专利名称：内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子材料塑料管材加工机械，尤其是一种内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头，主要适用于各种塑料管材的制造。
用普通挤出方法生产的塑料管材，由于在拉伸流动状态下挤出，分子链沿轴向取向，使管材轴向强度高于周向强度，这种强度各向异性对于输送压力流体的管材非常不合理。对于输送压力流体的管材在工作状态下，周向应力为轴向应力的两倍，所以对普通轴向增强管，应力最大的周向正好是管材强度最弱的方向，管材轴向强度、模量的提高并不能使管材的耐压性增加，造成材料性能的极大浪费。另外，普通挤出机头中由于芯棒支架的存在，管壁中沿轴向存在着熔接痕，使管材的承压力进一步降低。
针对普通挤出方法生产中存在的缺点，英国Bevis等利用剪切控制取向挤出技术，提高了玻璃纤维增强PP管的周向强度，取得了很好的增强效果，但该技术对于纯PP挤出自增强却没有效果(Plast.Rubb.Comp.Proc.Appl.Vol.16，No.2，1991)。美国的Zachariades利用其自增强口模对PE自增强进行研究，只获得了部分分子链周向取向的结论，管材周向强度没有明显改善(Advance inPolymer Technology，Vol.7，No.4，1987)。英国专利(UK patent 946，371)通过螺杆直接驱动芯棒旋转，造成部分高分子链剪切取向，使管材的周向强度稍有提高。
上述报道的螺旋塑料管材挤出机头，由于结构限制，主要还存在以下问题(1)机头熔体流道过长，塑料熔体受热时间加长，容易造成分子链断链，使制品物理性能劣化；(2)机头直径过大，难以适合实际应用；(3)结构过于复杂，在操作过程中机械装置、传动装置以及供电系统存在种种不良因素影响操作安全。
本发明的目的是提供一种内外壁双剪切塑料管材旋转式挤出机头，在管材挤出过程中通过芯轴与芯棒的旋转造成分子链沿周向取向，并消除熔接痕，使管材的管壁均匀，挤出过程出料速度保持恒定，从而提高塑料管材的周向强度。
本发明的目的是这样实现的，为达上述目的而采用的技术方案是一种内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出头，其构造主要包括机头体、连接体、口模和传动装置，连接体固接于机头体的后部，口模置于机头体的前部，其特征在于它还包括一可使塑料管材外壁剪切取向的芯轴和一可使塑料管材内壁剪切取向的芯棒，芯轴前端部与芯棒的的后端部固接并位于同一轴线上；一可使熔体导通的定心轴和分流柱，定心轴和分流柱与芯轴为同一轴线，定心轴插接于连接体的内孔中，分流柱位于定心轴的前部，其后部圆柱外表面与芯轴内孔表面具有间隙而构成熔体流通通道并与定芯轴的内孔相通，在该熔体流通通道末端与其对应的芯轴内孔处沿径向至外圆周开有数个均匀分布的分流孔与其相通，分流柱的前圆柱部固定于芯轴的阶梯内孔中；一固接于机头体前端部可将口模压固在机头体前部内孔及其台阶端面的压盖，此时固定的口模与可旋转的芯棒之间具有间隙而构成料流受切通道；该传动装置主要由可无极调节芯轴和芯棒转速的变频器、变速器和传动齿轮组成，其中传动齿轮固接于芯轴的圆周上；位于机头体内孔中的芯轴末端还设有限制芯轴轴向移动的双向推动力球轴承，其端面贴合于连接体内孔台阶的端面上，于芯轴上固定传动齿轮的两侧设有支承固定芯轴的单列向心球轴承，该轴承外圆周装置于机头体左部内孔中，其轴承内孔与芯轴的外径套接。
