專利名稱：一種雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的視窗可視化料筒的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶有可視窗口的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機料筒，屬于高聚物加工 機械領域。
技術背景雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機是一種用于聚合物混合改性的混煉設備，其作為一種混 煉性能優(yōu)越而且能夠連續(xù)操作的高效混煉設備，由于可控變量多，適應性強， 可在很寬的范圍內(nèi)完成混合造粒任務而為人們所重視。雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機主要 是由機筒、轉(zhuǎn)子、卸料裝置等部分組成，機筒上的混煉腔為兩個相互貫通的、 橫截面為圓形的孔，物料在混煉腔中受到轉(zhuǎn)子的剪切、粉碎、捏合和混合的作 用。轉(zhuǎn)子加料段如同兩根非嚙合的雙螺桿，在轉(zhuǎn)子加料段螺紋的推動下，由加 料口加人的物料，到達混煉段，轉(zhuǎn)子混煉段像是一對密煉機轉(zhuǎn)子，其表面有兩 對旋轉(zhuǎn)方向相反，螺旋角各不相同的螺紋，物料在此熔融、混合、塑化。卸料 裝置可以控制卸料門的開啟度，達到控制物料在混煉腔中的停留時間的目的。現(xiàn)有典型的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機由電機、齒輪箱、混煉機主體等部分組成， 其中混煉機由轉(zhuǎn)子、料筒、料斗、填料密封、迷宮密封、卸料門等部分組成， 如圖1所示。聚合物從加料口加入，轉(zhuǎn)子在料筒的混煉腔內(nèi)異向旋轉(zhuǎn)，使被加 入的物料熔融、混合和塑化，最后由卸料口排出，從而完成對聚合物的混合改 性。在混合過程中，可以通過改變料筒的各段溫度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、喂料量、轉(zhuǎn)子 結構、卸料門的開啟度等操作工藝來改變聚合物的所經(jīng)受的混合過程，從而得 到我們所需要的混合效果。 一般的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的料筒采用金屬材料制造， 為封閉式，在混煉過程中，其內(nèi)部混合過程無法觀察。為了深入了解擠出過程和改進擠出設備，人們開始了擠出設備的可視化研 究。可視化技術按照其形式不同可以分為靜態(tài)可視化和動態(tài)可視化，現(xiàn)在己經(jīng) 應用于一些雙螺桿和單螺桿擠出機，對于了解聚合物在擠出機內(nèi)的擠出過程及 完善擠出理論提供了有效的方法。但是對于連續(xù)混煉機的可視化卻鮮有報道。 雖然有些混煉機料筒為設計成剖分式結構或快開式結構，可以實現(xiàn)對混煉過程 的靜態(tài)可視化，但是依然存在以下缺點-(1) 取樣時必須停車，會引起標本組織與形狀的畸變，破壞；(2) 取出物料會有一定的時間，此時看的物料和停車時的會有一定差異;(3) 只能觀察重新凝固后的物態(tài)，無法看到動態(tài)的，連續(xù)的，精細的物 理過程，如固相破碎等。發(fā)明內(nèi)容為了彌補現(xiàn)有技術的缺欠，深入了解整個混煉過程，本發(fā)明提出了一種在 混煉過程中可以觀察到混煉腔內(nèi)部混合過程的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機可視化筒體結 構。本發(fā)明式通過以下技術方案實現(xiàn)的一種雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的視窗可視化料筒，料筒中的兩個轉(zhuǎn)子通過端部密封10固定于料筒兩端，所述料筒由具有加料口 12的料筒上蓋4和具有卸料口 15的料筒底座2通過螺栓9連接而成，料筒上蓋4和料筒底座2相互接觸的面 緊密貼合，其特征在于，在位于混煉腔的混煉區(qū)19上方的料筒上蓋4上，開設 一個觀察口 18，視窗玻璃1由一個框形結構的視窗壓蓋3固定在觀察口 18內(nèi)， 視窗壓蓋3通過緊定螺栓6固定在料筒上蓋4表面，觀察口 18四周的壁面為光滑斜面，與水平面的垂直方向呈3 15°夾角，視窗玻璃1的上頂平面為水平面，靠近混煉腔的底面為與混煉腔內(nèi)壁形狀一致的曲面，視窗玻璃1的側(cè)面與觀察 口 18四周的壁面緊密貼合。上述技術方案中，可以在料筒上蓋4和料筒底座2之間安裝一個鉸鏈5，聯(lián) 接料筒上蓋4和料筒底座2，使得開啟料筒上蓋更為方便。上述技術方案中，還可以在位于料筒上蓋4的觀察口 18的兩側(cè)對稱開設電 加熱管的孔8，在混煉料筒壁內(nèi)開有供冷卻介質(zhì)流動的冷卻水孔7，通過控制電 加熱管的加熱溫度和冷卻水的通斷時間的長短來控制混煉腔的溫度，滿足混煉 過程的需要。