CN104487227A - 由增塑材料形成长片的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

由增塑材料形成长片的方法及实施该方法的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通过挤出方式从粉末状增塑物质制备长形产品。本发明的技术效果是使从增塑材料形成长片成为可能，所述片在结构上具有一致性且无缺陷。从粉末状增塑材料形成长片的方法包括：形成坯料；将坯料通过在入口具有圆形截面并在出口具有矩形截面的形变通道进行挤压，从而使材料拉伸；然后形成产品；并对产品进行校准。在通过形变通道对材料进行挤压的过程中，在材料内形成形变区。在形变通道的前半长度，材料在中心区的形变度不少于材料在形变通道的整个长度上经受的整体形变度的80％，而在外周区的形变度不大于材料在形变通道的整个长度上经受的整体形变度的20％。在形变通道的后半长度，与材料沿通道的轴移动因此降低了外周区的宽度和高度的同时，通过将所述材料挤压回到中心区，材料在外周区的体积相对于材料在中心区的体积也下降了。实施该方法的装置包括具有形状加工通道和校准拉模的所有必要的形变元件。

Description

由增塑材料形成长片的方法及实施该方法的装置
技术领域
本发明涉及通过挤压粉末状增塑物质进行长形产品的生产。
背景技术
公知用于通过挤压聚合材料的熔融物质而获得长片的方法和装置。例如，公知用于制造热塑性带的挤压机的挤出模头，其具有带有圆形入口开口和槽形校准出口开口的螺旋通道。所述螺旋通道表面具有进料锥体、中间区以及校准区，所述中间区包含以锥形表面的形式、在顶点显示较小锥形角的储存部分。通过该装置实施的方法包括：形成坯料并通过在入口具有圆形截面并在出口具有槽形截面的形变通道对其进行挤压，从而使材料拉伸，然后形成产品，并对产品进行校准。所述储存部分用于形成高密度材料的区域，以使待挤出产品的形状稳定(参见，例如，RU94025660A1，公开日：1996年5月20日)。
熔融聚合材料的液态使得无需担心材料中断，即使在形变通道中高梯度的材料流速时也如此，以及在通过不同的通道将材料供给至形变通道的各区的挤出方法的情况下，在将各个分流的流体进行混合时，能在它们接触的表面获得无缺陷且均质的物质。
液体介质的这些特性不能表征包括固体和增塑材料的可塑介质或粘性可塑介质，不能使用对加工用于从粉末状增塑材料制备长片的熔融材料有用的方案。
发明内容
本发明的目的在于使从粉末状增塑材料形成长片成为可能，所述片在结构上具有一致性且无缺陷。
本发明所获得的技术效果是提供这样一种材料形变度，其在产品的整个体积上相同，并提供来自于形变通道的待形变材料相同的线性流速，使形成的产品的整体结构均匀且无缺陷。
所述技术效果是通过如下从粉末状增塑材料形成长片的方法获得的，该方法包括如下步骤：形成坯料；将坯料通过在入口具有圆形截面并在出口具有矩形截面的形变通道进行挤压，从而使材料拉伸；形成产品；并对产品进行校准，根据该方法，在通过形变通道对材料进行挤压的过程中，在材料内形成了形变区，其具有邻接形变通道的垂直对称平面的中心区以及位于中心区两侧的两个外周区。在此情况下，在形变通道的前半长度，材料在中心区的形变度不少于材料在形变通道的整个长度上经受的整体形变度的80％，而其在外周区的形变度不大于材料在形变通道的整个长度上经受的整体形变度的20％。在形变通道的后半长度，在材料沿通道的轴移动因此降低了外周区的宽度和高度的同时，通过将所述材料挤压回到中心区，材料在外周区的体积相对于材料在中心区的体积也下降了。