本发明涉及的旋转式机头与普通管材机头的技术方案相比由于它的芯轴和芯棒是旋转的，实现塑料管材的外壁和内壁为双剪切取向，因此具有下列有益效果(1)由于所制备的塑料管材可减少或消除轴向取向，具有提高周向强度、模量的优点，符合压力管道的使用要求，能有效降低管材的壁厚，减轻制备成本；(2)由于芯轴旋转，有效消除管材中的熔接痕，且壁厚均匀；(3)由于构成本机头的零件结构简单，因而制造容易，操作方便；(4)工艺条件容易控制，由于芯轴和芯棒的转速可以调节，挤出过程出料速度保持恒定，因而所适用的塑料树脂品种范围广，适合生产各种口径的压力流体输送管道，且对于普通管材以及复合管材均能使用；下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细地描述。
图1是本发明内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头的结构示意图。
附图编号1.连接体 2.定芯轴 3.双向推力球轴承 4.机头体5.传动齿轮 6.单列向心球轴承 7.芯轴 8.分流柱 9.芯棒 10.压盖11.口模 12.连接体阶梯内孔 13.连接体内孔 14.连接体轴承位孔15.机头体左部内孔 16.芯轴内孔17.熔体流通通道18.分流孔19.分流柱前端圆柱部 20.机头体前部内孔 21.机头体前部内孔台阶端面22.料流受切通道 23.螺旋凹槽24.螺旋凹槽末端开口参照图1，本发明内外壁双剪切取塑料管材旋转式挤出机头的构造主要包括机头体4、芯轴7、连接体1、分流柱8、口模11、芯棒9、定芯轴2、双向推力球轴承3、单列向心球轴承6、传动齿轮5和压盖10，以及图中未画出的传动装置(变频器和变速器)除变频器和变速器外，以上所有件的组合均在同一轴线101上。
机头体4与连接体1固接，本实施例是用螺栓连接，定芯轴2插接于连接体1的阶梯内孔12和内孔13中，芯轴7可使塑料管材外壁剪切取向，芯棒9可使塑料管材内壁剪切取向，芯轴7的前端部和芯棒9的后端部用螺纹固接在一起，并位于同一轴线101上。位于机头体内孔中的芯轴7的末端设有限制芯轴轴向移动的双向推力轴承3，其端面贴合于连接体1的轴承位孔14台阶的端面上，于芯轴7上固定传动齿轮5的两侧设有支承固定芯轴7的单列向心球轴承6，该轴承6外圆周装置于机头体4的左部内孔15中，其内孔与芯轴7的轴承位外圆套接。这样，由变频器、变速器和传动齿轮5组成的传动装置，便可通过固接于芯轴7外圆上的传动齿轮5带动芯轴7和芯棒9旋转，由于设有变频器和变速器，便可实现芯轴7和芯棒9旋转的无级调速，其调速范围为0-50转/分。
芯轴7的内孔16表面与分流柱8的后部圆柱部具有间隙而构成熔体流通通道17并与定芯轴2的内孔相通，在该熔体流通通道17的末端与其对应的芯轴7的内孔处沿径向至外圆周上开有四个均匀分部的分流孔18与其相通，分流柱8的前端圆柱部19固定于芯轴7的阶梯内孔中，分流柱的后部迎熔体料流端呈圆锥状，以使料流顺通。另外，还设有一压盖10，用螺钉固定于机头体4的前端部，可将口模11压固在机头体4的前部内孔20及其台阶端面21上，此时固定的口模11与可旋转的芯棒9之间存在间隙而构成料流受切通道22。同时，在芯轴7的外表面还设有等分排列的螺旋凹槽23，其数量和起端与芯轴7外圆周上均布的分流孔18相对应，其末端开口24于口模11与芯轴7端面交接线的间隙处，其螺旋旋向与芯轴7的旋转方向相同，这样，本旋转式挤出头自定芯轴2至口模11就形成了一个贯通的熔体流通通道，并实现塑料管材的内外壁双剪切取向。凡与熔体料流接触的机头体和口模的内表面以及分流柱，芯轴和芯棒的外表面均经硬化处理，以提高耐磨性。在熔体压力作用下，熔体经熔体流通通道17，向前流动，在流动过程中，熔体外表面受芯轴7的内表面的剪切作用，使熔体形成径向速度梯度，高分子链发生取向。熔体经分流孔18流到芯轴7外表面的螺旋槽内23，此时熔体的流动方向为周向，然后熔体向前流动，经料流受切通道22，受旋转的芯棒9的剪切，熔体从内到外形成另一个速度梯度。螺旋槽的存在有利于分子链沿周向取向。从而提高了塑料管材的周向强度，降低管材的壁厚，减少管材成本。
