專(zhuān)利名稱(chēng)：高分子材料管材單螺桿連續(xù)擠出成型機(jī)筒成型法及其成型設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熔融流動(dòng)性很差，甚至沒(méi)有熔融流動(dòng)性的高分子材料管材單螺桿連續(xù)擠出成型機(jī)筒成型法及其成型設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)流動(dòng)性很差的高分子材料管材成型普遍采用的成型方法有柱塞擠出成型；高分子材料進(jìn)行流動(dòng)工藝改性，增加其成型流動(dòng)性后，采取普通單螺桿擠出成型；超高分子量聚乙烯管材單螺桿擠出機(jī)筒成型法。柱塞擠出成型可以看成是連續(xù)的燒結(jié)成型，該方法成型過(guò)程不連續(xù)，塑化時(shí)間長(zhǎng)， 生產(chǎn)效率較低，不宜成型大的成品，在生產(chǎn)應(yīng)用中受到一定限制。對(duì)流動(dòng)性差高分子原料流動(dòng)工藝改性后，采用普通單螺桿擠出成型，雖然能夠成型，但成型效率低下，同時(shí)以降低產(chǎn)品性能為代價(jià)。發(fā)明專(zhuān)利ZL200710053227. 2，專(zhuān)利名稱(chēng)為“超高分子量聚乙烯管材單螺桿擠出機(jī)筒成型法”，提供一種超高分子量聚乙烯管材單螺桿擠出機(jī)筒成型法，實(shí)現(xiàn)對(duì)超高分子量聚乙烯粉料在不改性的前提下，連續(xù)擠出成型超高分子量聚乙烯管材的目的，這種管材制品完好保存了超高分子量聚乙烯材料的各種優(yōu)良性能，成型速度達(dá)15m/h，遠(yuǎn)高于柱塞成型和工藝改性增加成型流動(dòng)性的成型方法。專(zhuān)利ZL200710053227. 2的主要工藝特征是在機(jī)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)“進(jìn)料一壓實(shí)一UHMWPE 管材型胚成型一塑化”的工藝流程，有別于普通擠出機(jī)成型高分子材料管材“進(jìn)料一壓實(shí)一塑化一管材成型(機(jī)筒外)”的工藝流程，這種先成型管材型胚，然后塑化工藝過(guò)程，保證管材的成型與原料熔融流動(dòng)性沒(méi)有必然關(guān)系，即使原料的熔融流動(dòng)性很差也能成型。但專(zhuān)利 ZL200710053227. 2技術(shù)所成型的管材型胚的運(yùn)動(dòng)形式難以控制，一方面管材型胚隨螺桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另外與螺槽間作相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，管材型胚的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)形式為螺旋運(yùn)動(dòng)。在成型過(guò)程中，隨螺桿的同心度的降低，導(dǎo)致螺桿光桿與機(jī)筒間所形成的空間所形成UHMWPE管材型胚的幾何尺寸精度降低，從而影響UHMWPE管材的精確定型和UHMWPE管材成型的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而提出一種高分子材料管材單螺桿連續(xù)擠出成型機(jī)筒成型法，其保留了專(zhuān)利ZL200710053227. 2技術(shù)所有優(yōu)點(diǎn)的前提下，提高了成型穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型設(shè)備，其特征在于包括有螺桿固定支座、進(jìn)料座、送料環(huán)、軸承、螺桿、前端機(jī)筒、齒輪、 軸承、前端機(jī)筒支承座、后端機(jī)筒和定型機(jī)筒，所述的螺桿固定在螺桿固定支座上，前端機(jī)筒分別通過(guò)軸承、軸承與進(jìn)料座和前端機(jī)筒支承座固定在支架上、后端機(jī)筒和定型機(jī)筒固定在支架上，送料環(huán)內(nèi)嵌在前端機(jī)筒的原料入口處，輸出軸通過(guò)齒輪和齒輪與前端機(jī)筒配合連接，將動(dòng)力傳遞到前端機(jī)筒上。按上述方案，所述的螺桿結(jié)構(gòu)劃分為螺桿包括有進(jìn)料壓縮段、螺棱線直線段和螺桿成型光桿段，其中在進(jìn)料壓縮段的結(jié)構(gòu)為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度；所述的螺棱線直線段在螺桿的螺棱線的尾部，螺棱線呈平行于螺桿方向的一段直線；所述的螺桿成型光桿段在形成高分子材料管材型胚處，螺桿的螺棱線消失， 變?yōu)楣鈼U。按上述方案，所述的前端機(jī)筒或前端機(jī)筒的內(nèi)襯上開(kāi)有溝槽，所述的前端機(jī)筒在擠出機(jī)動(dòng)力的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者前端機(jī)筒和后端機(jī)筒作為整體在擠出機(jī)動(dòng)力的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高分原料隨螺槽方向進(jìn)料壓實(shí)。