[發(fā)明專利]提高超聲在聚合物擠出中的應(yīng)用效果的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110392417.3
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102490336A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋良強(qiáng);于杰;何力;秦舒浩;朱建華
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州省復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心
• 主分類號: B29C47/08
• 分類號: B29C47/08;B06B1/08
• 代理公司: 貴陽中新專利商標(biāo)事務(wù)所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物加工方法及裝置，尤其是一種提高超聲在聚合物擠出中的應(yīng)用效果的方法及裝置。

背景技術(shù)

目前，近20年來，國內(nèi)外的研究表明將超聲應(yīng)用于聚合物熔體擠出加工過程中，可以提高聚合物熔體擠出加工性能；促進(jìn)聚合物在熔體擠出過程中發(fā)生反應(yīng)；超聲可以提高聚合物/聚合物共混物的相容性同時(shí)提高聚合物/聚合物共混的力學(xué)性能；超聲作用可以提高無機(jī)填料在聚合物基體中的分散性和減小無機(jī)填料的相形態(tài)尺寸，同時(shí)提高聚合物/無機(jī)填料共混物的力學(xué)性能。

但是，當(dāng)前的國內(nèi)外發(fā)明的聚合物超聲擠出裝置其超聲設(shè)備采用的是壓電超聲換能器，壓電超換能器的致動材料為壓電陶瓷。壓電超聲換能器不能提供單個(gè)換能器足夠大的功率，傳統(tǒng)壓電陶瓷制造的連續(xù)工作的功率超聲換能器功率不超過2?kW，且壓電陶瓷換能器長期使用的環(huán)境溫度不高于150℃。聚合物熔體擠出過程熔體溫度通常在150℃以上，過高的溫度會使得壓電陶瓷壓電效應(yīng)減小，長期使用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)會失效且不可回復(fù)，造成超聲功率和頻率不穩(wěn)定，因此將壓電陶瓷的換能器應(yīng)用于聚合物擠出過程中，不能產(chǎn)生長時(shí)持續(xù)穩(wěn)定的超聲，使得生產(chǎn)的產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。受限于壓電超聲換能器產(chǎn)生的功率低和穩(wěn)定性差，同時(shí)受加裝超聲裝置方式的影響，當(dāng)前國內(nèi)外的超聲聚合物擠出裝置尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，還不能實(shí)現(xiàn)長時(shí)穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)；在高速的工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)高速擠出情況下，超聲有效性差，因此，至今還沒有可以滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求的聚合物超聲擠出裝置。目前，國內(nèi)外的聚合物超聲擠出裝置只能進(jìn)行慢速的聚合物熔體擠出造粒，單位時(shí)間產(chǎn)量有限，還不能實(shí)現(xiàn)快速的聚合物熔體擠出造粒以及板材、異型材和管材等的擠出。老式的磁致伸縮超聲換能器，轉(zhuǎn)換率低能耗高，不適宜用于聚合物的超聲擠出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種提高超聲在聚合物擠出中的應(yīng)用效果的方法及裝置，它能實(shí)現(xiàn)聚合物及聚合物共混物的長時(shí)穩(wěn)定連續(xù)超聲擠出加工，且能耗低，應(yīng)用效果好，能實(shí)現(xiàn)快速的工業(yè)化生產(chǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：提高超聲在聚合物擠出中的應(yīng)用效果的方法，采用稀土超磁致伸縮材料制作的稀土超磁致伸縮超聲換能器作為超聲發(fā)生源，使稀土超磁致伸縮超聲換能器通過鈦合金變幅桿與聚合物熔體接觸，從而直接將超聲振動傳導(dǎo)至聚合物熔體中，以增加超聲對聚合物熔體反應(yīng)擠出時(shí)的作用強(qiáng)度及反應(yīng)程度。

提高超聲在聚合物擠出中的應(yīng)用效果的裝置，包括雙螺桿擠出機(jī)，在雙螺桿擠出機(jī)的?？谏戏皆O(shè)有稀土超磁致伸縮超聲換能器，在稀土超磁致伸縮超聲換能器上連接有電源，在稀土超磁致伸縮超聲換能器的底部連接有鈦合金變幅桿；在雙螺桿擠出機(jī)的?？谏线B接有多功能組合模頭，多功能組合模頭的頂部設(shè)有一個(gè)使模具型腔與外部連通的空腔，鈦合金變幅桿處于空腔中，在鈦合金變幅桿與空腔的頂部之間設(shè)有高耐熱硅橡膠墊片，聚合物熔體擠出過程中熔體緊貼鈦合金變幅桿下端面流動。

在稀土超磁致伸縮超聲換能器的底部設(shè)有超聲換能器固定裝置。保證稀土超磁致伸縮超聲換能器在聚合物擠出加工過程中的穩(wěn)定性。

在稀土超磁致伸縮超聲換能器與鈦合金變幅桿的連接部分上設(shè)有超聲變幅桿定位裝置。保證在聚合物擠出加工過程中鈦合金變幅桿的穩(wěn)定性，有利于提高加工效果。

在稀土超磁致伸縮超聲換能器的外部設(shè)有冷卻型腔，并在稀土超磁致伸縮超聲換能器上設(shè)有與冷卻型腔連通的循環(huán)冷卻油入口及循環(huán)冷卻油出口，另設(shè)有一個(gè)低溫循環(huán)冷卻裝置，循環(huán)冷卻油入口及循環(huán)冷卻油出口均與低溫循環(huán)冷卻裝置連接。采用低溫循環(huán)冷卻裝置可以降低稀土超磁致伸縮超聲換能器在使用過程中的溫度，提高長時(shí)間使用的穩(wěn)定性。

采用稀土超磁致伸縮材料制造的稀土超磁致伸縮超聲換能器，其功率可以達(dá)到6～25KW，適宜制造大尺寸的超聲變幅桿，使用環(huán)境溫度可高達(dá)380℃，在300℃以上的工作環(huán)境中也可以連續(xù)工作10小時(shí)以上。因此采用稀土超磁致伸縮材料制造的超聲設(shè)備更適宜制造聚合物超聲擠出加工裝備。

為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)對比：

1、采用相同的擠出機(jī)，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘，擠出溫度為200℃時(shí)，?加入有機(jī)過氧化物催化劑，普通方法擠出ABS熔融接枝GMA，接枝率最高為0.4%；在此稀土超磁致伸縮超聲設(shè)備超聲作用下可將接枝率提高到2.0%。