專利名稱：聚合物楔式磨盤塑化混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種聚合物加工裝置，尤其是對(duì)聚合物及其復(fù)合體系進(jìn)行塑化與混合的加工裝置，具體是指一種聚合物楔式磨盤塑化混合裝置。
背景技術(shù)：
在聚合物加工過(guò)程中，為了提高材料的物理力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及加工性能，經(jīng)常使用一些添加劑如補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、抗氧劑等，顯然聚合物制品的各種性能以及表觀質(zhì)量在很大程度上依賴于混合物的均勻性。目前應(yīng)用的螺桿式聚合物加工設(shè)備主要依賴剪切流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分散混合，其特點(diǎn)是高剪切速率條件下使熔體通過(guò)高剪切應(yīng)力區(qū)。而為提高剪切強(qiáng)度設(shè)置的高應(yīng)力區(qū)大大增加了熔體的黏性發(fā)熱，不僅降低了能量的利用率，還易使基體聚合物發(fā)生降解，從而降低聚合物及其復(fù)合體系的性能。單螺桿擠出機(jī)的工作原理限制了混煉質(zhì)量的提高，雙螺桿擠出機(jī)具有特殊的混煉機(jī)理，可以改善混合物的性能，但其螺桿、機(jī)筒、傳動(dòng)等主要部件加工復(fù)雜，螺桿芯軸不能承受過(guò)大的扭矩，因此對(duì)高填充或高黏度的物料混煉加工較為困難。串聯(lián)磨盤擠出機(jī)是在單螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)將螺桿圓柱面上螺紋的部分功能移至圓盤端面，達(dá)到提高混煉質(zhì)量的目的。由于端面磨盤采用剪切流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分散混合，熔體高頻通過(guò)高剪切應(yīng)力區(qū)，在很高的剪切速率下實(shí)現(xiàn)分散，因此高剪切強(qiáng)度使聚合物的黏性發(fā)熱大大增加，同樣存在能量利用率低，容易導(dǎo)致基體聚合物發(fā)生降解，從而影響聚合物的性能。相對(duì)于剪切流場(chǎng)，拉伸流場(chǎng)作用可使聚合物具有更好的分散效果以及較高的分散效率，并賦予熔體良好的加工黏度，因而更適合于聚合物復(fù)合體系的混合分散。目前，聚合物共混設(shè)備主要是通過(guò)提高剪切速率來(lái)改善分散混合效果，很難得到較高的拉伸速率，因此需要能夠有效實(shí)現(xiàn)拉伸流場(chǎng)的聚合物塑化混合裝置，進(jìn)一步提高聚合物加工設(shè)備性能以及塑化混合質(zhì)量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，以解決平面構(gòu)型磨盤不能實(shí)現(xiàn)拉伸流動(dòng)而導(dǎo)致聚合物粒子難以更有效地破碎、塑化、混合和分散的問(wèn)題。本實(shí)用新型的聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，將一對(duì)或多對(duì)楔式動(dòng)盤2和楔式定盤3構(gòu)成的楔式磨盤置于料筒I中，楔式動(dòng)盤2與螺桿4串聯(lián)于同一芯軸，楔式定盤3與料筒I固聯(lián)，從而使磨盤流道內(nèi)物料受到拉伸作用。上述楔式動(dòng)盤2的凹槽為楔形面結(jié)構(gòu)，并與動(dòng)盤凸臺(tái)相間均布，這樣動(dòng)盤凹槽與定盤凸臺(tái)及凹槽均能形成收斂流道，當(dāng)聚合物熔體通過(guò)磨盤間隙時(shí)，能夠產(chǎn)生拉伸流場(chǎng)；楔式定盤3的凹槽為平面結(jié)構(gòu),并與定盤凸臺(tái)相間均布,楔式定盤3的內(nèi)表面為均布楔形槽結(jié)構(gòu)，聚合物熔體通過(guò)定盤內(nèi)表面的楔形槽時(shí)，經(jīng)受周向拉伸與軸向拉伸的雙向拉伸作用；楔式動(dòng)盤2與楔式定盤3的軸向間隙可以調(diào)整，定盤楔形槽的截面形狀可以調(diào)整，提高不同物料加工的適應(yīng)性。