專利名稱：一種可視化聚合物微擠出模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物微擠出模具技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種觀測(cè)聚合物熔體在微小流道
內(nèi)的流場(chǎng)分布和壁面滑移速度的可視化微擠出模具。
背景技術(shù)：
聚合物熔體在擠出模具微小流道內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程一直是模具設(shè)計(jì)和聚合物流變學(xué) 研究的重點(diǎn)問(wèn)題。傳統(tǒng)的研究方法只能通過(guò)輸入和輸出參量，如溫度、粘度、壓力等推測(cè)聚 合物熔體在微小流道內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程，并不能直接描述聚合物在流道中真實(shí)的流動(dòng)行為，對(duì) 實(shí)際微擠出模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用有限。 微擠出模具是塑料熔體整個(gè)微擠出成型過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備。目前微擠出模具設(shè)計(jì) 時(shí)，由于微尺度效應(yīng)下聚合物流變理論尚不完整，無(wú)法準(zhǔn)確地描述聚合物熔體在微擠出模 具流道內(nèi)的流動(dòng)行為，所以使得微擠出模具的設(shè)計(jì)很大程度上依賴于"試錯(cuò)法"。這種方法 需要不斷的進(jìn)行試模、修模，耗時(shí)耗力，同時(shí)設(shè)計(jì)質(zhì)量也不高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，試模、修模的時(shí)間占 微擠出模具整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期的30% 40%，這樣造成了模具成本大幅增加，影響到了微 擠出模具的進(jìn)一步發(fā)展。模具可視化技術(shù)是揭開模具內(nèi)熔體流動(dòng)狀態(tài)這一黑匣子最有效的 技術(shù)手段之一。目前，模具可視化技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外模具領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，主要集中在注 塑模具可視化技術(shù)方面，并且取得了顯著的研究進(jìn)展，而對(duì)于聚合物微擠出模具可視化技 術(shù)方面的研究國(guó)內(nèi)外未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可視化聚合物微擠出模具，用于直接觀測(cè)聚 合物熔體微擠出過(guò)程中的流場(chǎng)分布和壁面滑移速度，觀測(cè)的結(jié)果可以完善聚合物流變學(xué)理 論，直接指導(dǎo)聚合物微擠出模具的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種可視化聚合物微擠出模具，主要由連接管、加熱圈、機(jī)頭體、調(diào)整螺栓、定位
銷、擋板、緊固螺栓、可視化口模、壓力/溫度傳感器、芯棒、墊圈、溫度傳感器、通氣螺栓、支
撐板、分流錐和法蘭組成。機(jī)頭體通過(guò)連接管和法蘭與擠出機(jī)出口相連，分流錐和芯棒分別
固定在支撐板兩側(cè)，調(diào)整螺栓和通氣螺栓通過(guò)機(jī)頭體上的螺栓孔與支撐板相接觸，利用墊
圈、擋板和緊固螺栓將可視化口模固定在機(jī)頭體上，溫度傳感器與加熱圈固定在連接管、機(jī)
頭體和可視化口模的外部，壓力/溫度傳感器安裝在口模平直段的小孔內(nèi)。 該模具可以根據(jù)研究的需要更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的分流錐、芯棒和口模。 熔融的聚合物熔體在壓力的作用下通過(guò)連接管進(jìn)入模具流道，在分流錐的作用下
進(jìn)入流道內(nèi)，經(jīng)過(guò)壓縮段的壓縮，最后由平直段擠出。安裝在模具上的加熱圈和溫度傳感器
控制聚合物熔體在擠出過(guò)程中保持恒定的溫度；通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓改變芯棒和口模之間的
同軸度與間隙，使得聚合物熔體擠出過(guò)程的流場(chǎng)分布更為均勻；石英玻璃材質(zhì)的可視化口
模用來(lái)拍攝聚合物熔體在口模內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程；安裝在平直段的壓力傳感器同時(shí)還具有測(cè)量溫度的功能，是一個(gè)壓力/溫度集成型傳感器，具有計(jì)算機(jī)通訊接口 ，用于測(cè)量聚合物熔 體在擠出過(guò)程中的壓力和溫度。 本發(fā)明的效果和益處是通過(guò)可視化模具獲得聚合物熔體在微擠出模具微小流道 內(nèi)的真實(shí)流動(dòng)狀態(tài)，觀測(cè)聚合物的流場(chǎng)分布和壁面滑移速度，從而完善聚合物流變學(xué)研究 和微擠出模具設(shè)計(jì)理論；根據(jù)研究需要更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的分流錐、芯棒和口模，可以研究 不同的模具型腔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)聚合物流場(chǎng)分布和壁面滑移速度的影響；通過(guò)采用固定可視化 口模、調(diào)整芯棒的方法，可以有效地避免直接調(diào)整可視化口模容易破碎的弊端。本發(fā)明可以 直接指導(dǎo)聚合物微擠出模具的設(shè)計(jì)。


