CN203063093U - 聚合物楔式磨盘塑化混合装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的聚合物楔式磨盘塑化混合装置，主要由置于料筒中的一对或多对楔式动盘和楔式定盘组成，楔式动盘与螺杆串联于同一芯轴，楔式定盘与料筒固联。楔式动盘的凹槽为楔形面结构，并与动盘凸台相间均布，聚合物熔体通过磨盘间隙时能够产生拉伸流场。楔式定盘的凹槽为平面结构，并与定盘凸台相间均布，楔式定盘的内表面为均布楔形槽结构，聚合物熔体通过定盘内表面的楔形槽时经受周向拉伸与轴向拉伸的双向拉伸作用。动定盘的轴向间隙及定盘楔形槽的截面形状均可以调整，提高不同物料加工的适应性。本实用新型可以使聚合物粒子高效地发生破碎、塑化、混合和分散，制取一般塑化混合装置难以加工的聚合物及其复合体系。

Description

聚合物楔式磨盘塑化混合装置
技术领域
本实用新型涉及一种聚合物加工装置，尤其是对聚合物及其复合体系进行塑化与混合的加工装置，具体是指一种聚合物楔式磨盘塑化混合装置。 
背景技术
在聚合物加工过程中，为了提高材料的物理力学性能、化学稳定性以及加工性能，经常使用一些添加剂如补强剂、增塑剂、抗氧剂等，显然聚合物制品的各种性能以及表观质量在很大程度上依赖于混合物的均匀性。目前应用的螺杆式聚合物加工设备主要依赖剪切流场实现分散混合，其特点是高剪切速率条件下使熔体通过高剪切应力区。而为提高剪切强度设置的高应力区大大增加了熔体的黏性发热，不仅降低了能量的利用率，还易使基体聚合物发生降解，从而降低聚合物及其复合体系的性能。单螺杆挤出机的工作原理限制了混炼质量的提高，双螺杆挤出机具有特殊的混炼机理，可以改善混合物的性能，但其螺杆、机筒、传动等主要部件加工复杂，螺杆芯轴不能承受过大的扭矩，因此对高填充或高黏度的物料混炼加工较为困难。 
串联磨盘挤出机是在单螺杆挤出机的基础上，通过将螺杆圆柱面上螺纹的部分功能移至圆盘端面，达到提高混炼质量的目的。由于端面磨盘采用剪切流场实现分散混合，熔体高频通过高剪切应力区，在很高的剪切速率下实现分散，因此高剪切强度使聚合物的黏性发热大大增加，同样存在能量利用率低，容易导致基体聚合物发生降解，从而影响聚合物的性能。相对于剪切流场，拉伸流场作用可使聚合物具有更好的分散效果以及较高的分散效率，并赋予熔体良好的加工黏度，因而更适合于聚合物复合体系的混合分散。目前，聚合物共混设备主要是通过提高剪切速率来改善分散混合效果，很难得到较高的拉伸速率，因此需要能够有效实现拉伸流场的聚合物塑化混合装置，进一步提高聚合物加工设备性能以及塑化混合质量。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种聚合物楔式磨盘塑化混合装置，以解决平面构型磨盘不能实现拉伸流动而导致聚合物粒子难以更有效地破碎、塑化、混合和分散的问题。 
本实用新型的聚合物楔式磨盘塑化混合装置，将一对或多对楔式动盘2和楔式定盘3构成的楔式磨盘置于料筒1中，楔式动盘2与螺杆4串联于同一芯轴，楔式定盘3与料筒1固联，从而使磨盘流道内物料受到拉伸作用。 
上述楔式动盘2的凹槽为楔形面结构，并与动盘凸台相间均布，这样动盘凹槽与定盘凸台及凹槽均能形成收敛流道，当聚合物熔体通过磨盘间隙时，能够产生拉伸流场；楔式定盘3的凹槽为平面结构，并与定盘凸台相间均布，楔式定盘3的内表面为均布楔形槽结构，聚合物熔体通过定盘内表面的楔形槽时，经受周向拉伸与轴向拉伸的双向拉伸作用；楔式动盘2与楔式定盘3的轴向间隙可以调整，定盘楔形槽的截面形状可以调整，提高不同物料加工的适应性。 
本实用新型目的的实现是将动盘设计为楔式结构，其动盘凹槽为楔形面，这样动盘凹槽与定盘凸台及凹槽均能形成收敛流道，当聚合物熔体通过磨盘间隙时，流道尺寸减小，熔体流动速率加快，其速度梯度方向和流动方向一致，能够产生拉伸流场，从而改变磨盘流道内熔体的流动类型，当动盘凸台与定盘凸台相互靠近时熔体受到强烈的剪切作用，当动盘凹槽与定盘凹槽或者动盘凹槽与定盘凸台相互靠近时熔体受到强烈的拉伸和压缩作用；定盘端面由凸台及凹槽构成，定盘内表面开有均布的楔形槽，聚合物熔体通过定盘内表面的楔形槽时，随着槽的间隙变小，熔体通过楔形槽时将被加速，从而经受周向拉伸与轴向拉伸的双向拉伸作用，产生强烈的拉伸流动，使聚合物熔体的混合效率提高，可以得到充分的分布混合和分散混合；通过调整动盘与定盘的轴向间隙可以有效改变拉伸比，适合不同物料的分散混合需要；通过调整定盘楔形槽的截面形状可以有效改变拉伸速率，实现拉伸流变可控的聚合物塑化混合。 
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点： 
(1)基于拉伸流动原理设计的楔式磨盘塑化混合装置，磨盘形成的收敛流道内物料容易产生拉伸流动，可以产生更强的剪切流场和拉伸流场，提高了流道内熔体的剪切速率和拉伸速率，能够用于聚合物成型加工设备中，如单螺杆挤出机或串联磨盘挤出机等。 
(2)楔式磨盘改变了磨盘塑化混合段熔体流场类型，增强了剪切流场，增大了拉伸流场的作用，使聚合物粒子高效地发生破碎、塑化、混合和分散，粒径变小、粒度均匀，因此楔式磨盘构型可以提供较好的塑化混合效果。 
(3)楔式磨盘流道内物料容易产生拉伸流动，相对于剪切流场具有更强的分散作用，熔体受到的拉伸作用和剪切作用大，磨盘流道内熔体的瞬时拉伸混合效率和平均拉伸混合效率高，可以对不同物料的塑化混合过程进行有效控制，制取一般塑化混合装置难以加工的聚合物及其复合体系。 
附图说明
下面对本说明书各附图所表达内容及图中标记作简要说明： 
图1为聚合物楔式磨盘塑化混合装置的结构示意图； 
图2为楔式动盘的端面构型图； 
图3为楔式定盘的端面构型图； 
图4为楔式磨盘中物料的流动状态图； 
图5为楔式定盘的结构示意图； 
图中标记为：1、料筒；2、楔式动盘；3、楔式定盘；4、螺杆；5、驱动单元。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明： 
如图1所示，聚合物楔式磨盘塑化混合装置主要由置于料筒1中的一对或多对楔式动盘2和楔式定盘3组成，楔式动盘2与螺杆4串联于同一芯轴，楔式定盘3与料筒1固联。楔式动盘2的端面构型如图2所示，动盘凹槽设计为楔形面，动盘凸台保持一定高度，并与动盘凹槽相间均布。楔式定盘3的端面构型如图3所示，定盘凹槽设计为平面，定盘凸台保持一定高度，并与定盘凹槽相间均布。这样动盘凹槽与定盘凸台及凹槽均能形 成收敛流道，当驱动单元5驱动螺杆4转动时，由于物料经过的流道尺寸减小，熔体流速加快，其速度梯度方向和流动方向一致，从而产生拉伸流场，在拉伸流动中物料产生拉伸变形而没有发生旋转。由于受到来自楔式动盘2和楔式定盘3之间强烈的剪切、拉伸、摩擦和压缩作用，从而使物料发生破碎、塑化、混合和分散。 
楔式磨盘中物料的流动状态如图4所示，当动盘凸台与定盘凸台相互靠近时，熔体受到强烈的剪切作用；当动盘凹槽与定盘凹槽或者动盘凹槽与定盘凸台相互靠近时，熔体受到强烈的拉伸和压缩作用，而且熔体受到的拉伸作用随动盘与定盘的相对位置变化而变化。 
楔式定盘3的结构如图5所示，定盘端面由凸台及凹槽构成，定盘内表面开有均布的楔形槽。聚合物熔体通过定盘内表面的楔形槽时，随着槽的间隙变小，熔体通过楔形槽时将被加速，从而经受周向拉伸与轴向拉伸的双向拉伸作用，产生强烈的拉伸流动，使聚合物熔体的混合效率提高，可以得到充分的分布混合和分散混合。 
综上所述，本实用新型采用楔式磨盘构型可以使流道内物料更容易产生拉伸流动，流道内熔体塑化混合效果更充分，通过调整动定盘的轴向间隙可以有效改变拉伸比，通过调整动盘楔形面和定盘楔形槽的截面形状可以有效改变拉伸速率，通过调整动盘与定盘的数目可以有效防止温度过高而导致聚合物降解，从而实现拉伸流变可控的聚合物塑化混合，提高不同物料加工的适应性。 

