CN101650361A - 一种小型微量高温混合挤出立式实验机 - Google Patents

Abstract

小型微量高温混合挤出立式实验机是一种供实验室及企业进行微量特种耐高温高分子材料研究时使用，是具有加工温度高、扭矩大、体积小巧及控制精确高等特征的小型科研实验设备。由加料斗、小型螺杆、机筒、加热套、机头、法兰、驱动轴、斜齿轮、调速电机及控制柜等部件构造。本实验机加料斗与机筒采用螺纹连接，且在同一轴线上，小型螺杆和机筒均采用立式结构，且驱动部分设置在螺杆根径最大的一端，即螺杆挤出段的端部，从而使螺杆最大限度地承载扭矩。本实验机的螺杆与驱动轴为插槽平面接触，可在高温熔融混合挤出过程中停止螺杆转动并瞬间将螺杆拔出。本实验机适用于所有热塑高分子，尤其是特种耐热高分子材料的微量熔融混合挤出及成型研究。

Description

一种小型微量高温混合挤出立式实验机

技术领域

本发明涉及一种化工机械，特别是一种小型微量高温混合塑化挤出立式实验机。

背景技术

特种耐高温聚合物材料如热塑性聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚醚酮及超高分子量聚乙烯等具有优异的机械性能、高耐热性能、高耐磨性等特殊性能，从而被广泛应用于高科技领域，因此是目前高分子材料研究的热点之一。鉴于此类材料特有的熔融加工温度高、粘度大、价格昂贵等特点，对其实验研究设备有特殊要求，而现有高分子熔融混合、挤出、成型等加工设备普遍存在加工温度不够高、设备庞大、价格昂贵及原材料耗费量大等缺陷，因此从某种程度上限制了对这些特种高分子材料的熔融共混改性、加工成型等方面的研究。目前国内外还没有适合于此类特种耐高温高分子材料实验研究的小型挤出设备，特别是耗费原材料少、加工温度高(≤450℃)、熔融-混合-挤出等一体化的小型高温挤出实验机。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分子材料，特别是耐高温高分子材料实验研究用小型微量高温混合挤出研究设备。本实验机加工温度高(≤450℃)、扭矩大、体积小、耗费原材料少、控制精确及操作方便，自动实现物料的塑化、熔融、共混及挤出过程。本实验机加料斗与机筒采用螺纹连接，且在同一轴线上。本实验机的加料斗、螺杆和机筒全部采用立式结构，螺杆与驱动轴为插槽平面接触，不仅实现了强制加料的作用，还可在高温熔融混合挤出过程中停止螺杆转动并瞬间将螺杆拔出。本实验机的驱动部分设计在螺杆根径最大的一段，可实现螺杆最大程度地承载。本实验机的螺槽采用特殊梯形结构，避免了矩形螺槽根部滞留物料的缺陷。此外，螺杆靠近出料口底部有反向螺纹，防止物料熔体向下渗流。本实验机的机头与机筒采用螺纹连接，垂直于螺杆直径最大的一段，极易拆装及清理。本实验机可加工所有热塑性高分子材料，在用于特种耐高温热塑性高分子材料的微量挤出研究时更能体现其价值。

本发明由加料斗1、小型螺杆2、料筒3、加热套4、机头5、轴承6、法兰7、驱动轴8、斜齿轮9、轴承套10、底座11、调速电机12、控制柜13、冷却水管14、螺栓15、冷却水通道16、立柱17及热电偶18构成。加料斗1和料筒3采用螺纹连接，两者在同一轴线上。小型螺杆2为等距不等深螺杆，其直径D为10mm～20mm，有效长度与直径之比L/D为15～25，压缩比2.5∶1～3.5∶1，加料段螺槽深度H₁为3mm～6mm，熔融均化段螺槽深度H₂为1mm～2.5mm，小型螺杆螺距S₁为10mm～16mm，螺纹升角

为15°～18°，螺纹法向宽度e₁为1.0mm～3mm，螺槽法向宽度W₁为7mm～17mm。小型螺杆2设计有特殊螺槽结构，可有效防止熔融物料在小型螺杆螺槽内的滞留。机头5(或出料口)下部的螺杆设计有反螺纹，反螺纹的螺槽深度H₃为1mm～2.5mm，螺距S₂为8mm～12mm，螺纹升角