高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型法，其特征在于按以下步驟順序進(jìn)行螺桿靜止，開(kāi)有溝槽的前端機(jī)筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高分子原料隨螺槽前行并逐漸被壓實(shí)，當(dāng)高分子原料到達(dá)螺棱線直線段時(shí)，高分子原料的運(yùn)動(dòng)方向平行于螺桿的方向，隨后到達(dá)螺桿成型光桿段，高分子原料充滿(mǎn)機(jī)筒與螺桿間所形成的空間形成高分子材料管材型胚；所得的高分子材料管材型胚在摩擦熱、機(jī)筒外熱和加熱螺桿的共同作用下，逐漸塑化，得到高分子材料管材；然后在擠出壓力的繼續(xù)作用下，處于高彈態(tài)下的高分子材料管材通過(guò)定型芯棒和定型套來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度和幾何尺寸的均化過(guò)程；再通過(guò)冷卻套完成冷卻定型過(guò)程，最后通過(guò)牽引裝置、計(jì)量裝置和切割裝置共同協(xié)調(diào)工作下，實(shí)現(xiàn)高分子材料管材的連續(xù)成型。本發(fā)明的基本原理是螺桿靜止，前端機(jī)筒旋轉(zhuǎn)，整個(gè)成型過(guò)程的動(dòng)力來(lái)自于前端機(jī)筒的旋轉(zhuǎn)；原料從進(jìn)料座進(jìn)入后一自然態(tài)一壓緊態(tài)一完全壓實(shí)態(tài)一形成高分子材料管材型胚，其運(yùn)動(dòng)軌跡沿螺槽方向作絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后一段螺棱呈直線狀，方向與螺桿方向平行， 這樣就保證所形成的高分子材料管材型胚的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是隨螺桿方向作直線運(yùn)動(dòng)，提高了管材型胚的質(zhì)量和成型穩(wěn)定性；隨著螺棱的消失，螺桿變?yōu)楣鈼U，此時(shí)高分子材料管材原料充滿(mǎn)后端機(jī)筒與光桿間，從而形成管材型胚；在摩擦熱和機(jī)筒加熱器熱傳導(dǎo)的共同作用下，當(dāng)管材型胚到達(dá)機(jī)筒前端處，管材充分完全塑化，完成高分子材料管材在機(jī)筒內(nèi)的成型過(guò)程， 其后，定型機(jī)筒內(nèi)，通過(guò)內(nèi)壓法或外壓法，實(shí)現(xiàn)高分子材料管材的精確定型。本發(fā)明與專(zhuān)利ZL200710053227. 2，發(fā)明名稱(chēng)“超高分子量聚乙烯管材單螺桿擠出機(jī)筒成型法”相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)保證了高分子材料管材型胚沿螺桿方向作絕對(duì)運(yùn)動(dòng)如圖2所示，由于螺桿靜止不動(dòng)，前端機(jī)筒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將高分子原料不斷向前輸送壓實(shí)，原料沿螺槽方向向前輸送，最后一段螺棱呈直線狀，方向與螺桿方向平行，保證所形成的高分子材料管材型胚的運(yùn)動(dòng)形式是隨螺桿方向作直線運(yùn)動(dòng)；
(2)提高了高分子材料管材型胚質(zhì)量和成型過(guò)程的穩(wěn)定性專(zhuān)利ZL200710053227.2 技術(shù)在成型過(guò)程中由于螺桿偏心旋轉(zhuǎn)的影響，導(dǎo)致高分子管材型胚的幾何尺寸精度難以保證，同時(shí)管材型胚在機(jī)筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)由其隨螺桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和與螺槽間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成， 管材型胚的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)形式為螺旋運(yùn)動(dòng)，這影響了管材的定型和成型過(guò)程的穩(wěn)定性。本發(fā)明螺桿靜止不動(dòng)，管材型胚的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檠芈輻U方向作絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，提高了高分子材料管材型胚的成型精度和成型穩(wěn)定性；
