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1、(10)申请公布号 CN 102490336 A (43)申请公布日 2012.06.13 CN 102490336 A *CN102490336A* (21)申请号 201110392417.3 (22)申请日 2011.12.01 201110355497.5 2011.11.11 CN B29C 47/08(2006.01) B06B 1/08(2006.01) (71)申请人 贵州省复合改性聚合物材料工程技 术研究中心 地址 550014 贵州省贵阳市白云区白云北路 新材料产业园 (72)发明人 韦良强 于杰 何力 秦舒浩 朱建华 (74)专利代理机构 贵阳中新专利商标事务所 5210。
2、0 代理人 李亮 程新敏 (54) 发明名称 提高超声在聚合物挤出中的应用效果的方法 及装置 (57) 摘要 本发明公开了一种提高超声在聚合物挤出中 的应用效果的方法及装置， 采用稀土超磁致伸缩 材料制作的稀土超磁致伸缩超声换能器作为超声 发生源， 使稀土超磁致伸缩超声换能器通过钛合 金变幅杆与聚合物熔体接触， 从而直接将超声振 动传导至聚合物熔体中， 以增加超声对聚合物熔 体反应挤出时的作用强度及反应程度。本发明采 用稀土超磁致伸缩材料制作稀土超磁致伸缩超声 换能器， 稀土超磁致伸缩超声换能器的功率大， 而 且耐热性能好， 稀土超磁致伸缩超声换能器通过 直接与聚合物熔体接触的钛合金变幅杆将超。
3、声振 动传导至聚合物熔体中， 极大的提高了超声在聚 合物挤出中的应用效果， 在聚合物熔体反应挤出 时， 作用强度更大， 反应程度更高。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种提高超声在聚合物挤出中的应用效果的方法， 其特征在于 ： 采用稀土超磁致伸 缩材料制作的稀土超磁致伸缩超声换能器作为超声发生源， 使稀土超磁致伸缩超声换能器 通过钛合金变幅杆与聚合物熔体接触， 从而直接将超声振动传导至聚合物熔体中。
4、， 以增加 超声对聚合物熔体反应挤出时的作用强度及反应程度。 2. 一种提高超声在聚合物挤出中的应用效果的装置， 包括双螺杆挤出机 （1） ， 其特征 在于 : 在双螺杆挤出机 （1） 的模口上方设有稀土超磁致伸缩超声换能器 （3） ， 在稀土超磁致 伸缩超声换能器 （3） 上连接有电源 （2） ， 在稀土超磁致伸缩超声换能器 （3） 的底部连接有钛 合金变幅杆 （4） ； 在双螺杆挤出机 （1） 的模口上连接有多功能组合模头 （6） ， 多功能组合模 头 （6） 的顶部设有一个使模具型腔与外部连通的空腔 （9） ， 钛合金变幅杆 （4） 处于空腔 （9） 中， 在钛合金探头 （4） 与空腔 。
5、（9） 的顶部之间设有高耐热硅橡胶垫片 （10） 。 3. 根据权利要求 2 所述的提高超声在聚合物挤出中的应用效果的装置， 其特征在于 : 在稀土超磁致伸缩超声换能器 （3） 的底部设有超声换能器固定装置 （11） 。 4. 根据权利要求 2 所述的提高超声在聚合物挤出中的应用效果的装置， 其特征在于 : 在稀土超磁致伸缩超声换能器 （3） 与钛合金变幅杆 （4） 的连接部分上设有超声变幅杆定位 装置 （12） 。 5. 根据权利要求 2 所述的提高超声在聚合物挤出中的应用效果的装置， 其特征在于 : 在稀土超磁致伸缩超声换能器 （3） 的外部设有冷却型腔， 并在稀土超磁致伸缩超声换能器 （。
6、3） 上设有与冷却型腔连通的循环冷却油入口 （7） 及循环冷却油出口 （8） ， 另设有一个低温 循环冷却装置 （5） ， 循环冷却油入口 （7） 及循环冷却油出口 （8） 均与低温循环冷却装置 （5） 连接。 权 利 要 求 书 CN 102490336 A 2 1/3 页 3 提高超声在聚合物挤出中的应用效果的方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及一种聚合物加工方法及装置， 尤其是一种提高超声在聚合物挤出中的 应用效果的方法及装置。 背景技术 0002 目前， 近 20 年来， 国内外的研究表明将超声应用于聚合物熔体挤出加工过程中， 可以提高聚合物熔体挤出加工性能 ； 促进聚合物在熔体。
7、挤出过程中发生反应 ； 超声可以提 高聚合物 / 聚合物共混物的相容性同时提高聚合物 / 聚合物共混的力学性能 ； 超声作用可 以提高无机填料在聚合物基体中的分散性和减小无机填料的相形态尺寸， 同时提高聚合物 / 无机填料共混物的力学性能。 0003 但是， 当前的国内外发明的聚合物超声挤出装置其超声设备采用的是压电超声换 能器， 压电超换能器的致动材料为压电陶瓷。压电超声换能器不能提供单个换能器足够大 的功率， 传统压电陶瓷制造的连续工作的功率超声换能器功率不超过 2 kW， 且压电陶瓷换 能器长期使用的环境温度不高于 150。聚合物熔体挤出过程熔体温度通常在 150以上， 过高的温度会使得。
