[发明专利]基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料混炼加工方法与装置，具体是指基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化方法及装置。

技术背景

随着高分子材料学科的不断发展，高分子材料的制品在各个行业领域得到了广泛的应用，任何高分子材料均需要通过成型加工才能成为有用的制品。因此，高分子材料的成型加工工艺和加工设备对于高分子材料制品的性能显得尤为重要。其中，高分子材料的密炼过程是整个加工过程中重要的一步。传统的加工方法主要是以密炼机塑炼和混炼为主。密炼机对高分子材料的密炼过程为间歇式的，其密炼工艺为：物料从密炼机加料口投入混炼室，在外力和外热的复合作用下承受剪切、捏合、混合、塑化和均化，最后开启卸料门将混炼好的物料排出，再进行下一批物料的密炼。密炼机操作简单，而且物料无需进行特殊的预处理，设备工作原理易掌握，但是由于密炼机的间歇混炼，每一批混炼的物料都存在有差异，再加上混炼过程中能量的波动以及混炼室内物料的流动特性等因素限制了混炼物料的质量的提高。这种间歇式的传统密炼设备得到的混炼物料已经难以满足现代工业生产中高端产品的要求。传统的密炼机存在设备能耗大、产品质量波动大、生产效率低、密炼效果有限制等固有缺陷，已经成为高分子材料加工发展的一个亟待解决的难题。因此，高分子材料的混炼加工亟待在技术和设备上有新的突破和进展。

为了提高高分子材料密炼的生产效率，提高密炼产品的质量并尽可能的降低生产能耗，研究人员做了大量的工艺以及设备方面的优化研究。新的工艺，如更优化的混炼配方的开发；设备优化方面主要是对混炼设备的混炼转子或螺杆的改进。这些研究在一定的程度上提高了混炼的生产效率，同时对混炼产品的质量也有所提高，但是在降低能耗方面效果并不明显，很难达到高效节能的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化方法，以解决高分子材料密炼加工过程中能耗高、密炼过程不连续、效率低等问题。

本发明的目的还在于提供实现所述方法的一种基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化装置。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化方法：利用与各自旋转轴线偏心的第一螺旋转子和第二螺旋转子异向啮合旋转时，第一螺旋转子和第二螺旋转子与定子内壁面的间隙、第一螺旋转子和第二螺旋转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性由大变小再由小变大，使物料在两转子轴向循环连续密炼的过程被强化。

一种所述方法的基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化装置，主要由与各自旋转轴线偏心的第一螺旋转子和第二螺旋转子及定子组成；第一螺旋转子和第二螺旋转子异向旋转啮合，置于空心的定子中；第一螺旋转子和第二螺旋转子的外表面为偏心啮合型凸棱结构，第一螺旋转子的凸棱结构轴线和第二螺旋转子的凸棱结构轴线分别与本第一螺旋转子的转子旋转轴线和第二螺旋转子的转子旋转轴线存在相同的偏心量，且第一螺旋转子和第二螺旋转子的水平偏心方向相同排布，偏心量大于0而小于定子内腔半径与螺旋转子的凸棱结构表面半径之差；

第一螺旋转子和第二螺旋转子均设有排列相同的三块凸棱体，第一螺旋转子分别设有第一螺旋凸棱体、第一三角状凸棱体和第二三角状凸棱体；第二螺旋转子分别设有第二螺旋凸棱体、第三三角状凸棱体和第四三角状凸棱体；第一螺旋凸棱体和第二螺旋凸棱体为绕转子圆柱外表面轴向的螺旋体；第一三角状凸棱体和第二三角状凸棱体以及第三三角状凸棱体和第四三角状凸棱体分别为设置在转子两端，顶点相对交错分布的三角状凸棱体；第一螺旋转子上的第一螺旋凸棱体、第一三角状凸棱体和第二三角状凸棱体分别与第二螺旋转子上的第二螺旋凸棱体、第三三角状凸棱体和第四三角状凸棱体形成的间隙啮合。

优选地，所述偏心量大于定子内腔半径与螺旋转子的凸棱结构表面半径之差的三分之一，小于定子内腔半径与螺旋转子的凸棱结构表面半径之差。

本发明两转子内啮合转动时，由于螺旋转子凸棱结构的轴线同本转子旋转轴线偏心，转子与定子内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性由大变小再由小变大，纳入物料随转子与定子内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性变化被塑化挤压输送。在这种连续的周期性变化过程中，物料在外力和外热的复合作用下承受了剪切、拉伸、混合、塑化和均化，从而达到对物料强化密炼效果。

本发明采用基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化方法及装置，解决了传统高分子材料密炼技术及设备生产不连续、效率低、能耗高等问题，与传统高分子材料密炼技术及设备相比，具有如下优点：