一种高分子材料结晶度控制装置及其在挤出加工过程中的应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高分子结晶加工领域，提出一种高分子材料结晶度控制装置及其在挤出加工过程中的应用方法。上述高分子材料结晶度控制装置包括水槽、水箱、水泵、支架和滑轮。上述高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，包括以下步骤：将结晶型高分子熔融并挤出；将挤出的结晶型高分子熔体通过高分子材料结晶度控制系统制得高分子材料的线材，高分子材料结晶度控制系统包括n个温度不同的高分子材料结晶度控制装置。在上述高分子材料结晶度控制装置及其在挤出加工过程中的应用方法中，高分子材料结晶度控制装置的个数、温度都可结合材料的结晶行为等进行选择，进而控制材料在挤出后的热历史，促进材料结晶，保证挤出产品结晶度稳定。

A Crystallinity Control Device for Polymer Materials and Its Application in Extrusion Processing

The invention relates to the field of polymer crystallization processing, and proposes a crystallinity control device for polymer materials and an application method in extrusion processing. The crystallinity control device of the polymer material includes a water tank, a water tank, a water pump, a bracket and a pulley. The application method of the above-mentioned crystallinity control device in extrusion process includes the following steps: melting and extrusion of crystalline polymer; making polymer wire through crystallinity control system of polymer material; crystallinity control system of polymer material includes N crystallinity control packages of polymer material with different temperatures. Place. In the above-mentioned crystallinity control devices for polymer materials and their application methods in extrusion processing, the number and temperature of crystallinity control devices for polymer materials can be selected according to the crystallization behavior of materials, so as to control the thermal history of materials after extrusion, promote the crystallization of materials and ensure the crystallinity stability of extrusion products.

【技术实现步骤摘要】
一种高分子材料结晶度控制装置及其在挤出加工过程中的应用方法
本专利技术涉及高分子结晶加工领域，具体而言，涉及一种高分子材料结晶度控制装置及其在挤出加工过程中的应用方法。
技术介绍
目前，在高分子加工制造领域常见的挤出工艺并不能够对结晶型高分子的结晶度进行很好的控制。这导致的结果是：结晶型高分子的最终挤出产品的结晶度通常不可控，因此导致产品的性能不稳定或达不到要求。近年来，逐渐兴起的3D打印又称为增材制造，是近30年来兴起并快速发展的一类基于逐层材料累加原理的先进制造方法。其子工艺中的材料挤出材料挤出式3D打印，由于其较低的设备成本、较广的材料选择和较好的成型件性能等优势，近几年来获得了广泛的应用。材料挤出式3D打印工艺基于材料在流动态(如熔融态、溶液等)下，受压力作用下挤出、逐层堆积并固化(如玻璃态转变、结晶、溶剂挥发等)，从而构建3D物体。在材料挤出式3D打印中应用较为广泛的一项工艺称为熔融堆积成型(fuseddepositionmodeling)或熔融线材制造(fusedfilamentfabrication)，其基本原理是：将热塑性高分子的线材利用齿轮传送到一个高温的热端将高分子熔融，热端在计算机运动控制系统的控制下沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料局部熔合；这一过程会不断逐层重复，从而构建三维物体。