[实用新型]超高分子量聚合物管材有源驱动脉动形变成型设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及高分子材料挤出加工技术领域，特别涉及一种超高分子量聚合物管材有源驱动脉动形变成型设备。

背景技术

超高分子量聚合物由于其具有极高的分子量，使得超高分子量聚合物制品具备普通高分子材料所不具备的优异性能。例如，超高分子量聚乙烯树脂制品的力学强度高、耐磨性能优异、质轻、环保、吸水率低，广泛应用于纺织、造纸、食品机械、运输、冶金、煤炭等领域；超高分子量PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)在200℃以上的高温下也能保持力学强度，还具有很强的韧性、耐磨性和抗冲击性；而素有塑料王之称的聚四氟乙烯，则具有耐高温、摩擦系数极低的特性。

但超高分子量聚合物临界剪切速率低，容易在很低的转速下就发生熔体破裂，产品表面凹凸不平，因而生产效率低下。物料摩擦系数小，加料段易打滑，使物料无法沿轴向前推进，易造成挤出不稳定；同时，其熔体黏度高，呈现高弹态，分子链之间扩散程度小，松弛时间长，容易产生熔接痕。

传统超高分子量聚合物管材成型工艺有多种，包括固态挤出法、硬顶法、焊接法、粘接法、缠绕法等。通过硬顶法成型，得到的管材熔接强度高，但挤出速度极慢；当挤出速度提高后，管材模头内由于不同料流间熔接不良，所以熔接痕问题凸显，容易造成内部缺陷，同时管材表面质量控制困难。而传统缠绕管材是在型材冷却状态下缠绕并用热熔塑料粘接成整体的，因此缠绕管拼接处熔接强度低。通过焊接法、粘接法成型的，焊缝的强度不足原来的50％，容易造成断裂而泄漏，因此不能满足工业要求。

由此可见，针对目前超高分子量聚合物管材成型中存在的问题，开发一种生产效率高、内应力小、不同料流熔接强度高、无熔接痕的超高分子量聚合物管材成型方法及设备，对超高分子量聚合物材料的诸多优异性能的进一步开发与利用具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超高分子量聚合物管材有源驱动脉动形变成型设备，该设备可实现在保证熔接强度较高的前提下，有效提高管材成型的生产效率。

本实用新型的技术方案为：一种超高分子量聚合物管材有源驱动脉动形变成型设备，包括相连接的挤出机主机和管材成型辅机，管材成型辅机包括机筒和设于机筒内的芯轴，机筒内壁分布有凹槽；机筒一端的侧壁上设有进料口，进料口与挤出机主机连接，机筒另一端为出料口，出料口还连接有口模筒；芯轴包括相连接的轴体和轴头，轴体位于机筒内，轴头位于口模筒内。其中，进料口为开设于机筒侧壁上的矩形通孔，挤出机主机成型的片材直接由该进料口进入管材成型辅机中；机筒内壁的各凹槽(该凹槽结构可为轴向凹槽或螺旋凹槽)沿机筒圆周方向均匀分布于机筒内壁上；芯轴为有源驱动的旋转芯轴，可提供驱动力，使芯轴旋转带动物料前进，保证长停留时间成型条件下成型流动阻力减少，避免了因模头长度大而能耗高、轴向压力过大的问题。

所述轴头包括相连接的渐变段和平直段，渐变段两端分别与轴体和平直段连接，渐变段的直径沿挤出方向逐渐减小。也就是说，芯轴上，平直段的直径小于轴体的直径，且两者之间通过渐变段进行过渡连接。轴头采用耐磨材料制作或进行表面热处理、涂层及渗层等技术以提高耐磨性，缓解由于芯轴与物料摩擦而表面磨损严重导致产品尺寸偏差的问题。

所述口模筒的内壁形状与轴头相同，口模筒与轴头之间还设有耐磨衬套，耐磨衬套的外壁与口模筒的内壁相接触，耐磨衬套的形状也与轴头相同。耐磨衬套具有与机筒相通的进口和出口，衬套的进口与机筒的出料口相通，耐磨衬套与轴头之间形成成型腔，该成型腔沿进口朝向出口的方向上依次设置有相应的渐变段和平直段，实现管材稳定挤出及制品尺寸调整。

作为一种优选方案，所述轴体的外圆柱面上，与机筒上进料口对应的一端设有斜棱。除此之外，芯轴上的其它部位为光轴，该轴体结构相对复杂一些，但片材进入进料口后，斜棱可对片材产生咬合作用，片材在斜棱的咬合作用下以一定角度卷绕到芯轴上，通过芯轴与机筒间形成体积脉动变化的腔体，熔体受到脉动变化的压缩与膨胀作用，在外加热的辅助作用下，促进大分子链的扩散与松弛及内应力释放，有效消除熔接痕。

作为另一种优选方案，所述轴体为光轴。即轴体的外圆柱面为光滑面，不设有任何斜棱或曲面。该轴体结构简单，加工简便，适应性强，且对物料无剪切作用，但对片材的咬合效果不如带斜棱的轴体好。

所述挤出机主机与管材成型辅机之间形成夹角α，且式中D_b为机筒的直径，W为片材的宽度。其中，挤出机主机与管材成型辅机之间形成的夹角即为片材的中线与机筒的进料口中线之间形成夹角，该夹角的设置，使得片材能够在管材成型辅机的芯轴上卷绕并进行无缝拼接。