[发明专利]聚合物熔体剪切振动挤出成型装置

说明书

技术领域

本发明属于聚合物挤出成型加工装置技术领域，具体涉及一种曲柄连杆式聚合物熔体剪切振动挤出成型装置。

背景技术

聚合物熔体振动成型加工技术是指在成型过程中施加振动场，以影响聚合物熔体流变性能和凝聚态结构的技术。该技术不仅可有效地促进聚合物分子的解缠，降低聚合物熔体的粘度，提高熔体的流动性，从而改善挤出时的熔体破碎现象和聚合物挤出胀大程度，提高挤出产率和质量，同时还能使挤出物晶粒细化，热稳定性提高。

目前，有关聚合物熔体振动挤出成型加工仪器和装置的研究已有一些报道，如彭响方、瞿金平等研制出毛细管动态流变仪（《中国塑料》，聚合物动态挤出流变行为研究，2000，14（1）：42）。该毛细管动态流变仪是在常规毛细管流变仪基础上，通过振动加压系统作用于压料柱塞对料筒里的熔体叠加1个正弦振动场，其振动频率为0～80Hz，振幅为0～0.3mm，但该流变仪还只是对加工过程的一个简单模拟，并不是真实的成型加工装置。又如郭少云、李惠林等报道了一种聚合物熔体的超声挤出装置（《化学通报》，超声辐照下聚乙烯熔体挤出流变特性的研究， 2001，1: 40）。该装置的振动场是由超声波发生器和超声探头产生的，其超声频率可达20kHz，功率0～300W连续可调，超声探头直径15mm，超声振动方向与熔体流动方向平行，机头口模为变截面毛细管挤出口模，并配有高温熔体压力传感器以连续测量挤出口模压力。该装置与毛细管动态流变仪相比，其振动属于超高频振动。另外，Isayev等（A.I. Isayev, Rishi Kumar, Todd M. Lewis，Ultrasound assisted twin screw extrusion of polymer–nanocomposites containing carbon nanotubes, Polymer, 2009, 50: 250）也进行了超声振动挤出研究，发现超声振动对于聚合物熔体的流变行为有很显著的改善作用，施加超声振动场后，聚合物挤出压力、挤出胀大和熔体粘度均减小，对结晶有细化作用，并使共混物相容性增强。但超声振动在制品力学性能的改善方面却不尽理想，甚至在某些情况下经过长时间的超声处理力学性能出现下降（Fridman M L Peshkovsky S L Vinogradov G V. The rheology of thermoplastics under conditions of spiral flow and vibrations on extrusion. Polym. Eng. Sci. 1981 21( 12) : 755.）。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种聚合物熔体剪切振动挤出成型装置，该装置不仅可避免过高频率引起的制品力学降解，还能促进聚合物分子链取向、串晶结构的生成以及聚合物晶粒的细化，以提高制品力学性能。

本发明提供的聚合物熔体剪切振动挤出成型装置，包括挤出机、通过法兰盘与挤出机联接的挤出机头、口模、定型模、冷却水槽、牵引装置和切割装置，其特征在于还包括设置在挤出机头上方的曲柄连杆剪切振动系统和挤出机头内的熔体流道振动腔，其中曲柄连杆剪切振动系统是由曲柄连杆机构和往复振动杆构成，往复振动杆位于挤出机头上所开的通孔内，该通孔与熔体流道振动腔贯通。

上述装置工作时，当聚合物熔体进入熔体流道振动腔时，往复振动杆就会在曲柄连杆机构的带动下，连续不断地在通孔内上下往复运动，其杆头就会不停的对熔体流道振动腔中的聚合物熔体进行上下挤压抽动，使熔腔内的熔体受到强烈的剪切作用力，促进聚合物分子链取向、串晶结构的生成以及聚合物晶粒的细化。

上述装置中曲柄连杆机构是由其特征在于曲柄连杆机构是由无级变速电机、联轴器、曲柄、连杆和活塞构成，无级变速电机通过联轴器与曲柄连接，连杆一端通过连杆盖与曲柄连接，另一端与活塞连接。

为了使流经熔体流道振动腔的聚合物熔体受到更为强烈的剪切作用，上述装置中往复振动杆为2～6个，每个往复振动杆分别与曲柄连杆机构中对应的活塞连接，其端头穿过挤出机头上的通孔伸入挤出机头内的熔体振动腔内。另外，往复振动杆与口模的距离尽量短，以免由振动剪切作用引起的聚合物分子链的取向和解缠结在此距离段得到太多回复。

上述装置中挤出机的熔体流道与挤出机头内的熔体振动腔之间设置有单向阀，该单向阀位于与挤出机头呈过盈配合的单向阀套筒中。单向阀的设置可以使机头部分的振动不至于影响单螺杆挤出机螺杆部分熔体的流动，以确保其中的聚合物熔体流态更稳定。