挤出方向上螺旋料流越来越少，而轴向料流越来越多，因此溶体料流在螺旋流道a5的起点和终点之间存在着由纯粹的螺旋流动连续地过渡到纯粹的轴向流动的过程，这个过程使熔体料流得到进一步充分有效地混合，使熔体物料在内层螺旋体20与固定模芯7的环形间隙出口处的圆周上的压力、温度和速度分布基本达到均匀一致。

同理：经塑料挤出机二和三(图中未示出)挤出的高压塑料熔体Q2和Q3分别通过内层螺旋体20外圆周上设置的进料口b1和c1被挤入环形流道，从而被分别分配到位于外层螺旋体上的料孔b2和c2中，而后分别进入中间层螺旋体21和外层螺旋体22之间的螺旋流道b3，外层螺旋体22与机头体23之间的螺旋流道c3中，经由纯粹的螺旋运动连续的过渡到纯粹的轴向运动的过程，使各自的熔体料流得到进一步充分有效的混合，使各层熔体物料在未进入汇合流道Q之前，在圆周上压力和流速分布基本达到一致，在三股物料汇入，并进入模口1和旋转模芯2之间具有环形间隙的汇合流道Q之后，由于旋转模芯2的旋转使汇合后的熔体物料产生不破坏其分层结构的低转速的旋转运动，从而使料流的压力和流速的不均匀性得以进一步改善，并使这种不均匀性沿圆周均匀分布，其结果是使膜管厚度的不均匀性得到进一步改善，并使其平均分布在膜管的整个圆周上。

为保证柱塞组19的球体19b不脱离定子18的内曲线轨道面181，熔体不应进入转子12与定子18之间的空腔，柱塞19a嵌合球体19b的凹部设计成静压支承结构，另外，柱塞组19的外周面上还设有特制的密封圈(图中未示出)，以防止熔体溢出消耗不必要的能量，除此之外为了解决端面密封问题，本实施例中在底盘13和转子12的料孔a2和a3中分别设置了柱塞17和17′，弹簧16和16′。在运转过程中应用熔体对柱塞17和17′的下端面和凹部的压力加之弹簧16和16′的比压。使密封端面紧密贴合，解决底盘13和转子12以及转子12和内层螺旋体20之间的端面密封问题，另外，弹性元件10和密封元件11的组合，可防止熔体物料进入传动轴4和内层螺旋体20之间的间隙，避免产生不必要的阻力和阻塞充气通道。

转子12每转一周，柱塞组19在柱塞孔中往复运动的次数，即定子18内曲线轨道面的工作段数。每个柱塞组19运动一次的排料量，与柱塞组19的数量和每转一周柱塞组19往复运动的次数之积即为转子工作一周的排料量，根据旋转模芯的设定工作转速和挤出机一的挤出量Q3的关系，可以用改变柱塞组19的直径、行程，数量以及定子18内曲线轨道面工作段数等参数，来达到不同的要求。

管膜的均匀度可以通过调节设置在模口1上的调节螺钉8，用调节模口1与旋转模芯2之间的环形间隙Q的间隙的方法来调节。

通过设在内层螺旋体外周面上的充气管(本图中未示出)向管膜内充入空气时，注入的空气通过内层螺旋体上设置的充气孔和第二充气孔而进入内层螺旋体的轴孔，再通过传动轴4上的通气孔进入，从传动轴4的中心吹入管膜，以调节管膜的厚度、直径等参数。

Claims (3)

1．一种熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头，其构造包括机头体、模芯、模口，多层螺旋体，各层螺旋体的外圆周上制有螺旋形熔体流道，各熔体流道的上端接通机头环形模口间隙，其特征在于：

模芯分为固定模芯和旋转模芯，固定模芯与内层螺旋体固定连接，旋转模芯下端面与固定模芯上端面贴合，并由设在机头心部的传动轴带动其旋转，传动轴由能量转换装置中的转子驱动；

能量转换装置主要由底座、底盘、转子、定子、柱塞组及相关件组成，其中：

底座与机头连接体和定子相连，底座与机头连接体间设有熔体流通通道；

底盘与底座相连，底盘上设有熔体进料分配孔；

定子与底座和机头相连，定子内孔表面为由若干段均匀分布的凹弧面连续构成导轨曲面，每个弧面由上升区段、过渡区段和下降区段组成；

转子外圆浮动于定子的内部，其两端面与底盘和机头体间分别有小的间隙，并以密封件密封，转子中心孔与传动轴以键固定连接；转子圆周面上开有若干径向的等分圆周的柱塞孔，每个柱塞孔中装有柱塞组，各柱塞组的位置与定子内圆导轨曲面上升区段相对应时能使该组柱塞作用于导轨的压力形成推动转子旋转的切向作用力，同时位于与排料口相通的柱塞组在定子导轨曲面下降区段的推动下向回移动而将柱塞孔内的塑料熔体经转子的轴向进料孔排入内层螺旋体上的入料口。

2．如权利要求1所述的熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头，其特征在于：所述定子内圆周面上的组成导轨曲面的各弧面采用脉动系数为零的等加速--阿基米德--等加速组合曲线形成导轨曲面。

3．如权利要求1所述的熔体压力驱动式多层吹塑薄膜旋转挤出机头，其特征在于：所述柱塞组由柱塞和钢球组成，钢球装在柱塞前端的半球形凹槽内，柱塞组装在转子的径向柱塞孔内而可径向移动，钢球顶触于定子内孔的导轨曲面。

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