[发明专利]聚合物熔体脉动形变驱动方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料加工成型技术领域，特别涉及一种聚合物熔体脉动形变驱动方法及装置。

背景技术

挤出成型和注射成型都是高分子材料成型加工的重要方法，最常用的加工设备是传统螺杆挤出机和传统螺杆注射机。传统螺杆挤出机在固体物料塑化输送过程中，固体物料完全靠摩擦输送，塑化熔融主要靠外加热和剪切热，熔体主要靠熔体剪切过程输送，存在物料塑化输送效率低、塑化不均匀等缺陷。与传统螺杆挤出机类似，传统螺杆注射机在固体物料塑化输送过程中也存在以上缺陷，另外传统注射机在熔体注射成型过程中还存在填充不满、制品成型周期长等缺陷。由于上述挤出和注塑方法上的缺陷，高分子材料挤出和注塑产品质量和产量的提高受到严重限制，同时阻碍了高分子材料成型加工技术的发展。而在高分子材料加工过程中引入振动力场，可以提高高分子材料在挤出和注塑过程中的塑化效率，降低高分子材料熔体的粘性和弹性，提高熔体输送效率，增强物料在塑化输运过程中的混合分散效果，从而可以有效提高高分子材料挤出和注塑成型制品的质量和产量。

为此，申请号为90101034.0的发明申请公开了一种电磁动态塑化挤出方法及设备，申请号为92103639.6的发明申请公开了一种螺杆一线式电磁动态塑化挤出机，它们公开了一种与传统螺杆挤出机理论完全不同的电磁动态塑化挤出方法及设备，利用对定子绕组布置及硅钢片槽型参数等特殊设计而产生振动场并将振动场引入聚合物塑化挤出全过程，改变了传统螺杆挤出设备的塑化挤出方式、换能方式及结构形式，创造了由机械、电子、电磁技术相结合，机电磁一体的集成化动态塑化挤出机。为了进一步提高振动场在聚合物混炼和塑化挤出过程中的作用效果，一些新的技术被相继提出，进一步完善和发展电磁动态塑化挤出方法及设备，如：申请号为200510033383.3的发明申请公开了一种螺杆轴向脉动挤出机的驱动方法及装置，在电磁动态塑化挤出方法及设备的基础上公开了一种能方便调节螺杆轴向振动强度的螺杆轴向脉动挤出机的驱动方法及装置，拓宽了工艺参数的调节范围；申请号为200510033366.X的发明申请公开了一种单螺杆脉动诱导熔融塑化挤出方法及装置，采用多个带齿形槽的偏心盘、研磨环和定位环装置的螺杆，可以实现在螺杆转动和轴向振动时产生多维脉动的摩擦、剪切、挤压和研磨作用，提高振动场作用下物料的混合混炼效果。另外，振动场不仅可以引入到挤出成型的整个过程中，同样可以引入到注射成型的整个过程，申请号为96108387.5的发明申请公开了一种电磁式聚合物动态注射成型方法及装置，将电磁动态塑化挤出机的设计思想成功地应用到注射机上，发明了电磁动态注射机，将振动力场引入聚合物的塑化、注射、持压的全过程，从根本上克服了传统注射机的塑化不均、填充不满、制品成型周期长等缺陷；申请号为200510033386.7的发明申请公开了一种注射机螺杆轴向脉动位移方法及装置，在电磁动态注射成型方法及装置基础上公开了一种液压激振的方式实现注射螺杆的轴向脉动，具有无级调频和调幅，输出功率大、效率高等特点，进一步丰富和发展了聚合物动态注射成型方法及设备。

在这些发明中提出了一种新的思路和方法：在高分子材料加工过程和成型制品过程中引入振动力场，实现高分子材料的动态加工和成型制品。其振动力场的引入是在挤出机和注射机上安装螺杆轴向振动驱动装置，通过对挤出机和注射机的单螺杆或螺杆系的中心螺杆轴向方向上施加振幅可调的振动力，实现挤出和注射过程中高分子材料的动态加工并成型制品。其方法及装置可以成功应用于高分子材料挤出和注射过程中动态加工及成型，并成功实现电磁动态挤出机和电磁动态注射机的产业化，尤其是中小型的电磁动态挤出机和电磁动态注射机，与传统挤出机和注射机相比，可以显著降低加工能耗，提高制品质量和产量。

然而对于中大型挤出机和注射机，在单螺杆或螺杆系的中心螺杆轴向方向上施加振动力，一方面由于整个挤压系统的惯性大，以致振动频率不能在较高范围内调整，造成挤出或注射制品的产量和质量的提高受到限制；另一方面在中大型挤出机或注射机上安装螺杆轴向振动驱动装置，设备机械结构较复杂，加工制造成本较高。由于上述的原因，在挤出机或注射机的螺杆上施加轴向振动的方法及装置应用于传统的挤出机或注射机，尤其是中大型的挤出机或注射机还存在许多不完善之处，对改造已有的挤出和注射设备实现动态加工还不具有普适性，实现高分子材料动态挤出或动态注射成型制品的质量和产量的提高受到限制。