对于用于熔融堆积成型的结晶型高分子而言，其线材的结晶度对其打印性能非常重要。同时，大量的研究证明后处理热工艺对结晶型高分子的结晶度具有重要的影响。但是在现有研究中通过热工艺提高结晶度的工艺具有成本高、对材料的构成(如需要纤维和纳米粒子)有要求，且设备和工艺控制复杂，在实际应用中难度较大的缺点。因此，在实际生产过程中常见挤出工艺的冷却部分通常只包含一个常温或低温的高分子材料结晶度控制装置(如冷水)，其目的仅仅只是快速冷却熔体。对于很多结晶型高分子而言，传统工艺会导致最终挤出产品的结晶度、性能偏低以及不稳定，甚至是出现内应力等不良现象。综上所述，目前市场上急需一种在挤出过程中能够有效和精确控制结晶性高分子结晶行为的装置和工艺。该装置和工艺能够广泛用于结晶性高分子挤出产品，提高对产品性能的控制。该装置和工艺对于制备用于熔融堆积成型的结晶性高分子线材尤其适用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高分子材料结晶度控制装置，线材在两组滚轮组件之间折返并呈之字形缠绕以增加长度，实现了在有限空间内延长线材在水槽内停留时间的技术效果，提高了空间利用率。并且，通过挤出和结晶工艺的结合实现了材料加工过程中热历史的控制，进而提高了结晶工艺稳定性。本专利技术的另一目的在于提供一种高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，上述应用方法中高分子材料结晶度控制装置分为多个，其中高分子材料结晶度控制装置的个数、每个的具体温度都可结合材料的结晶行为、化学性质和成本要求等进行灵活选择，进而控制材料在挤出后的热历史，促进材料的结晶，保证挤出产品具有稳定均一的结晶度。本专利技术解决其技术问题是采用以下工艺方案来实现。一种高分子材料结晶度控制装置，包括包括底壁设有进水口的水槽、分别设置在水槽内两侧且沿水槽长度方向延伸的两组滚轮组件、设置在水槽下方的水箱、两端分别连接至水箱和水槽的水泵、支撑水槽的支架，以及安装在支架底部四角的滑轮；每组滚轮组件包括水槽长度方向等距间隔设置的多个滚轮、滚轮支架、螺栓和套设在螺栓外的弹簧，两组滚轮组件中的滚轮在水槽长度方向上错位排列，线材在两组滚轮组件之间折返并呈之字形缠绕以增加长度；螺栓贯穿滚轮并与滚轮支架螺纹连接，旋转螺栓能够调节滚轮与滚轮支架的距离。两组滚轮组件分别为动滚轮组件和定滚轮组件，水槽内还设置有传动机构，动滚轮组件在传动机构的带动下靠近或者远离定滚轮组件；传动机构包括平行设置的两个X轴底座、两端垂直连接至X轴底座上方的两个滑轨、设置在X轴底座上方且夹在两个滑轨之间的传动轴组件、套设在传动轴组件外侧的同步带、滑块和手轮，动滚轮组件的滚轮支架一侧与同步带固定连接，另一侧与同步带分离，滑块一侧与动滚轮组件固定连接，另一侧与滑轨滑动连接，手轮与两个传动轴组件中的一者连接；传动轴组件包括设置在X轴底座上方且靠近滑轨的传动轴支座、连接传动轴支座的传动轴，以及套设在传动轴外侧的同步轮，同步带设置在同步轮外侧。本专利技术提出一种高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，其包括以下步骤：步骤S1：将结晶型高分子熔融并挤出；步骤S2：将挤出的结晶型高分子熔体通过高分子材料结晶度控制系统制得高分子材料的线材，高分子材料结晶度控制系统包括n个温度不同的高分子材料结晶度控制装置，其中，n为正整数，且n≥2；将熔体通过的高分子材料结晶度控制装置依次编号为1，2，3…n，相应的高分子材料结晶度控制装置的温度分别为T1，T2，T3…Tn。本专利技术实施例的高分子材料结晶度控制装置及其在挤出加工过程中的应用方法，有益效果是：(1)线材在两组滚轮组件之间折返并呈之字形缠绕增加了水槽中线材的长度，实现了在有限空间内延长线材在水槽内停留时间，通过挤出和结晶工艺的结合实现了材料加工过程中热历史的控制，进而提高了结晶工艺稳定性；(2)上述应用方法中高分子材料结晶度控制装置分为多个，其中高分子材料结晶度控制装置的个数、每个的具体温度都可结合材料的结晶行为、化学性质和成本要求等进行灵活选择，进而控制材料在挤出后的热历史，促进材料的结晶，保证挤出产品具有稳定均一的结晶度；(3)上述应用方法中挤出后在多个高分子材料结晶度控制装置中对材料进行了“在线结晶”，使得材料的结晶在挤出过程中同步完成，不需要额外的后处理步骤，不需要大的牵伸比和复杂的流场控制；(4)上述应用方法中高分子材料结晶度控制装置包括动滚轮组件和定滚轮组件，动滚轮组件和定滚轮组件之间的距离可以通过传动机构调节。滚轮组件和定滚轮组件距离的改变伴随着线材停留时间的变化，因此，上述装置和应用方法能够根据高分子熔体的性质调整线材的停留时间，进而调整挤出线材的结晶度。(5)上述装置和应用方法中能够广泛适用于各种结晶型高分子，具有低成本、高成品率、容易实施的优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为常见具有冷结晶特性的高分子材料DSC的测试曲线；图2为本专利技术第1实施例高分子材料结晶度控制装置的示意图；图3为本专利技术第1实施例水槽、滚轮组件和传动机构的示意图；图4为本专利技术第1实施例滚轮组件的示意图；图5为图4中A处的放大图；图6为本专利技术第1实施例滚轮的另一示意图；图7为本专利技术第1实施例滚轮组件和传动机构的示意图；图8为本专利技术第1实施例传动机构的示意图；图9是本专利技术高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法的工艺流程图；图10为本本专利技术第1实施例高分子材料结晶度控制系统的示意图。