超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模制造技术

本实用新型专利技术公开了超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模，包括口模、第一超声振动装置和第二超声振动装置；第一超声振动装置和第二超声振动装置都主要由变幅杆、传振杆、换能器、信号线和超声波发生器组成；口模上对称设有通孔；第一超声振动装置和第二超声振动装置的变幅杆的小端通过通孔与口模流道连通；变幅杆垂直于法兰伸入挤出口模的通孔内。本实用新型专利技术将超声振动垂直叠加到熔体的挤出过程，使熔体受到脉动变化的压力作用，实现超声振动与均匀拉伸应力协同作用。本实用新型专利技术减少了塑料熔体在挤出时的压力波动、降低了熔体的表观粘度、提高了聚合物共混物的相容性以及改善了物料的流动均匀性，从而使制品的综合性能得到提高。

Extrusion die with synergy between ultrasonic vibration and uniform tensile stress

The extrusion die of the utility model discloses ultrasonic vibration and uniform tensile stress of synergy, including die first, ultrasonic vibration device and second ultrasonic vibration device; the first ultrasonic vibration device and second ultrasonic vibration device is mainly composed of horn, vibration rod, transducer, signal line and ultrasonic generator; die symmetry is provided with a through hole; the small end of the horn first ultrasonic vibration device and second ultrasonic vibration device through the through hole and die connected; horn is perpendicular to the flange extends into the through hole in the extrusion die. The ultrasonic vibration is vertically superimposed on the extrusion process of the melt, so that the melt is subjected to fluctuating pressure, and the synergistic action of ultrasonic vibration and uniform tensile stress is realized. The utility model reduces the plastic melt in the extrusion pressure fluctuation, reduce the apparent viscosity of the melt and improve the compatibility of polymer blends and improve the material flow uniformity, so that the comprehensive performance of products is improved.