在一个具体的实施例中，在形成机械特性取决于温度的材料的过程中，当挤压材料使其通过时，材料经受相对于拉伸轴为非均匀而对称的温度场的作用，其中从形变通道入口到出口的方向温度下降，从垂直对称平面到外周的方向温度上升。
所述技术效果是通过如下从粉末状增塑材料形成长片的装置获得的，该装置包括：具有异形形变通道的形变元件，该形变通道的出口部制成校准模，且该形变通道的异形表面具有水平对称平面和垂直对称平面，二者的交叉线表示通道的轴，所述异形表面具有圆形入口开口和矩形校准开口。另外，所述异形表面通过凸凹封闭轮廓从入口开口处垂直于通道轴的圆形截面变为校准开口处垂直于通道轴的矩形截面，该轮廓中，具有不同曲率符号(signs)的曲线相互相切地结合，而垂直对称平面与形变通道的异形表面的每条交叉线包括：与所述封闭轮廓的凹形部分交叉的凸凹部，以及从凹侧与其邻接的直线部，该直线部与通道轴平行。在此情况下，两条线的直线部之间的距离是恒定的且与矩形校准开口的高度相同，两条线的凸凹部在相同部分，即所述凸凹封闭轮廓的凹形部分的中心，开始转换为直线部，在该处凹形部分开始相切地转换为直线段，该直线段的长度沿形变通道的长度增长，且在其出口处与矩形校准开口的宽度相同。水平对称平面与形变通道的异形表面的每条交叉线由具有不同曲率符号(signs)的两部分构成，且与所述封闭轮廓的凸形部分交叉，与水平对称平面邻接的部分在形变通道出口处转换为平行于垂直对称平面的直线段，其最大长度与矩形校准开口的高度相同。
在一个具体的实施例中，当校准开口的宽度大于入口开口的直径时，通过形变通道的异形表面与水平对称平面之间的交叉形成、且由不同曲率符号的两部分构成的线为凹凸的，包括邻接于入口开口的凹部和邻接于校准开口的凸部。
在另一个具体的实施例中，当校准开口的宽度小于入口开口的直径时，通过形变通道的异形表面与水平对称平面之间的交叉形成、且由曲率符号不同的两部分构成的线为凸凹的，包括邻接于入口开口的凸部和邻接于校准开口的凹部。
另外，当其形成机械特性取决于温度的材料时，形变元件由壁制成，所述壁具有设计成用于提供液体或气体循环、与形变通道轴对称并具有独立的入口和出口的6～10个通道。
附图说明
本发明通过以下附图进行说明。
图1表示本发明的装置中的形变通道的异形表面。
图2a～2h表示依次从圆形入口开口a至矩形出口开口h的形变通道的异形表面的截面。
图3表示形变通道异形表面与垂直对称平面的交叉线。
图4表示形变通道异形表面与水平对称平面的交叉线。
图5表示通道的外周区的截面面积s沿长度l的变化曲线。
图6和图7表示根据本发明的方法和装置制备的长片的照片。
具体实施方式
由粉末状可塑材料形成长片的装置包括：形变元件，其邻接于挤压机，在形变通道内具有异形表面1。如图1所示，形变通道的异形表面1具有水平对称表面和垂直对称表面，两个面的交叉线为通道轴(轴z)，且具有圆形入口开口2和矩形校准开口3。在此情况下，异形表面1通过凸凹表面从入口开口2的圆形截面过渡到校准开口3的矩形截面。在与通道轴垂直的部分，这些表面形成如图2所示的封闭轮廓，其中，具有不同曲率符号(signs)的曲线相互相切地邻接。
如图3所示，垂直对称平面(平面y-z)与形变通道的异形表面1的交叉线跨越图2所示的封闭轮廓内的凹形部分的中心，且包括凸凹部4，和邻接于凹侧的最后且与通道轴(轴z)平行的直线部5。两条线的直线部5之间沿轴y的距离是恒定的且与校准开口3的高度相同。
