[發明專利]高頻電場與振動力場協同低溫加工高分子材料的方法及裝置

有效

• 申請號: 201610301930.X
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105856473B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 楊智韜;徐文華;殷小春;瞿金平
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C43/52
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及高分子材料塑化加工技術領域，特別是涉及應用于高分子及高分子基復合材料低溫塑化的加工方法及裝置。

背景技術

當前主流的高分子材料加工方法主要有擠出、注塑、模壓等，高分子物料在這些加工設備中經受外部高溫加熱和機械摩擦熱而達到粘流態(溫度高于材料熔點)，進而塑化、成型、固化。在加工過程中，物料塑化所需能量主要來源于外部熱傳遞及摩擦機械能轉化，加熱傳熱效率低，導致物料塑化過程所需的熱機械歷程長，能耗較高；同時由于外部加熱極易造成物料受熱不均，往往導致高分子物料在塑化過程中局部或溫度過高降解或溫度過低塑化不完全，極大地影響了高分子材料制品的機械性能。

隨著當前新型高分子材料如植物纖維增強材料、可降解生物質材料、高性能功能型材料等層出不窮，同時對于高分子材料制品的尺寸精度、混合分散特性、力學性能等各項指標的要求也越來越高，因此對于高分子材料的塑化加工設備也提出了更高的要求：在盡可能低的加工溫度和盡可能短的加工歷程中實現材料的均勻熔融、塑化、成型。

針對目前高分子材料塑化輸運過程所存在的問題，開發一種能夠實現高分子材料內部加熱的高效的熔融塑化方式，使得高分子物料能夠在常溫或者顯著低于物料熔點的溫度下熔融塑化，可以大幅降低塑化加工能耗，有效避免高分子材料在塑化加工過程中的熱降解，提升高分子材料制品性能，這對于實現高分子材料高效低耗的加工過程具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對以上高分子加工成型技術和設備中存在的問題和不足，提供一種將高頻電場和振動力場同時引入到高分子材料塑化加工中，兩種力場協同作用于高分子及高分子基材料，強化塑化加工過程中的加熱傳熱效率，縮短塑化成型周期，實現低溫塑化高分子材料的方法和設備。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種高頻電場與振動力場協同低溫加工高分子材料方法：置于上極板和下極板之間的高分子材料或高分子基復合材料受到高頻電場與周期性振動應力場的協同作用，高分子材料內部結構在周期性振動應力場作用下發生分子鏈扭曲錯位，晶格畸變，晶片變形滑移，分子內部結構失穩重排，出現大量界面，界面上空間電荷重新排布和堆積，導致材料介電性能大幅提升而具備高頻介質加熱的條件；協同施加的高頻電場使材料內部分子發生頻繁的介電極化，分子間的相互碰撞和摩擦，從物料內部產生熱量，高能電場能轉化為材料內部熱能，進而實現高分子材料的低溫熔融塑化。

優選地，所述高頻電場由高頻發生器產生，頻率為6.78MHz、13.56MHz和27.12MHz三種。

優選地，所述周期性振動力場由激振裝置產生，振動頻率和振幅可調，振動頻率可調范圍為10-1000Hz，振幅可調范圍為1-10mm。

優選地，所述高分子材料為聚烯烴、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸或聚氯乙烯；所述高分子基復合材料是以碳纖維、鈦酸鋇、二氧化鈦、玻纖或碳酸鈣為填充料，以聚烯烴、聚乳酸或聚氯乙烯為基體的填充型高分子基復合材料。

一種實現高頻電場與振動力場協同低溫加工高分子材料方法的裝置：主要由高頻發生器、銅帶、導柱、上壓板、絕緣板、上極板、成型模具、電控柜、液壓油缸、激振裝置、下壓板、下極板和加熱管組成；所述上壓板、絕緣板和上極板由上到下依次連接，構成上壓部分，安裝于導柱上端；下壓板、絕緣板和下極板由下到上依次連接，構成下壓部分，安裝于導柱下端；上極板和下極板相對設置，成型模具放置于下極板上表面或者是將待焊接的高分子或高分子基復合板材置于下極板上表面；下壓板往下依次安裝激振裝置和液壓油缸，上壓板和下壓板內部安裝加熱管；高頻發生器正負極經由銅帶分別與上極板和下極板相連，在上極板和下極板間形成穩定的平板式高頻電場；電控柜分別與液壓油缸、加熱管和激振裝置連接。

優選地，所述激振裝置選用液壓振動馬達，振動頻率和振幅可調，振動頻率可調范圍為10-1000Hz，振幅可調范圍為1-10mm。

優選地，所述絕緣板為云母板；所述成型模具的材質為陶瓷或聚四氟乙烯。

優選地，所述加熱管選用單頭電阻式電熱棒。

優選地，所述下極板上表面安裝陶瓷螺釘。

優選地，該裝置還包括基臺，基臺固定于下壓部分下面；上極板、絕緣板和上壓板采用陶瓷螺栓連接和緊固；下極板、絕緣板和下壓板采用陶瓷螺栓連接和緊固。