Claims (4)

1.一种聚合物楔式磨盘塑化混合装置，其特征在于：一对或多对楔式动盘(2)和楔式定盘(3)构成的楔式磨盘置于料筒(1)中，楔式动盘(2)与螺杆(4)串联于同一芯轴，楔式定盘(3)与料筒(1)固联，从而使磨盘流道内物料受到拉伸作用。 
2.根据权利要求1所述的聚合物楔式磨盘塑化混合装置，其特征在于：楔式动盘(2)的凹槽为楔形面结构，并与动盘凸台相间均布，这样动盘凹槽与定盘凸台及凹槽均能形成收敛流道，当聚合物熔体通过磨盘间隙时，能够产生拉伸流场。 
3.根据权利要求1所述的聚合物楔式磨盘塑化混合装置，其特征在于：楔式定盘(3)的凹槽为平面结构，并与定盘凸台相间均布，楔式定盘(3)的内表面为均布楔形槽结构，聚合物熔体通过定盘内表面的楔形槽时，经受周向拉伸与轴向拉伸的双向拉伸作用。 
4.根据权利要求1所述的聚合物楔式磨盘塑化混合装置，其特征在于：楔式动盘(2)与楔式定盘(3)的轴向间隙可以调整，定盘楔形槽的截面形状可以调整，提高不同物料加工的适应性。 
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