图标：200-高分子材料结晶度控制系统；100-高分子材料结晶度控制装置；110-水槽；120-滚轮组件；130-传动机构；140-水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子材料结晶度控制装置，其特征在于，其包括底壁设有进水口的水槽、分别设置在所述水槽内两侧且沿所述水槽长度方向延伸的两组滚轮组件、设置在所述水槽下方的水箱、两端分别连接至所述水箱和所述水槽的水泵、支撑所述水槽的支架，以及安装在所述支架底部四角的滑轮；每组滚轮组件包括水槽长度方向等距间隔设置的多个滚轮、滚轮支架、螺栓和套设在所述螺栓外的弹簧，两组所述滚轮组件中的所述滚轮在所述水槽长度方向上错位排列，线材在两组所述滚轮组件之间折返并呈之字形缠绕以增加长度；所述螺栓贯穿所述滚轮并与所述滚轮支架螺纹连接，旋转所述螺栓能够调节所述滚轮与所述滚轮支架的距离；两组所述滚轮组件分别为动滚轮组件和定滚轮组件，所述水槽内还设置有传动机构，所述动滚轮组件在所述传动机构的带动下靠近或者远离所述定滚轮组件；所述传动机构包括平行设置的两个X轴底座、两端垂直连接至所述X轴底座上方的两个滑轨、设置在所述X轴底座上方且夹在两个所述滑轨之间的传动轴组件、套设在所述传动轴组件外侧的同步带、滑块和手轮，所述动滚轮组件的所述滚轮支架一侧与所述同步带固定连接，另一侧与所述同步带分离，所述滑块一侧与所述动滚轮组件固定连接，另一侧与所述滑轨滑动连接，所述手轮与两个所述传动轴组件中的一者连接；所述传动轴组件包括设置在所述X轴底座上方且靠近所述滑轨的传动轴支座、连接所述传动轴支座的传动轴，以及套设在所述传动轴外侧的同步轮，所述同步带设置在所述同步轮外侧。...

【技术特征摘要】
1.一种高分子材料结晶度控制装置，其特征在于，其包括底壁设有进水口的水槽、分别设置在所述水槽内两侧且沿所述水槽长度方向延伸的两组滚轮组件、设置在所述水槽下方的水箱、两端分别连接至所述水箱和所述水槽的水泵、支撑所述水槽的支架，以及安装在所述支架底部四角的滑轮；每组滚轮组件包括水槽长度方向等距间隔设置的多个滚轮、滚轮支架、螺栓和套设在所述螺栓外的弹簧，两组所述滚轮组件中的所述滚轮在所述水槽长度方向上错位排列，线材在两组所述滚轮组件之间折返并呈之字形缠绕以增加长度；所述螺栓贯穿所述滚轮并与所述滚轮支架螺纹连接，旋转所述螺栓能够调节所述滚轮与所述滚轮支架的距离；两组所述滚轮组件分别为动滚轮组件和定滚轮组件，所述水槽内还设置有传动机构，所述动滚轮组件在所述传动机构的带动下靠近或者远离所述定滚轮组件；所述传动机构包括平行设置的两个X轴底座、两端垂直连接至所述X轴底座上方的两个滑轨、设置在所述X轴底座上方且夹在两个所述滑轨之间的传动轴组件、套设在所述传动轴组件外侧的同步带、滑块和手轮，所述动滚轮组件的所述滚轮支架一侧与所述同步带固定连接，另一侧与所述同步带分离，所述滑块一侧与所述动滚轮组件固定连接，另一侧与所述滑轨滑动连接，所述手轮与两个所述传动轴组件中的一者连接；所述传动轴组件包括设置在所述X轴底座上方且靠近所述滑轨的传动轴支座、连接所述传动轴支座的传动轴，以及套设在所述传动轴外侧的同步轮，所述同步带设置在所述同步轮外侧。2.如权利要求1所述的高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将结晶型高分子熔融并挤出；步骤S2：将挤出的所述结晶型高分子熔体通过高分子材料结晶度控制系统制得高分子材料的线材，所述高分子材料结晶度控制系统包括n个温度不同的高分子材料结晶度控制装置，其中，n为正整数，且n≥2；将熔体通过的所述高分子材料结晶度控制装置依次编号为1，2，3…n，相应的所述高分子材料结晶度控制装置的温度分别为T1，T2，T3…Tn。3.根据权利要求2所述的高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，其特征在于，步骤S2中，所述结晶型高分子表现冷结晶行为，且所述结晶型高分子的玻璃化温度和冷结晶温度分别为Tg、Tcold，所述高分子材料结晶度控制装置的个数n≥3。4.根据权利要求2或3任一项所述的高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，其特征在于，步骤S2中，所述高分子材料结晶度控制装置的温度T1<T2。5.根据权利要求4所述的高分子材料结晶度控制装置在挤出加工过程中的应用方法，其特征在于，步骤S2中，所述高分子材料结晶度控制装置的温度T1、所述玻璃化温度Tg和所述冷结晶温度Tcold的关系为：Tg<...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗振兴，罗小帆，
申请(专利权)人：苏州聚复高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32