[0007]本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)是將動(dòng)盤設(shè)計(jì)為楔式結(jié)構(gòu)，其動(dòng)盤凹槽為楔形面，這樣動(dòng)盤凹槽與定盤凸臺(tái)及凹槽均能形成收斂流道，當(dāng)聚合物熔體通過(guò)磨盤間隙時(shí)，流道尺寸減小，熔體流動(dòng)速率加快，其速度梯度方向和流動(dòng)方向一致，能夠產(chǎn)生拉伸流場(chǎng)，從而改變磨盤流道內(nèi)熔體的流動(dòng)類型，當(dāng)動(dòng)盤凸臺(tái)與定盤凸臺(tái)相互靠近時(shí)熔體受到強(qiáng)烈的剪切作用，當(dāng)動(dòng)盤凹槽與定盤凹槽或者動(dòng)盤凹槽與定盤凸臺(tái)相互靠近時(shí)熔體受到強(qiáng)烈的拉伸和壓縮作用；定盤端面由凸臺(tái)及凹槽構(gòu)成，定盤內(nèi)表面開(kāi)有均布的楔形槽，聚合物熔體通過(guò)定盤內(nèi)表面的楔形槽時(shí)，隨著槽的間隙變小，熔體通過(guò)楔形槽時(shí)將被加速，從而經(jīng)受周向拉伸與軸向拉伸的雙向拉伸作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的拉伸流動(dòng)，使聚合物熔體的混合效率提高，可以得到充分的分布混合和分散混合；通過(guò)調(diào)整動(dòng)盤與定盤的軸向間隙可以有效改變拉伸比，適合不同物料的分散混合需要；通過(guò)調(diào)整定盤楔形槽的截面形狀可以有效改變拉伸速率，實(shí)現(xiàn)拉伸流變可控的聚合物塑化混合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)基于拉伸流動(dòng)原理設(shè)計(jì)的楔式磨盤塑化混合裝置，磨盤形成的收斂流道內(nèi)物料容易產(chǎn)生拉伸流動(dòng)，可以產(chǎn)生更強(qiáng)的剪切流場(chǎng)和拉伸流場(chǎng)，提高了流道內(nèi)熔體的剪切速率和拉伸速率，能夠用于聚合物成型加工設(shè)備中，如單螺桿擠出機(jī)或串聯(lián)磨盤擠出機(jī)等。(2)楔式磨盤改變了磨盤塑化混合段熔體流場(chǎng)類型，增強(qiáng)了剪切流場(chǎng)，增大了拉伸流場(chǎng)的作用，使聚合物粒子高效地發(fā)生破碎、塑化、混合和分散，粒徑變小、粒度均勻，因此楔式磨盤構(gòu)型可以提供較好的塑化混合效果。(3)楔式磨盤流道內(nèi)物料容易產(chǎn)生拉伸流動(dòng)，相對(duì)于剪切流場(chǎng)具有更強(qiáng)的分散作用，熔體受到的拉伸作用和剪切作用大，磨盤流道內(nèi)熔體的瞬時(shí)拉伸混合效率和平均拉伸混合效率高，可以對(duì)不同物料的塑化混合過(guò)程進(jìn)行有效控制，制取一般塑化混合裝置難以加工的聚合物及其復(fù)合體系。

下面對(duì)本說(shuō)明書(shū)各附圖所表達(dá)內(nèi)容及圖中標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明:圖1為聚合物楔式磨盤塑化混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為楔式動(dòng)盤的端面構(gòu)型圖；圖3為楔式定盤的端面構(gòu)型圖；圖4為楔式磨盤中物料的流動(dòng)狀態(tài)圖；圖5為楔式定盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)記為:1、料筒；2、楔式動(dòng)盤；3、楔式定盤；4、螺桿；5、驅(qū)動(dòng)單元。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:如圖1所示，聚合物楔式磨盤塑化混合裝置主要由置于料筒I中的一對(duì)或多對(duì)楔式動(dòng)盤2和楔式定盤3組成，楔式動(dòng)盤2與螺桿4串聯(lián)于同一芯軸，楔式定盤3與料筒I固聯(lián)。楔式動(dòng)盤2的端面構(gòu)型如圖2所示，動(dòng)盤凹槽設(shè)計(jì)為楔形面，動(dòng)盤凸臺(tái)保持一定高度，并與動(dòng)盤凹槽相間均布。楔式定盤3的端面構(gòu)型如圖3所示，定盤凹槽設(shè)計(jì)為平面，定盤凸臺(tái)保持一定高度，并與定盤凹槽相間均布。這樣動(dòng)盤凹槽與定盤凸臺(tái)及凹槽均能形成收斂流道，當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元5驅(qū)動(dòng)螺桿4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于物料經(jīng)過(guò)的流道尺寸減小，熔體流速加快，其速度梯度方向和流動(dòng)方向一致，從而產(chǎn)生拉伸流場(chǎng)，在拉伸流動(dòng)中物料產(chǎn)生拉伸變形而沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)。