【技术实现步骤摘要】
超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模
本技术涉及一种高分子材料挤出成型，特别是涉及一种超声振动与均匀拉伸应力协同作用的高分子材料挤出制品成型加工方法及口模。
技术介绍
挤出制品约占塑料制品总量的一半以上，所有的挤出制品都需要通过挤出口模来成型加工，实现高分子材料的成型成性。挤出口模不仅是挤出生产线的重要组成部分，同时也会对挤出制品的性能产生重要影响。目前在大部分挤出口模中熔体主要受到剪切应力作用，或者由于流道截面的局部收敛/发散而受到瞬态变化的拉伸应力作用，剪切形变作用易造成局部高温使得高分子材料分子链断裂而降低制品宏观力学性能与表面质量，瞬态变化的拉伸应力作用易造成挤出不稳定而使得挤出制品表面出现凹凸不平等缺陷。拉伸形变支配及振动剪切应力辅助挤出成型加工方法对成型加工过程及制品性能将产生重要的影响，已受到国内外学者及相关研究机构的普遍关注。大量理论及实验研究表明，振动力场的引入具有降低熔体表观粘度、减少加工能耗、改善分散性能、提高塑化效率及塑化质量等优点，同时会通过影响制品凝聚态结构而提高制品性能。超声波是频率20KHz以上的弹性机械振动波，在平行或垂直于流动方向上叠加高频超声波，有助于在聚合物熔体内部产生剧烈振动，从而影响聚合物成型加工过程及制品性能。在挤出机口模处引入超声振动是在成型加工过程中引入振动剪切力场最简单而直接的方法之一。除此之外，超声波作为一种检测手段在线测量熔体的密度、在注射喷嘴及模具内叠加超声波用以改善熔体的流动性及充填效率等方面得到应用；中国专利201210052745.3、201310121160.7公开了一种利用超声波产生的振动能量直接用于高分子材料塑化的注射成型方法及装置，这些都取得了一定的效果。A.I.Isayev(Ultrasoundassistedtwinscrewextrusionofpolymer–nanocompositescontainingcarbonnanotubes,Polymer,50,(2009)250–260.)等人通过将超声装置安装在双螺杆挤出机的狭缝形口模上制备PEI/CNTs复合材料。实验结果表明：通过施加超声振动，复合材料的流变性能如储能模量、损耗模量以及复数粘度以及拉伸强度和杨氏模量都有一定程度提高，其主要原因是超声振动使熔体中的CNTs团聚体破碎，使得CNTs在基体PEI中分散得更加均匀，从而提高材料的性能。但由于上述缝隙口模中熔体以剪切层流为主，界面更新慢，降低了复合材料熔体与超声波接触的机会，从而使得超声波空化作用的范围变小，制约了超声振动的影响效果，同时由于受到超声波作用与未收超声波作用的熔体在流变性能、混合状态等方面不同，影响了熔体的均匀性，因而未能实现挤出过程中两者的有效协同。现有的超声波辅助聚合物复合材料挤出主要是通过超声波振动与熔体剪切层流的垂直叠加，在局部空间内实现了超声振动与剪切形变的协同作用。但由于相同形变速率作用下剪切层流混合效率低、混合效果差，影响了超声振动辅助作用后共混物熔体的均匀性，制约了超声波振动作用效果的进一步提高。若能通过将超声波辅助振动与拉伸形变起主导作用的流动过程相互叠加，提高界面更新速率，将有效提高超声波振动的作用范围，改善超声振动作用后熔体的均匀性，从而提高超声振动与拉伸应力协同作用的效率与效果。
技术实现思路
本技术的目的在于针对基于剪切形变的挤出口模所存在的问题，提供一种超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模，有效降低加工过程中聚合物熔体的表观粘度、提高聚合物共混体系的相容性与混合质量、改善物料在流道中流动不均匀性，从而使挤出制品的综合性能得到提高。通过技术均匀拉伸形变支配的口模流道并耦合超声振动在高分子材料成型加工中的优势，形成超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出成型加工方法，将会对高分子材料挤出制品的性能提高产生重要的影响。本技术的目的通过如下技术方案实现：一种超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模，包括口模、第一超声振动装置和第二超声振动装置；第一超声振动装置和第二超声振动装置对称设置在口模两侧；第一超声振动装置和第二超声振动装置都主要由变幅杆、传振杆、换能器、信号线和超声波发生器组成；传振杆一端与变幅杆的大端连接，传振杆的另一端与换能器焊接连接，换能器通过信号线与超声波发生器连接；口模上对称设有通孔；第一超声振动装置和第二超声振动装置的变幅杆的小端通过通孔与口模流道连通；变幅杆垂直于法兰伸入挤出口模的通孔内；所述口模的流道的断面为圆形，其母线为抛物线型；或者是所述口模的流道断面为矩形，其母线为双曲线型。为进一步实现本技术目的，优选地，所述变幅杆节点外端设有法兰，法兰通过螺钉固定在口模上；变幅杆大端的外端设有过渡板；变幅杆与法兰之间设有下密封圈；变幅杆与过渡板之间设有上密封圈。优选地，所述变幅杆与法兰和过渡板之间留有0.3-0.7mm的间隙，变幅杆小端与收敛口模上的通孔之间留有间隙。优选地，所述过渡板与法兰通过螺钉连接。优选地，所述传振杆上开有冷却水入口和冷却水出口。优选地，所述法兰用螺钉固定在口模上。优选地，所述传振杆一端与变幅杆的大端通过螺纹连接。优选地，所述超声波发生器的超声振动频率为20-40KHZ，超声波发生器功率为300-1200W。应用所述挤出口模的超声振动与均匀拉伸应力协同作用的高分子材料挤出成型加工方法：物料在口模流动过程中，在垂直于物料流动方向受到超声振动作用，对物料产生周期性变化的压缩与膨胀作用，促进物料多相共混体系中分散相的分散混合及聚合物分子链的解缠结；同时物料在口模中作加速度恒定的收敛流动，受到与流动方向一致的均匀拉伸形变作用，促进共混物界面的更新速率，增加了物料与超声波接触，强化了超声波对物料的作用与共混体系的分布混合物料的分布混合，实现超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出。本技术主要由超声振动装置及具有不同截面形状收敛流道的口模组成。根据加工制品截面形状的不同，挤出口模流道结构形式不同。对于棒材制品的挤出成型，加工圆形截面制品时，挤出口模流道的断面为圆形，流道的进、出料口均为圆形，其母线为抛物线型，具有抛物线型收敛流道。加工方形截面制品(片材、板材)时，挤出口模流道的断面为矩形，其母线为双曲线型。从挤出机中出来的熔体进入挤出口模后由于口模流道截面面积的变化，使得熔体的流动速度均匀变化，因而熔体受到均匀变化的形变作用；由于熔体在口模中作收敛流动，因而熔体主要受到拉伸应力作用，实现均匀拉伸形变支配的流动过程；沿熔体的流动方向布置超声振动装置，通过聚合物熔体将振动变化的应力垂直叠加到制品的成型过程中，实现超声振动与均匀变化的正应力相互协同作用的高分子材料制品成型成性。本技术通过螺钉将具有抛物线收敛流道的口模与挤出机料筒法兰连接，用螺钉将超声振动装置和超声振动装置垂直固定在口模的收敛段上。本技术与现有挤出成型方法及装置相比，具有如下优点：1、本技术挤出过程中，垂直于流动方向物料受到超声振动作用，在超声振动作用下聚合物分子链及多相体系受到周期性变化的压缩与膨胀作用，有利于促进分散相在基体中的分散混合及分子链的解缠结，同时提高分子链的运动能力，降低粘度；与此同时，沿流动方向上物料在口模中作加速度恒定的收敛流本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模，其特征在于，包括口模、第一超声振动装置和第二超声振动装置；第一超声振动装置和第二超声振动装置对称设置在口模两侧；第一超声振动装置和第二超声振动装置都主要由变幅杆、传振杆、换能器、信号线和超声波发生器组成；传振杆一端与变幅杆的大端连接，传振杆的另一端与换能器焊接连接，换能器通过信号线与超声波发生器连接；口模上对称设有通孔；第一超声振动装置和第二超声振动装置的变幅杆的小端通过通孔与口模流道连通；变幅杆垂直于法兰伸入挤出口模的通孔内；所述口模的流道的断面为圆形，其母线为抛物线型；或者是所述口模的流道断面为矩形，其母线为双曲线型。

【技术特征摘要】
1.超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模，其特征在于，包括口模、第一超声振动装置和第二超声振动装置；第一超声振动装置和第二超声振动装置对称设置在口模两侧；第一超声振动装置和第二超声振动装置都主要由变幅杆、传振杆、换能器、信号线和超声波发生器组成；传振杆一端与变幅杆的大端连接，传振杆的另一端与换能器焊接连接，换能器通过信号线与超声波发生器连接；口模上对称设有通孔；第一超声振动装置和第二超声振动装置的变幅杆的小端通过通孔与口模流道连通；变幅杆垂直于法兰伸入挤出口模的通孔内；所述口模的流道的断面为圆形，其母线为抛物线型；或者是所述口模的流道断面为矩形，其母线为双曲线型。2.根据权利要求1所述的超声振动与均匀拉伸应力协同作用的挤出口模，其特征在于，所述变幅杆节点外端设有法兰，法兰通过螺钉固定在口模上；变幅杆大端的外端设有过渡板；变幅杆与法兰之间设有下密封圈；变幅杆与过渡板之间设有上密封圈。...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷小春，冯彦洪，李赛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44