本发明由于利用变频器无极变速装置可以随意调整机头旋转速度，从而达到对管材制备过程工艺条件的控制，适用范围广。
权利要求
1.一种内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出头，其构造主要包括机头体、连接体、口模和传动装置，连接体固接于机头体的后部，口模置于机头体的前部，其特征在于它还包括一可使塑料管材外壁剪切取向的芯轴和一可使塑料管材内壁剪切取向的芯棒，芯轴前端部与芯棒的的后端部固接并位于同一轴线上；一可使熔体导通的定心轴和分流柱，定心轴和分流柱与芯轴为同一轴线，定心轴插接于连接体的内孔中，分流柱位于定心轴的前部，其后部圆柱外表面与芯轴内孔表面具有间隙而构成熔体流通通道并与定芯轴的内孔相通，在该熔体流通通道末端与其对应的芯轴内孔处沿径向至外圆周开有数个均匀分布的分流孔与其相通，分流柱的前圆柱部固定于芯轴的阶梯内孔中；一固接于机头体前端部可将口模压固在机头体前部内孔及其台阶端面的压盖，此时固定的口模与可旋转的芯棒之间具有间隙而构成料流受切通道；该传动装置主要由可无级调节芯轴和芯棒转速的变频器、变速器和传动齿轮组成，其中传动齿轮固接于芯轴的圆周上；位于机头体内孔中的芯轴末端还设有限制芯轴轴向移动的双向推动力球轴承，其端面贴合于连接体内孔台阶的端面上，于芯轴上固定传动齿轮的两侧设有支承固定芯轴的单列向心球轴承，该轴承外圆周装置于机头体左部内孔中，其轴承内孔与芯轴的外径套接。
2.根据权利要求1所述的内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头，其特征在于所述芯轴外表面设有等分排列的螺旋凹槽，其数量和起端与芯轴外圆周上均布的分流孔相对应，其末端开口于口模与芯轴端面交接线的间隙处，其螺旋旋向与芯轴旋转方向相同。
3.根据权利要求1或2所述的内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头，其特征在于所述芯轴外表面的螺旋凹槽部自起端至末端外径逐渐减小而呈圆锥状，并构成与机头体内孔的间隙。
4.根据权利要求1所述的内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头，其特征在于所述芯轴和芯棒的转速为无级调速，其调速范围为0-50转/分。
5.根据权利要求1所述的内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头，其特征在于所述分流柱的后部迎熔体料流端呈圆锥状。
6.根据权利要求1所述的内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头，其特征在于凡与熔体料流接触的机头体和口模的内表面，以及分流柱，芯轴和芯棒的外表面均经硬化处理。
全文摘要
本发明公开了一种内外壁双剪切取向塑料管材旋转式挤出机头,主要由传动装置、芯轴、芯棒、机头体、分流柱及其它相关件组成。传动装置经由传动齿轮带动芯轴和芯棒转动,使在芯轴内部熔体流通通道中熔融的塑料料流形成周向流动,经芯轴上的分流孔与螺旋槽流至芯棒与口模之间的间隙。使料流形成径向的速度梯度,使高分子链在该速度场中沿周向取向,从而提高管材的周向强度,降低管材的壁厚,减少管材成本,适用范围广。
文档编号B29C47/24GK1331007SQ0010971
公开日2002年1月16日 申请日期2000年6月30日 优先权日2000年6月30日
发明者王笃金, 冯威, 胡先波, 徐怡庄, 黄皓浩, 赵莹, 刘学新, 徐端夫 申请人:中国科学院化学研究所