由于受到來(lái)自楔式動(dòng)盤2和楔式定盤3之間強(qiáng)烈的剪切、拉伸、摩擦和壓縮作用，從而使物料發(fā)生破碎、塑化、混合和分散。楔式磨盤中物料的流動(dòng)狀態(tài)如圖4所示，當(dāng)動(dòng)盤凸臺(tái)與定盤凸臺(tái)相互靠近時(shí)，熔體受到強(qiáng)烈的剪切作用；當(dāng)動(dòng)盤凹槽與定盤凹槽或者動(dòng)盤凹槽與定盤凸臺(tái)相互靠近時(shí)，熔體受到強(qiáng)烈的拉伸和壓縮作用，而且熔體受到的拉伸作用隨動(dòng)盤與定盤的相對(duì)位置變化而變化。楔式定盤3的結(jié)構(gòu)如圖5所示,定盤端面由凸臺(tái)及凹槽構(gòu)成,定盤內(nèi)表面開(kāi)有均布的楔形槽。聚合物熔體通過(guò)定盤內(nèi)表面的楔形槽時(shí)，隨著槽的間隙變小，熔體通過(guò)楔形槽時(shí)將被加速，從而經(jīng)受周向拉伸與軸向拉伸的雙向拉伸作用，產(chǎn)生強(qiáng)烈的拉伸流動(dòng)，使聚合物熔體的混合效率提高，可以得到充分的分布混合和分散混合。綜上所述，本實(shí)用新型采用楔式磨盤構(gòu)型可以使流道內(nèi)物料更容易產(chǎn)生拉伸流動(dòng)，流道內(nèi)熔體塑化混合效果更充分，通過(guò)調(diào)整動(dòng)定盤的軸向間隙可以有效改變拉伸比，通過(guò)調(diào)整動(dòng)盤楔形面和定盤楔形槽的截面形狀可以有效改變拉伸速率，通過(guò)調(diào)整動(dòng)盤與定盤的數(shù)目可以有效防止溫度過(guò)高而導(dǎo)致聚合物降解，從而實(shí)現(xiàn)拉伸流變可控的聚合物塑化混合，提高不同物料加工的適應(yīng)性。
權(quán)利要求1.一種聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，其特征在于:一對(duì)或多對(duì)楔式動(dòng)盤(2)和楔式定盤(3)構(gòu)成的楔式磨盤置于料筒(I)中，楔式動(dòng)盤(2)與螺桿(4)串聯(lián)于同一芯軸，楔式定盤(3)與料筒(I)固聯(lián)，從而使磨盤流道內(nèi)物料受到拉伸作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，其特征在于:楔式動(dòng)盤(2)的凹槽為楔形面結(jié)構(gòu)，并與動(dòng)盤凸臺(tái)相間均布，這樣動(dòng)盤凹槽與定盤凸臺(tái)及凹槽均能形成收斂流道，當(dāng)聚合物熔體通過(guò)磨盤間隙時(shí)，能夠產(chǎn)生拉伸流場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，其特征在于:楔式定盤(3)的凹槽為平面結(jié)構(gòu)，并與定盤凸臺(tái)相間均布，楔式定盤(3)的內(nèi)表面為均布楔形槽結(jié)構(gòu)，聚合物熔體通過(guò)定盤內(nèi)表面的楔形槽時(shí)，經(jīng)受周向拉伸與軸向拉伸的雙向拉伸作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，其特征在于:楔式動(dòng)盤(2)與楔式定盤(3)的軸向間隙可以調(diào)整，定盤楔形槽的截面形狀可以調(diào)整，提高不同物料加工的適應(yīng)性。
專利摘要本實(shí)用新型的聚合物楔式磨盤塑化混合裝置，主要由置于料筒中的一對(duì)或多對(duì)楔式動(dòng)盤和楔式定盤組成，楔式動(dòng)盤與螺桿串聯(lián)于同一芯軸，楔式定盤與料筒固聯(lián)。楔式動(dòng)盤的凹槽為楔形面結(jié)構(gòu)，并與動(dòng)盤凸臺(tái)相間均布，聚合物熔體通過(guò)磨盤間隙時(shí)能夠產(chǎn)生拉伸流場(chǎng)。楔式定盤的凹槽為平面結(jié)構(gòu)，并與定盤凸臺(tái)相間均布，楔式定盤的內(nèi)表面為均布楔形槽結(jié)構(gòu)，聚合物熔體通過(guò)定盤內(nèi)表面的楔形槽時(shí)經(jīng)受周向拉伸與軸向拉伸的雙向拉伸作用。動(dòng)定盤的軸向間隙及定盤楔形槽的截面形狀均可以調(diào)整，提高不同物料加工的適應(yīng)性。本實(shí)用新型可以使聚合物粒子高效地發(fā)生破碎、塑化、混合和分散，制取一般塑化混合裝置難以加工的聚合物及其復(fù)合體系。
文檔編號(hào)B29C47/38GK203063093SQ201220545300
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者杜遙雪, 柳天磊 申請(qǐng)人:五邑大學(xué)