[发明专利]基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料塑化加工方法与设备，具体是指基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法及设备。

技术背景

高分子材料成型加工是高能耗过程作业，目前普遍采用螺杆机械，如螺杆挤出机、螺杆注射机等，但无论是挤出相关的各种制品加工，还是注射、压延等制品加工，塑料原料都必须经过输送、熔融塑化这一基本和共性的过程，这一过程所用能量占高分子材料加工能耗的绝大部分。在螺杆机械中物料塑化输运主要是靠螺杆旋转时对物料的拖曳作用，固体输送为摩擦拖曳，熔体输送为粘性拖曳，物料的速度梯度与其流动和变形方向垂直，这种流动与变形主要受剪切应力支配。因此可以认为目前普遍采用的螺杆机械是基于剪切流变的高分子材料螺杆塑化输运设备，无可避免地存在塑化输运能力强烈依赖于物料与金属料筒表面之间的摩擦力和物料内摩擦力的问题。这两类问题又依赖于物料自身的物理性能和过程作业工艺条件。在螺杆机械中通常采取对料筒的固体输送段开槽以增加与物料的摩擦力、增大螺杆长径比、优化螺杆结构等措施可以在一定程度上解决上述问题。但这些措施又势必造成物料塑化输运所经历的热机械历程加长、能耗增加、设备结构体积大等缺陷。

高分子材料动态成型加工设备在一定程度上缩短了成型加工过程中物料所经历的热机械历程，降低了成型加工过程中物料的流动阻力，从而使得塑化输运能耗降低、塑化能力提高。但高分子材料动态成型加工机械本质上还是基于剪切流变的螺杆塑化输运设备，无法从根本上解决塑化输运能力依赖于物料与金属料筒表面之间的摩擦力和物料内摩擦力的问题，因此，其降低塑化输运能耗与提高塑化输运能力的空间也很有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法，以解决高分子材料成型加工过程中物料经历的热机械历程长、能耗高的问题。

本发明的目的还在于提供实现所述方法的一种基于拉伸流变的高分子材料塑化输运设备。

本发明的一种基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法是利用一组具有确定几何形状的空间，它们的容积可以依次由小到大再由大到小周期性变化，容积变大时纳入物料，容积变小时压实、塑化并排出物料，实现正应力起主要作用的物料塑化输运。

实现上述方法的一种设备结构如下：采用具有圆柱内腔的空心定子、置于定子内腔中并与定子偏心的圆柱形转子、布置在转子的径向矩形截面通孔中若干沿转子圆周方向均匀分布的叶片以及在定子两侧布置并与定子同心安装的挡料盘等零件组成一个叶片塑化输运单元。该叶片塑化输运单元中，转子与定子的偏心距可以调整改变，其值大于0小于定子内腔半径与转子半径之差；定子内表面、转子外表面、两叶片及两挡料盘围成了上述方法中提到的具有确定几何形状的空间，转子旋转时，在转子直径上的一对叶片由于外侧顶面受定子的内表面约束在转子径向矩形截面通孔内往复移动，致使上述的空间容积由小到大再由大到小周期性变化；该空间容积由小变大时物料被逐渐纳入，该空间容积由大变小时物料在正应力的主要作用下被研磨、压实、排气，同时在来自定子的外加热辅助作用下熔融塑化并被排出，实现物料在很短的热机械历程内完成塑化输运过程。在该空间容积由小到大再由大到小周期性变化时，物料在流动和变形过程中通过的截面积也由小到大再由大到小周期性变化，因此物料的速度梯度与其流动和变形方向一致，这种流动与变形主要受正应力支配，可以认为这是基于拉伸流变的叶片塑化输运过程。多个叶片输送塑化单元串联叠加可以组合成全叶片塑化输运挤出机，叶片塑化输运单元与各种螺杆挤压单元或各种柱塞注射单元可以组合成各种挤出机或注射机的叶片塑化注射装置。

本发明采用基于拉伸流变的高分子材料塑化输运方法及设备，解决了螺杆塑化输运过程中塑化能力主要依赖物料与金属料筒表面之间的摩擦力和物料内摩擦力的问题，与螺杆塑化输运技术及设备相比，具有如下优点：

1、完成塑化输运过程所经历的热机械历程大大缩短，塑化输运能耗降低；

2、塑化输运靠特定形状的空间容积变化完成，具有完全正位移特性，效率提高；

3、塑化输运过程在很短的热机械历程内完成，相应的塑化输运设备体积缩小；

4、塑化输运能力不依赖于物料的物理特性，塑化输运稳定性提高，对物料适应性提高。

附图说明

图1为从挡料盘缺口纳入物料的叶片塑化输运单元结构示意图；

图2为从挡料盘缺口纳入物料的叶片塑化输运单元的A——A剖视图；

图3为从定子缺口纳入物料的叶片塑化输运单元结构示意图；

图4为从定子缺口纳入物料的叶片塑化输运单元的B——B剖视图；

图5为全叶片塑化挤出机结构示意图；