(3)本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)在高分子管材成型工藝上突破了傳統(tǒng)單螺桿擠出成型高分子材料管材的成型工藝即先在機(jī)筒內(nèi)形成管材型胚，再塑化的工藝。這種工藝路線保證本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)在成型高分子材料管材時(shí)，不需要考慮原料的流動(dòng)性，即使流動(dòng)性很差時(shí)也能成型；
(4)本發(fā)明所成型得到的高分子材料管材可保持原料的物理性能在進(jìn)行高分子材料成型管材時(shí)，成型溫度低于原料分解溫度，則成型的高分子材料管材將完好的保留原料的性能。


圖1為本發(fā)明的成型設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但是不會(huì)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例1本發(fā)明的成型設(shè)備主要包括螺桿固定支座1、進(jìn)料座2、送料環(huán)3、軸承 4、螺桿5、前端機(jī)筒6、固定在前端機(jī)筒上的齒輪7、軸承8、前端機(jī)筒支承座9、后端機(jī)筒10 和定型機(jī)筒11，所述的螺桿5固定在螺桿固定支座1上，前端機(jī)筒6分別通過(guò)軸承4、軸承 8與進(jìn)料座2和前端機(jī)筒支座9固定在支架上、后端機(jī)筒10和定型機(jī)筒11固定在支架上， 送料環(huán)3內(nèi)嵌在前端機(jī)筒的原料入口處、擠出機(jī)的輸出軸12通過(guò)齒輪13和齒輪7與前端機(jī)筒6配合連接，將動(dòng)力傳遞到前端機(jī)筒6上。本發(fā)明的機(jī)筒由前端機(jī)筒6和后端機(jī)筒10組成，其中前端機(jī)筒6在齒輪7的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，后端機(jī)筒10處于靜止?fàn)顟B(tài)。所述的螺桿5具有以下結(jié)構(gòu)特征等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度；所述的螺棱線直線段在螺桿的螺棱線的尾部，螺棱線呈平行于螺桿方向的一段直線；所述的螺桿成型光桿段在形成高分子材料管材型胚處，螺桿的螺棱線消失， 變?yōu)楣鈼U。送料環(huán)3內(nèi)嵌在前端機(jī)筒的原料入口處，提高了高分子原料初始輸送能力。前端機(jī)筒6內(nèi)開(kāi)有溝槽，提高對(duì)高分子原料的輸送能力。高分子材料管材單螺桿擠出成型機(jī)筒成型法需要的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、溫度控制系統(tǒng)都可采用現(xiàn)有單螺桿擠出機(jī)相同設(shè)備及技術(shù)。牽引裝置、計(jì)量裝置和切割裝置采用現(xiàn)有常規(guī)裝備。高分子材料管材單螺桿擠出成型機(jī)筒成型法，按以下步驟順序進(jìn)行螺桿靜止，開(kāi)有溝槽的前端機(jī)筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高分子原料隨螺槽前行并逐漸被壓實(shí)，當(dāng)高分子原料到達(dá)螺棱線直線段時(shí)，高分子原料的運(yùn)動(dòng)方向平行于螺桿的方向，隨后到達(dá)螺桿成型光桿段，高分子原料充滿(mǎn)機(jī)筒與螺桿間所形成的空間形成高分子材料管材型胚；所得的高分子材料管材型胚在摩擦熱、機(jī)筒外熱和加熱螺桿的共同作用下，逐漸塑化，得到高分子材料管材；然后在擠出壓力的繼續(xù)作用下，處于高彈態(tài)下的高分子材料管材通過(guò)定型芯棒和定型套來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度和幾何尺寸的均化過(guò)程；再通過(guò)冷卻套完成冷卻定型過(guò)程，最后通過(guò)牽引裝置、計(jì)量裝置和切割裝置共同協(xié)調(diào)工作下，實(shí)現(xiàn)高分子材料管材的連續(xù)成型。在高分子材料管材成型過(guò)程中在加熱區(qū)的溫度均小于高分子材料的分解溫度。表1為中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究院，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1所生產(chǎn)的純 UHMWPE管材進(jìn)行關(guān)鍵性能參數(shù)檢測(cè)報(bào)告，表明樣品在密度、維卡軟化溫度和耐磨性等方面完好的保留了純UHMWPE的物理性能。 表1對(duì)機(jī)筒成型法生產(chǎn)的純UHMWPE管材進(jìn)行關(guān)鍵性能參數(shù)檢測(cè)報(bào)告
1樣品按照GB/T1033. 1-2008中的浸漬法進(jìn)行密度檢測(cè)，結(jié)果為0. 931g/cm3;2樣品按照GB/T8802-2001進(jìn)行維卡軟化溫度檢測(cè)，結(jié)果為76. 3。C ；3樣品按照QB/T2668-2004附錄B進(jìn)行砂漿磨損率檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果為0. 14%。