从部分e开始——在该处，图3所示的凸凹线4过渡为在构成图2所示凸凹封闭轮廓的一部分的凹形部分的中心与形变通道平行的直线段5，凹形部分开始相切地过渡为直线段6(图2e)，直线段之间沿轴y的距离分别为与校准开口3的高度相同，其长度沿形变通道的长度增加，在最后的出口处，与矩形校准开口3的宽度相同。
水平对称平面(平面x-z)与形变通道的异形表面的交叉线的形状变化例之一如图4所示。这些线中的每一条跨越图2所示的封闭轮廓中凸形部分的中心，且由具有不同曲率符号的两部分构成。在形变通道的出口处，这些线沿轴x之间的距离与校准通道的宽度相同。
异形表面1在形变通道中的几何特性为本发明从增塑材料形成长片的方法的实施做了准备。通过形变通道1挤压的圆形坯料在通过该装置的形变通道1时，在出口处获得了水平对称平面和垂直对称平面的尺寸具有很高的宽高比的矩形形状。特别地，来自于与中心对称平面(平面y-z)邻接的中心区的材料，在直接挤出过程中，经过形变通道的挤压，如图2和图3所示，由于形变通道截面面积在形变通道1的前半长度的所述区的快速下降，经受在形变位置的整个长度中材料整体拉伸度的至少80％。这种在所述区的材料的加强形变过程同时建立了较高的压力应力，所述压力应力通过直接挤出的方式，沿垂直于挤出轴的方向，向图2所示与中心区邻接的形变通道的两个凸形外周区挤出材料。这种材料的移动是由于下述原因产生的：挤出压力以及因此产生的外周区材料的压力应力，由于图5所示形变通道的前半长度的截面面积，将下降20％以下，其对应于这些区中材料的拉伸度。在这些区中，由于沿垂直于形变通道的水平对称平面(平面x-z)的方向的材料的镦粗(压缩)形变，材料经受额外的形变过程，随之而来的是，在垂直于镦粗轴的平面中的所述区的截面面积下降较少时，外周区的宽度沿水平对称平面增加。
用于从形变通道的前半长度的中心区挤出材料的压力的较大损失——归因于材料在形变通道长度的该部分的高拉伸度，以及材料在形变通道长度的后半段区的低拉伸度，即材料流动的低阻力——导致中心区材料在形变通道的后半长度镦粗应力的较低值。由于材料沿形变通道的前半长度中的外周区的流动并没有因在这些区的低拉伸度而伴随材料压出压力的高损失，因此，材料在形变通道的后半长度的入口处的这些区的压力应力保持与在形变通道入口处压出时的压力值接近。这种在中心区和外周区的材料的压力应力的动态变化导致这些区的材料的压力应力之间关系的变化。凸形外周区的截面面积以及沿轴y方向相对于校准开口部的高度的80％甚至更大的下降，如图2和图5所示，即根据形变通道的后半长度直接挤出的方式而使外周区的形变度的增加，导致材料沿通道流动的高阻力。并且，作为结果，根据从外周区向中心区翻倒挤出的方式(挤出产品的宽度沿垂直于挤出轴的方向增大)，其导致材料向低压力应力的区压出。这种通过挤出从粉末状增塑材料形成长片的处理材料的方法提供了材料从形变通道在其整个宽度和高度上相同的线性流出速率，且提供了在该部分的整个表面相同的材料形变加工。
该结果通过由沥青焦碳组合物得到的长片的坯料的密度数据得到证实，其照片如图6和图7所示。特别地，在24％含量的介质温度的沥青和粒径小于10μm的情况下，挤出的坯料具有1.76～1.78g/cm3的密度，实际与这样的复合材料的附加物密度相同。这样形成的接近压缩状态的坯料材料密度可完全防止产品内与不均质材料相关的所有问题。在烘烤和石墨化后，无需额外的浸制或加工，材料密度值为1.86～1.89g/cm3。图6和图7还示出了并没有出现在材料以高梯度的线性速率从形变通道流出时的缺陷，因为并没有这种速率梯度。