有益效果1、本發(fā)明采用視窗可視化結構設計，通過料筒上方的玻璃視窗，可以直接通過肉眼觀察到聚合物在混煉腔內(nèi)所經(jīng)歷的熔融流動過程和變形，可以看到動 態(tài)的，連續(xù)的，精細的物理過程，如固相破碎、熔融、熔體的混合、變形等與 混合過程密切相關的物理過程。通過使用示蹤劑或者色母粒還可以直接對熔體 的運動軌跡進行表征和動態(tài)觀察，并且借助于高速圖像采集系統(tǒng)對上述過程進 行紀錄和保存。通過在料筒的不同位置設置觀察視窗，可以對不同部位的混煉 過程進行實時在線觀察和動態(tài)可視化研究。2、本可視化料筒除了可以在混合過程中通過料筒視窗來觀察混煉腔內(nèi)物的 熔融、混合過程以外，還可以通過對試樣進行切片，了解沿轉(zhuǎn)子不同深度處以 及不同相位處聚合物的熔融信息和共混物亞微觀相織構的演變過程。將這兩者 結合起來，可以更好的對整個混煉過程更加細致的了解。因此，本可視化料筒非常適合于研究聚合物在雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機內(nèi)的熔融 流動，從而可以在配方一定的情況下通過調(diào)節(jié)一些參數(shù)如料筒溫度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速、喂料量、轉(zhuǎn)子結構、卸料門的開啟度等使得混合效果達到最佳，同樣也可 以驗證一些計算機模擬的結果。


圖1為雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機結構示意圖。其中2-料筒底座，4-料筒上蓋，10-端 部密封，11-料斗，12-加料口， 13-驅(qū)動端，14-卸料門，15-卸料口， 16-轉(zhuǎn) 子混煉段，17-轉(zhuǎn)子。 圖2為雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機可視化料筒結構縱向剖面示意圖。其中l(wèi)-視窗玻璃，2-料筒底座，3-視窗壓蓋，4-料筒上蓋，12-加料口， 15-卸料口， 18-觀察口，19-混煉腔的混煉區(qū)，20-混煉腔。 圖3雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機可視化料筒結構橫向剖面示意圖。其中l(wèi)-視窗玻璃，5-鉸鏈聯(lián)接，6-緊定螺栓，7-冷卻水孔，8-電加熱管的孔，9-螺栓，18-觀察口， 20-混煉腔，a-觀察口 18四周的壁面與水平面的垂直方向的夾角。
具體實施方式
下面通過附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步闡述。雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的視窗可視化料筒如圖2、 3所示。為了清理混煉腔內(nèi)物 料的方便，雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機可視化料筒采用剖分式結構，由料筒上蓋4和料筒底座2構成。料筒上蓋與料筒底座之間采用螺栓9連接。其中，料筒上開有 觀察口 18，通過視窗玻璃l，可以清楚地觀察到混煉腔20內(nèi)物料的流動過程和 混合情況。為了開啟料筒上蓋方便，在料筒上蓋與料筒底座之間增加鉸鏈5聯(lián) 接。為了更好的了解混煉過程中混煉腔內(nèi)物料的流動情況。混煉機料筒上開有 可以觀察混煉過程中物料相變過程和流動情況的視窗觀察口 18，根據(jù)觀察的需 要，在可視化料筒上相應的位置開觀察口，觀察口的四周壁為帶有一定夾角的 (與水平面的垂直方向呈3~15° )光滑斜面。視窗玻璃1采用高透明的玻璃制 造，其底面的形狀為與混煉腔內(nèi)壁形狀一致的曲面形，以保證混煉過程中聚合 物融體的流動過程與原來一致。視窗玻璃1的上頂面為平面，有利于光線的透 射。視窗玻璃l的側(cè)面為與觀察口 18側(cè)面傾角大小相同的斜面。視窗壓蓋3為 框形結構。通過螺栓6、視窗壓蓋3，將視窗玻璃1固定在觀察口 18內(nèi)，并且 保證視窗玻璃的側(cè)面與觀察口的側(cè)面能夠良好的貼合，保持足夠的密封比壓， 確保密封可靠，防止聚合物融體由視窗中流出。為了保證混煉過程中混煉腔內(nèi)能夠保持一定的溫度，在混煉料筒壁內(nèi)還開 有供冷卻介質(zhì)流動的冷卻水孔7和放置電加熱管的孔結構8。通過控制電加熱管 的加熱溫度和冷卻水的通斷時間的長短來控制混煉腔的溫度，滿足混煉過程的 需要。與一般的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機料筒一樣，可視化料筒的上蓋開有加料口 12， 底座開有卸料口 15。混煉過程中，聚合物由計量喂料裝置從加料口 12加入。在 轉(zhuǎn)子進料段螺棱的作用下，被推進至混煉區(qū)19。在混煉區(qū)，轉(zhuǎn)子混煉段的正向 和反向螺棱的推動作用下，物料發(fā)生堆積、擠壓和捏合。