權(quán)利要求
1.高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型設(shè)備，其特征在于包括有螺桿固定支座(1)、 進(jìn)料座(2)、送料環(huán)(3)、軸承(4)、螺桿(5)、前端機(jī)筒(6)、齒輪(7)、軸承(8)、前端機(jī)筒支承座(9)、后端機(jī)筒(10)和定型機(jī)筒(11)，所述的螺桿(5)固定在螺桿固定支座(1)上，前端機(jī)筒(6)分別通過(guò)軸承(4)、軸承(8)與進(jìn)料座(2)和前端機(jī)筒支承座(9)固定在支架上、后端機(jī)筒(10)和定型機(jī)筒(11)固定在支架上，送料環(huán)(3)內(nèi)嵌在前端機(jī)筒的原料入口處，輸出軸(12)通過(guò)齒輪(13)和齒輪(7)與前端機(jī)筒(6)配合連接，將動(dòng)力傳遞到前端機(jī)筒(6) 上。
2.按權(quán)利要求1所述的高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型設(shè)備，其特征在于所述的螺桿(5)結(jié)構(gòu)劃分為螺桿由進(jìn)料壓縮段、螺棱線直線段和螺桿成型光桿段，其中在進(jìn)料壓縮段的結(jié)構(gòu)為等螺距變螺槽深度、變螺距變螺槽深度或變螺距等螺槽深度；所述的螺棱線直線段在螺桿的螺棱線的尾部，螺棱線呈平行于螺桿方向的一段直線；所述的螺桿成型光桿段在形成高分子材料管材型胚處，螺桿的螺棱線消失，變?yōu)楣鈼U。
3.按權(quán)利要求1或2所述的高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型設(shè)備，其特征在于所述的前端機(jī)筒或前端機(jī)筒的內(nèi)襯上開(kāi)有溝槽，所述的前端機(jī)筒(6)在擠出機(jī)動(dòng)力的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者前端機(jī)筒(6)和后端機(jī)筒作為整體在擠出機(jī)動(dòng)力的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高分原料隨螺槽方向進(jìn)料壓實(shí)。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型設(shè)備的高分子材料管材單螺桿擠出機(jī)筒成型法，其特征在于按以下步驟順序進(jìn)行螺桿靜止，開(kāi)有溝槽的前端機(jī)筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高分子原料隨螺槽前行并逐漸被壓實(shí)，當(dāng)高分子原料到達(dá)螺棱線直線段時(shí)，高分子原料的運(yùn)動(dòng)方向平行于螺桿的方向，隨后到達(dá)螺桿成型光桿段，高分子原料充滿(mǎn)機(jī)筒與螺桿間所形成的空間形成高分子材料管材型胚；所得的高分子材料管材型胚在摩擦熱、機(jī)筒外熱和加熱螺桿的共同作用下，逐漸塑化，得到高分子材料管材；然后在擠出壓力的繼續(xù)作用下，高分子材料管材通過(guò)定型芯棒和定型套來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度和幾何尺寸的均化過(guò)程；再通過(guò)冷卻套完成冷卻定型過(guò)程，最后通過(guò)牽引裝置、計(jì)量裝置和切割裝置共同協(xié)調(diào)工作下，實(shí)現(xiàn)高分子材料管材的連續(xù)成型。
全文摘要
本發(fā)明高分子材料管材單螺桿連續(xù)擠出成型機(jī)筒成型法及其成型設(shè)備，按以下順序進(jìn)行螺桿靜止，開(kāi)有溝槽的前端機(jī)筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高分子原料隨螺槽前行并逐漸被壓實(shí)，當(dāng)原料到達(dá)螺棱線直線段時(shí)，高分子原料的運(yùn)動(dòng)方向平行于螺桿的方向，隨后到達(dá)螺桿成型光桿段，高分子材料充滿(mǎn)機(jī)筒與螺桿間所形成的空間形成高分子材料管材型胚；然后加熱塑化，得到高分子材料管材；在擠出壓力的繼續(xù)作用下，高分子材料管材通過(guò)定型芯棒和定型套來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度和幾何尺寸的均化過(guò)程；再通過(guò)冷卻套完成冷卻定型過(guò)程。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)提高了高分子材料管材型胚的成型精度和成型穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B29C47/38GK102358022SQ20111021774
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者秦建華 申請(qǐng)人:武漢工程大學(xué)