[实用新型]一种仿生混合-挤出实验机

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子材料加工实验机，特别是一种热塑性高分子材料加工实验机。 

背景技术

目前，高分子材料研究方向仍然是先进聚合物合金、先进聚合物共混物、生物医用高分子材料、智能高分子材料与仿生高分子材料，以及添加阻燃、碳纳米管、石墨烯、抗菌等助剂的功能高分子材料研发，因此，适合材料研发的加工实验机是非常需要的，但长期困扰研究者所需高分子材料加工实验机的难题主要有三个： 

一是现有高分子材料加工实验机只是混合实验机，或只是挤出实验机，即混合和挤出两种操作只能在不同设备上完成。例如，混合实验机的种类之一是转子型流变仪，具有很好的混合和分散功能，混合时间可任意设定，但制得的混合物无规则形状，内部含有大量气泡或气孔，不能直接作为成型材料用于成型规则形状的样条，且操作者易烫伤，劳力强度大，更不适宜女性研究者或没有体力的人员使用；单螺杆挤出实验机或双螺杆挤出实验机的挤出产物具有规则形状，但混合时间只能通过螺杆转速和长径比控制，虽然慢转速螺杆挤出实验机的混合时间长，但慢转速时的剪切作用低，多相体系分散混合效果差；大长径比螺杆挤出实验机混合时间较长，但设备庞大、笨重、占地面积大，操作复杂。 

二是高分子材料与混合室壁面发生相对滑移，影响剪切分散混合效果。 

三是现有实验机需要消耗相当多的原材料，限制了聚醚醚酮、聚酰亚胺等高成本和高附加值的特种高分子材料的深入研究，更限制了生物高分子材料、石墨烯和碳纳米管等分散混合高分子材料的深入研究，影响了先进高分子材料的开发和应用进程。 

因此，需开发一种具有混合和挤出独立功能、高分子材料与混合室壁面不发生相对滑移、混合时间任意控制、耗材少、操作简单、耗能低、占地小、操作方便的高分子材料熔融加工混合-挤出实验机。发明专利ZL200510086697.X“微量混合-挤出-注射成型一体化实验装置”具有混合时间可控和挤出成型规则形状样条的特点，但使用发现其多相分散混合效果较差，高分子材料液体或熔体与螺杆端面和混合室内底面之间存在相对滑移，以及离心力作用导致高分子材料液体或熔体流向流动场边缘，影响剪切分散效果；其次，混合腔内的空气和挥发分不易逸散。 

发明内容

本发明的目的是提供一种更高剪切流动场和更高分散混合效果、良好排除混合室内气体、混合时间可控、可挤出条样、占地很小的高分子合金、高分子功能材料、高分子分散复合材料等实验用微量料仿生混合-挤出实验机。 

本发明所述一种仿生混合-挤出实验机由端面混合型螺杆100、混合室200、卸料阀300、手轮400、调速电机500、温控和速控柜600组成，端面混合型螺杆100的L₁段端面101与混合室200的内底面形成磨盘混合室，如图1a和图2所示，图2中混合室的工作高度h为0mm～10mm，v表示层流速度，螺杆100与混合室200均采用不锈钢制造。 

本发明所述端面混合型螺杆100的端面101设计有法向沟槽102(图1b)，引用壁虎飞檐走壁及其脚趾吸附原理，在法向沟槽102之间的区域103和混合室200的内底面201设计有31415～282740根仿壁虎脚趾微结构的刚性绒毛104，刚性绒毛104的高30μm～130μm、直径0.2μm～0.5μm、间距20μm～50μm，如图3所示，刚性绒毛增强高分子材料液体或熔体与图1a中201和图1b中103的表面的粘着力或高分子链的分子引力。这种上万根微小刚性绒毛的引力凝聚成一股巨大粘着力，使高分子材料液体或熔体牢牢地吸附在图1a中201的表面和图1b中103的表面，从而提高磨盘混合室的剪切和分散效果。 

本发明所述螺杆100的L1段外表面设计有反向螺纹槽105和平行轴线的沟槽106，反向螺纹槽105的螺旋角α为5°～30°、槽宽为0.5mm～3mm，槽深为0.5mm～2mm，平行于轴线的表面沟槽106的槽宽为0.1mm～3mm、槽深为0.1mm～2mm、槽长等于L₁，如图4所示，螺杆100的L₁段外表面上反向螺纹105可防止料流的逆流，平行轴线的沟槽106可使混合室内气体或挥发分逸散。 

本发明所述螺杆100的L₁段的端面101设计有3条连接中心的法向沟槽102，法向沟槽的槽宽为0.05mm～1mm、槽深为0.05mm～1mm、槽长等于螺杆100L₁段的外径D，如图1b和图4所示。