为10°～20°，法螺纹法向宽度e₂为1.0mm～3mm，螺槽法向宽度W₂为7mm～17mm，防止物料熔体向下渗流。小型螺杆2、料筒3和驱动轴8均为立式结构，垂直于底座。加热套4为铸铜加热套，加热温度可达450℃。加热套4和热电偶18在控制柜13的控制下，工作温度可精确至0.1℃。机筒3与法兰7以及轴承套10与底座11的连接均采用螺栓15的紧固方式，并且连接处均设有轴承6，从而起到径向与轴向的精确定位。调速电机12的转速可调，转速控制范围为0rpm～300rpm，在控制柜13的控制下工作转速可精确到0.1rpm。驱动部分采用等速比的斜齿轮9直接连接调速电机12与驱动轴8实现。法兰7上部设计有冷却水通道16，防止热量向底部传递。冷却水管14与冷却水通道16相连通，构成整机冷却系统。调速电机12通过斜齿轮9带动驱动轴8和小型螺杆2转动，当加热套4达到设定温度后，将物料加入加料斗1，物料在螺杆转到下进入机筒，从而进一步压实、塑化、熔融混合，最终经小型机头5挤出直径为1mm～2mm的物料长条。

本发明整机高度可为450mm～650mm，底座尺寸为300mm×300mm～400mm×400mm，重量约为15kg～30kg。因此，该实验机体积小巧，结构紧凑，自动化程度较高，工作温度高、扭矩大，且挤出用材料一次最小仅为10g左右。目前国内外还没有同类小型微量高温立式挤出设备。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(正视)

图2为本发明的结构示意图(侧视)

图3为本发明的小型螺杆结构示意图

图4为本发明的小型螺杆螺槽剖面结构示意图

具体实施方式

实施例1

打开主机电源，接通冷却水系统及加热系统，并设定操作温度依次为350℃/370℃/340℃(从加料口至机头)，待温度升至操作温度后恒温20min后，打开调速电机至转速为50rpm，将聚酰亚胺/聚醚醚酮混合物(聚酰亚胺质量分数为60wt％)缓慢加入加料斗，物料在料筒中经压实、塑化、熔融混合后经机头挤出，最终得到挤出物样条。待实验完成后，将调速电机转速调至0rpm，将螺杆拔出后，清理物料，或直接用清理物料对螺杆进行挤出清理。操作完毕后关闭加热系统及主机电源，待整机冷却至室温后停止通冷却水。

实施例2

打开主机电源，接通冷却水系统及加热系统，并设定操作温度依次为390℃/420℃/370℃(从加料口至机头)，待温度升至操作温度后再恒温30min，打开调速电机至转速为40rpm，将纳米蒙脱土/热塑性聚酰亚胺混合物(蒙脱土质量分数为10wt％)缓慢加入加料斗，物料在料筒中经压实、塑化、熔融混合后经机头挤出，最终得到挤出物样条。当实验完成后，将调速电机转速调至0rpm，将螺杆拔出后进行清理物料，或直接用螺杆清理物料对螺杆进行挤出清理。操作完毕后关闭加热系统及主机电源，待整机冷却至室温后停止通冷却水。

Claims (9)

1.一种小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：该实验机含有：加料斗(1)、小型螺杆(2)、机筒(3)、加热套(4)、机头(5)、法兰(7)、驱动轴(8)、斜齿轮(9)、调速电机(12)和控制柜(13)等部件。

2.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：加料斗(1)与机筒(3)采用螺纹连接，且在同一轴线上，加料斗(1)、小型螺杆(2)和机筒(3)均为立式结构，均垂直于底座(11)。

3.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：小型螺杆(2)为等距不等深螺杆，其直径D为10mm～20mm，螺杆有效长度与直径之比L/D为15～25，压缩比为2.5∶1～3.5∶1，加料段螺槽深度H₁为3mm～6mm，熔融均化段螺槽深度H₂为1mm～2.5mm，小型螺杆螺距S₁为10mm～16mm，螺纹升角

为15°～18°，螺纹法向宽度e₁为1.0mm～3mm，螺槽法向宽度W₁为7mm～17mm。

4.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：小型螺杆(2)在熔体出料口处下段开设有防熔体渗流的反螺纹(19)，且反螺纹的螺槽深度H₃为1mm～2.5mm，螺距S₂为8mm～12mm，螺纹升角

为10°～20°，法螺纹法向宽度e₂为1.0mm～3mm，螺槽法向宽度W₂为7mm～17mm。

5.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：小型螺杆(2)驱动部分开设在根径最大的一段，可实现最大限度地承载，小型螺杆(2)与驱动轴(8)采取插槽平面接触，小型螺杆可在停止螺杆转动后瞬间拔出。

6.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：微型机头(5)与机筒(3)采用螺纹连接，垂直于螺杆直径最大的一段，且方便拆装及清理。

7.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：驱动方式采用结构紧凑、控制准确的等速比斜齿轮(9)驱动，且驱动系统由驱动轴(8)、斜齿轮(9)和调速电机(12)构成。

8.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：机筒(3)与法兰(7)以及轴承套(10)与底座(11)连接处均设有精确定位作用的轴承(6)。

9.根据权利要求1所述的小型微量高温混合挤出立式实验机，其特征在于：在机筒加料段设计有环绕冷却水管(14)，及连接机筒的法兰上设计有冷却水通道(16)，构成冷却系统。

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