附圖是可視化聚合物微擠出模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1連接管；2A加熱圈；3B加熱圈；4機(jī)頭體；5調(diào)整螺栓； 6定位銷；7C加熱圈；8D加熱圈；9擋板；10緊固螺栓；11E加熱圈；12可視化口模； 13壓力/溫度傳感器；14芯棒；15A溫度傳感器；16墊圈；17B溫度傳感器；18通氣螺栓；19 支撐板；20C溫度傳感器；21分流錐； 22D溫度傳感器；23法蘭。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。 使用A加熱圈2、B加熱圈3、C加熱圈7、D加熱圈8、E加熱圈11對(duì)模具進(jìn)行加熱， 使模具各區(qū)域溫度達(dá)到設(shè)定值。通過(guò)安裝在連接管1、機(jī)頭體4和可視化口模12上的A溫 度傳感器15、 B溫度傳感器17、 C溫度傳感器20、 D溫度傳感器22控制擠出過(guò)程中溫度保 持恒定。在擠出機(jī)螺桿的作用下，聚合物熔體由連接管1流入機(jī)頭體4，經(jīng)分流錐21作用進(jìn) 入流道，然后在芯棒14和可視化口模12的共同作用下，熔體截面形狀逐漸壓縮達(dá)到設(shè)計(jì)要 求，并從可視化口模12出口擠出。調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓5，使擠出過(guò)程平穩(wěn)、均勻。通過(guò)安裝在可 視化口模12平直段部分的壓力/溫度傳感器13測(cè)量穩(wěn)態(tài)擠出時(shí)的溫度與壓力；同時(shí)使用 高速攝像機(jī)拍攝可視化口模12中熔體的流動(dòng)狀態(tài)。 觀測(cè)熱塑性聚氨酯(TPU)微型介入導(dǎo)管擠出模具內(nèi)熔體流動(dòng)過(guò)程。
操作步驟 步驟1.使用烘干箱在一定溫度下烘干TPU，去除水分； 步驟2.啟動(dòng)擠出機(jī)，將擠出機(jī)各段和模具各區(qū)域分階段加熱到設(shè)定溫度，并保溫 一段時(shí)間； 步驟3.將烘干的TPU塑料顆粒和示蹤粒子攪拌均勻后倒入料筒，設(shè)置螺桿轉(zhuǎn)速， 進(jìn)行擠出； 步驟4.根據(jù)擠出制品截面形狀和壁厚均勻情況，調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓，改變芯棒和口模 之間的同軸度與間隙，使擠出過(guò)程均勻、穩(wěn)定； 步驟5.將顯微鏡頭與高速攝像機(jī)相連，調(diào)節(jié)好拍攝視場(chǎng)光亮強(qiáng)度，拍攝聚合物熔
體在微小流道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)壓力/溫度傳感器記錄熔體的壓力和溫度情況； 步驟6.通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，獲得微擠出模具內(nèi)聚合物熔體流場(chǎng)分布、流變特性和壁面滑移速度； 歩驟7.設(shè)置新的擠出工藝參數(shù)，或者更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的分流錐、芯棒和可視化 口模，重復(fù)步驟2 步驟6，獲得微擠出流道結(jié)構(gòu)對(duì)熔體流動(dòng)過(guò)程的影響規(guī)律，指導(dǎo)聚合物微 擠出模具的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
一種可視化聚合物微擠出模具，包括連接管(1)、加熱圈、機(jī)頭體(4)、調(diào)整螺栓(5)、定位銷(6)、擋板(9)、緊固螺栓(10)、可視化口模(12)、壓力/溫度傳感器(13)、芯棒(14)、溫度傳感器、墊圈(16)、通氣螺栓(18)、支撐板(19)、分流錐(21)、法蘭(23)組成；加熱圈包括A加熱圈(2)、B加熱圈(3)、C加熱圈(7)、D加熱圈(8)和E加熱圈(11)；溫度傳感器包括A溫度傳感器(15)、B溫度傳感器(17)、C溫度傳感器(20)、D溫度傳感器(22)；其特征在于機(jī)頭體通過(guò)連接管(1)和法蘭(23)與擠出機(jī)出口相連，分流錐(21)和芯棒(14)分別固定在支撐板(19)兩側(cè)，調(diào)整螺栓(5)和通氣螺栓(18)通過(guò)機(jī)頭體(4)上的螺栓孔與支撐板(19)相接觸，利用墊圈(16)、擋板(9)和緊固螺栓(10)將可視化口模固定在機(jī)頭體上，溫度傳感器與加熱圈固定在連接管、機(jī)頭體和可視化口模(12)的外部，壓力/溫度傳感器(13)安裝在口模平直段的小孔內(nèi)；根據(jù)需要更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的分流錐(21)、芯棒(14)和可視化口模(12)；使用石英玻璃材質(zhì)的可視化口模(12)觀測(cè)聚合物熔體在微擠出模具流道內(nèi)的速度場(chǎng)和壁面滑移速度；采用固定可視化口模(12)、調(diào)整芯棒(14)的方法，調(diào)節(jié)芯棒與可視化口模之間的同軸度和間隙；可視化口模(12)的平直段壓力/溫度集成型傳感器測(cè)量聚合物熔體在微擠出過(guò)程中的壓力和溫度；加熱圈和溫度傳感器控制聚合物熔體在微擠出過(guò)程中保持設(shè)定的溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可視化聚合物微擠出模具，屬于聚合物微擠出模具技術(shù)領(lǐng)域。其特征是該可視化模具由連接管、加熱圈、機(jī)頭體、調(diào)整螺栓、定位銷、擋板、緊固螺栓、可視化口模、壓力/溫度傳感器、芯棒、墊圈、溫度傳感器、通氣螺栓、支撐板、分流錐和法蘭組成。根據(jù)需要分別更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的分流錐、芯棒和口模；采用固定可視化口模、調(diào)整芯棒的方法，調(diào)節(jié)芯棒與可視化口模之間的同軸度和間隙；可視化口模用于觀測(cè)聚合物熔體微擠出模具內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)；壓力/溫度傳感器用于測(cè)量聚合物熔體平直段的壓力和溫度；加熱圈和溫度傳感器用于控制微擠出模具的溫度。本發(fā)明通過(guò)可視化口模，獲得聚合物熔體在微擠出模具流道內(nèi)的流場(chǎng)分布、流變特性和壁面滑移速度。
文檔編號(hào)B29C47/92GK101712197SQ20091030926
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者王敏杰, 趙丹陽(yáng), 金翼飛 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)