该装置的形变元件中由于存在设计成用于抽吸液体或气体、对称于通道轴且具有独立的入口和出口(未在图中示出)的6～10个通道，当通过形变通道挤压材料时，能使其经受相对于拉伸轴为非均匀而对称的温度场的作用。在形变位置，它提供了材料的临界和粘度特性的均衡，能够通过该形变方法获得预定的目标。这种对于机械特性取决于温度的材料的温度调节是有必要的，这是由于所述材料在其已经进入形变通道时，在与通道轴垂直的各部分具有不相同的温度，且材料中的这种温度分布会随材料沿通道移动时由于工具表面热交换的不同和材料经受不同形变区时形变程度的不同而发生变化，这是因为形变应变转化成用于加热待形变介质的温度。

Claims (6)

1.从粉末状增塑材料形成长片的方法，包括如下步骤：形成坯料；将坯料通过在入口具有圆形截面并在出口具有矩形截面的形变通道进行挤压，从而使材料拉伸；形成产品；并对产品进行校准，其中，在通过形变通道对材料进行挤压的过程中，在材料内形成了形变区，其具有邻接形变通道的垂直对称平面的中心区以及位于中心区两侧的两个外周区；在此情况下，在形变通道的前半长度，材料在中心区的形变度不少于材料在形变通道的整个长度上经受的整体形变度的80％，而在外周区的形变度不大于材料在形变通道的整个长度上经受的整体形变度的20％；在形变通道的后半长度，在材料沿通道的轴移动因此降低了外周区的宽度和高度的同时，通过将所述材料挤压回到中心区，材料在外周区的体积相对于材料在中心区的体积下降了。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在形成机械特性取决于温度的材料的过程中，当挤压材料使其通过时，材料经受相对于拉伸轴为非均匀而对称的温度场的作用，其中从形变通道入口到出口的方向温度下降，而从垂直对称平面到外周的方向温度上升。
3.一种从粉末状增塑材料形成长片的装置，包括：具有异形形变通道的形变元件，该形变通道的出口部制成校准模，且该形变通道的异形表面具有水平对称平面和垂直对称平面，二者的交叉线表示通道的轴，异形表面具有圆形入口开口和矩形校准开口，另外，所述异形表面通过凸凹封闭轮廓从入口开口处垂直于通道轴的圆形截面变为校准开口处垂直于通道轴的矩形截面，该轮廓中，具有不同曲率符号的曲线相互相切地结合，而垂直对称平面与形变通道的异形表面的每条交叉线包括：与所述封闭轮廓的凹形部分交叉的凸凹部，以及从凹侧与其邻接的直线部，该直线部与通道轴平行，在此情况下，两条线的直线部之间的距离是恒定的且与矩形校准开口的高度相同，两条线的凸凹部在相同部分，即所述凸凹封闭轮廓的凹形部分的中心，开始转换为直线部，在该处凹形部分开始相切地转换为直线段，该直线段的长度沿形变通道的长度增长，且在其出口处与矩形校准开口的宽度相同，水平对称平面与形变通道的异形表面的每条交叉线由具有不同曲率符号的两部分构成，且与所述封闭轮廓的凸形部分交叉，与水平对称平面邻接的部分在形变通道出口处转换为平行于垂直对称平面的直线段，其最大长度与矩形校准开口的高度相同。
4.如权利要求3所述的装置，其中，当校准开口的宽度大于入口开口的直径时，通过形变通道的异形表面与水平对称平面之间的交叉形成、且由不同曲率符号的两部分构成的线为凹凸的，包括邻接于入口开口的凹部和邻接于校准开口的凸部。
5.如权利要求3所述的装置，其中，当校准开口的宽度小于入口开口的直径时，通过形变通道的异形表面与水平对称平面之间的交叉形成、且由不同曲率符号的两部分构成的线为凸凹的，包括邻接于入口开口的凸部和邻接于校准开口的凹部。
6.如权利要求3所述的装置，其中，形变元件由壁制成，所述壁具有设计成用于提供液体或气体循环、与形变通道轴对称并具有独立的入口和出口的6～10个通道。
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