[发明专利]高频电场与振动力场协同低温加工高分子材料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料塑化加工技术领域，特别是涉及应用于高分子及高分子基复合材料低温塑化的加工方法及装置。

背景技术

当前主流的高分子材料加工方法主要有挤出、注塑、模压等，高分子物料在这些加工设备中经受外部高温加热和机械摩擦热而达到粘流态(温度高于材料熔点)，进而塑化、成型、固化。在加工过程中，物料塑化所需能量主要来源于外部热传递及摩擦机械能转化，加热传热效率低，导致物料塑化过程所需的热机械历程长，能耗较高；同时由于外部加热极易造成物料受热不均，往往导致高分子物料在塑化过程中局部或温度过高降解或温度过低塑化不完全，极大地影响了高分子材料制品的机械性能。

随着当前新型高分子材料如植物纤维增强材料、可降解生物质材料、高性能功能型材料等层出不穷，同时对于高分子材料制品的尺寸精度、混合分散特性、力学性能等各项指标的要求也越来越高，因此对于高分子材料的塑化加工设备也提出了更高的要求：在尽可能低的加工温度和尽可能短的加工历程中实现材料的均匀熔融、塑化、成型。

针对目前高分子材料塑化输运过程所存在的问题，开发一种能够实现高分子材料内部加热的高效的熔融塑化方式，使得高分子物料能够在常温或者显著低于物料熔点的温度下熔融塑化，可以大幅降低塑化加工能耗，有效避免高分子材料在塑化加工过程中的热降解，提升高分子材料制品性能，这对于实现高分子材料高效低耗的加工过程具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对以上高分子加工成型技术和设备中存在的问题和不足，提供一种将高频电场和振动力场同时引入到高分子材料塑化加工中，两种力场协同作用于高分子及高分子基材料，强化塑化加工过程中的加热传热效率，缩短塑化成型周期，实现低温塑化高分子材料的方法和设备。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高频电场与振动力场协同低温加工高分子材料方法：置于上极板和下极板之间的高分子材料或高分子基复合材料受到高频电场与周期性振动应力场的协同作用，高分子材料内部结构在周期性振动应力场作用下发生分子链扭曲错位，晶格畸变，晶片变形滑移，分子内部结构失稳重排，出现大量界面，界面上空间电荷重新排布和堆积，导致材料介电性能大幅提升而具备高频介质加热的条件；协同施加的高频电场使材料内部分子发生频繁的介电极化，分子间的相互碰撞和摩擦，从物料内部产生热量，高能电场能转化为材料内部热能，进而实现高分子材料的低温熔融塑化。

优选地，所述高频电场由高频发生器产生，频率为6.78MHz、13.56MHz和27.12MHz三种。

优选地，所述周期性振动力场由激振装置产生，振动频率和振幅可调，振动频率可调范围为10-1000Hz，振幅可调范围为1-10mm。

优选地，所述高分子材料为聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸或聚氯乙烯；所述高分子基复合材料是以碳纤维、钛酸钡、二氧化钛、玻纤或碳酸钙为填充料，以聚烯烃、聚乳酸或聚氯乙烯为基体的填充型高分子基复合材料。

一种实现高频电场与振动力场协同低温加工高分子材料方法的装置：主要由高频发生器、铜带、导柱、上压板、绝缘板、上极板、成型模具、电控柜、液压油缸、激振装置、下压板、下极板和加热管组成；所述上压板、绝缘板和上极板由上到下依次连接，构成上压部分，安装于导柱上端；下压板、绝缘板和下极板由下到上依次连接，构成下压部分，安装于导柱下端；上极板和下极板相对设置，成型模具放置于下极板上表面或者是将待焊接的高分子或高分子基复合板材置于下极板上表面；下压板往下依次安装激振装置和液压油缸，上压板和下压板内部安装加热管；高频发生器正负极经由铜带分别与上极板和下极板相连，在上极板和下极板间形成稳定的平板式高频电场；电控柜分别与液压油缸、加热管和激振装置连接。

优选地，所述激振装置选用液压振动马达，振动频率和振幅可调，振动频率可调范围为10-1000Hz，振幅可调范围为1-10mm。

优选地，所述绝缘板为云母板；所述成型模具的材质为陶瓷或聚四氟乙烯。

优选地，所述加热管选用单头电阻式电热棒。

优选地，所述下极板上表面安装陶瓷螺钉。

优选地，该装置还包括基台，基台固定于下压部分下面；上极板、绝缘板和上压板采用陶瓷螺栓连接和紧固；下极板、绝缘板和下压板采用陶瓷螺栓连接和紧固。