在轉(zhuǎn)子螺棱的剪切作 用下，聚合物發(fā)生了熔融和塑化，聚集體被解聚、破碎和重新分布。最終在新 加入的物料的推動下，由卸料口15排出。本可視化料筒除了可以在混合過程中通過料筒視窗來觀察混煉腔內(nèi)物料的 熔融、混合過程以外，還可以通過對機器進行急停、急冷，快速打開混煉腔取 樣的方法對混煉過程中的共混物的亞微觀相織構的演變過程進行表征和研究。實施例雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的混煉腔內(nèi)徑為①30mm;轉(zhuǎn)子直徑為①27mra;觀察口與四 周壁的夾角為5。。該機結構如圖2、 3所示，在料筒上蓋開有一個遍及整個混 煉段的觀察孔。視窗玻璃底面的雙弧面曲率半徑為15mm， 二者連接圓弧的曲率 半徑為5mm，視窗玻璃的外形尺寸長X寬X高100X42X25mm。實驗選用LLDPE (線性低密度聚乙烯)；實驗溫度為170°C;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為600rprn;喂料量為 2.706kg/h;卸料門的開啟度為1/5。通過高速攝像儀透過視窗玻璃可以拍攝到聚合物在雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機混煉 段混合和流動的狀況。同時觀察到沿混煉腔物料的充滿度以及物理化學狀態(tài)變 化的全過程。當物料達到穩(wěn)定混合時，采用急停的方法將設備停機，并快速將 料筒的溫度降至聚合物熔點以下，打開料筒，通過對試樣進行切片，來了解沿 轉(zhuǎn)子不同深度處以及不同相位處聚合物的熔融信息和共混物亞微觀相織構的演 變過程。這兩種方法結合可以更好地了解聚合物在雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機混煉段的 熔融流動和混合狀況，從而可以為正確設計雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機轉(zhuǎn)子，探索針對 不同材料的工藝操作條件提供依據(jù)。
權利要求
1、一種雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的視窗可視化料筒，料筒中的兩個轉(zhuǎn)子通過端部密封10固定于料筒兩端，所述料筒由具有加料口12的料筒上蓋4和具有卸料口15的料筒底座2通過螺栓9連接而成，料筒上蓋4和料筒底座2相互接觸的面緊密貼合，其特征在于，在位于混煉腔的混煉區(qū)19上方的料筒上蓋4上，開設一個觀察口18，視窗玻璃1由一個框形結構的視窗壓蓋3固定在觀察口18內(nèi)，視窗壓蓋3通過緊定螺栓6固定在料筒上蓋4表面，觀察口18四周的壁面為光滑斜面，與水平面的垂直方向呈3～15°夾角，視窗玻璃1的上頂平面為水平面，靠近混煉腔的底面為與混煉腔內(nèi)壁形狀一致的曲面，視窗玻璃1的側(cè)面與觀察口18四周的壁面緊密貼合。
2、 如權利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的視窗可視化料筒，其特征在于， 在料筒上蓋4和料筒底座2之間安裝一個鉸鏈5，聯(lián)接料筒上蓋4和料筒底 座2。
3、 如權利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機的視窗可視化料筒，其特征在于， 在料筒壁內(nèi)設置供冷卻介質(zhì)流動的冷卻水孔7，在位于料筒上蓋4的觀察口 18的兩側(cè)對稱開設電加熱管的孔8。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有可視窗口的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機料筒，屬于高聚物加工機械領域。本發(fā)明的料筒為剖分式，在位于混煉腔的混煉區(qū)上方的料筒上蓋上，開設一個觀察口，視窗玻璃由視窗壓框固定在觀察口內(nèi)，視窗玻璃的上頂平面為水平面，靠近混煉腔的底面為與混煉腔內(nèi)壁形狀一致的曲面，視窗玻璃的側(cè)面與觀察口18四周的壁面緊密貼合。帶有本發(fā)明料筒的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機，可以直接通過上方的玻璃視窗，以肉眼觀察到聚合物在混煉腔內(nèi)所經(jīng)歷的熔融流動過程和變形，可以看到動態(tài)的，連續(xù)的，精細的物理過程；還可以通過對機器進行急停、急冷，快速打開混煉腔取樣的方法對混煉過程中的共混物的亞微觀相織構的演變過程進行表征和研究。
文檔編號B29B7/30GK101327623SQ20081004066
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權日2008年7月17日
發(fā)明者劉德禮, 盧亞云, 景軍濤, 謝林生, 馬玉錄 申請人:華東理工大學