8、压电陶瓷压电效应减小， 长期使用压电陶瓷的压电效应会失效且不可回 复， 造成超声功率和频率不稳定， 因此将压电陶瓷的换能器应用于聚合物挤出过程中， 不能 产生长时持续稳定的超声， 使得生产的产品性能不稳定。受限于压电超声换能器产生的功 率低和稳定性差， 同时受加装超声装置方式的影响， 当前国内外的超声聚合物挤出装置尚 处于实验室阶段， 还不能实现长时稳定的工业化生产 ； 在高速的工业化生产时高速挤出情 况下， 超声有效性差， 因此， 至今还没有可以满足工业化生产需求的聚合物超声挤出装置。 目前， 国内外的聚合物超声挤出装置只能进行慢速的聚合物熔体挤出造粒， 单位时间产量 有限， 还不能实现快速。
9、的聚合物熔体挤出造粒以及板材、 异型材和管材等的挤出。 老式的磁 致伸缩超声换能器， 转换率低能耗高， 不适宜用于聚合物的超声挤出。 发明内容 0004 本发明的目的是 ： 提供一种提高超声在聚合物挤出中的应用效果的方法及装置， 它能实现聚合物及聚合物共混物的长时稳定连续超声挤出加工， 且能耗低， 应用效果好， 能 实现快速的工业化生产， 以克服现有技术的不足。 0005 本发明是这样实现的 ： 提高超声在聚合物挤出中的应用效果的方法， 采用稀土超 磁致伸缩材料制作的稀土超磁致伸缩超声换能器作为超声发生源， 使稀土超磁致伸缩超声 换能器通过钛合金变幅杆与聚合物熔体接触， 从而直接将超声振动传导。
10、至聚合物熔体中， 以增加超声对聚合物熔体反应挤出时的作用强度及反应程度。 0006 提高超声在聚合物挤出中的应用效果的装置， 包括双螺杆挤出机， 在双螺杆挤出 机的模口上方设有稀土超磁致伸缩超声换能器， 在稀土超磁致伸缩超声换能器上连接有电 源， 在稀土超磁致伸缩超声换能器的底部连接有钛合金变幅杆 ； 在双螺杆挤出机的模口上 连接有多功能组合模头， 多功能组合模头的顶部设有一个使模具型腔与外部连通的空腔， 说 明 书 CN 102490336 A 3 2/3 页 4 钛合金变幅杆处于空腔中， 在钛合金变幅杆与空腔的顶部之间设有高耐热硅橡胶垫片， 聚 合物熔体挤出过程中熔体紧贴钛合金变幅杆下端面。
11、流动。 0007 在稀土超磁致伸缩超声换能器的底部设有超声换能器固定装置。 保证稀土超磁致 伸缩超声换能器在聚合物挤出加工过程中的稳定性。 0008 在稀土超磁致伸缩超声换能器与钛合金变幅杆的连接部分上设有超声变幅杆定 位装置。保证在聚合物挤出加工过程中钛合金变幅杆的稳定性， 有利于提高加工效果。 0009 在稀土超磁致伸缩超声换能器的外部设有冷却型腔， 并在稀土超磁致伸缩超声换 能器上设有与冷却型腔连通的循环冷却油入口及循环冷却油出口， 另设有一个低温循环冷 却装置， 循环冷却油入口及循环冷却油出口均与低温循环冷却装置连接。采用低温循环冷 却装置可以降低稀土超磁致伸缩超声换能器在使用过程中的。
12、温度， 提高长时间使用的稳定 性。 0010 采用稀土超磁致伸缩材料制造的稀土超磁致伸缩超声换能器， 其功率可以达到 625KW， 适宜制造大尺寸的超声变幅杆， 使用环境温度可高达380， 在300以上的工作 环境中也可以连续工作 10 小时以上。因此采用稀土超磁致伸缩材料制造的超声设备更适 宜制造聚合物超声挤出加工装备。 0011 为了验证本发明的效果， 进行了以下实验对比 ： 1、 采用相同的挤出机， 挤出机转速为 150 转 / 分钟， 挤出温度为 200时， 加入有机过 氧化物催化剂， 普通方法挤出 ABS 熔融接枝 GMA， 接枝率最高为 0.4% ； 在此稀土超磁致伸缩 超声设备超。
13、声作用下可将接枝率提高到 2.0%。 0012 2、 采用相同的挤出机， 挤出机转速为150转/分钟， 挤出温度为230时， 普通方法 挤出PA6/ABS/GMA获得的产品缺口冲击强度为23KJ/m2， 在此稀土超磁致伸缩超声设备超声 作用下可将冲击强度提高至 57KJ/m2。 0013 3、 采用相同的挤出机， 挤出机转速为150转/分钟， 挤出温度为250时， 普通方法 挤出 PBT/2% 纳米碳酸钙， 获得的产品拉伸强度为 47MPa， 冲击强度为 45KJ/m2； 在此稀土超 磁致伸缩超声设备超声作用下可将拉伸强度和冲击强度分别提高至 56MPa 和 67KJ/m2. 根据对比实验可以。
14、看出， 采用本发明的方法， 可以在高速生产的情况下， 仍能明显提高 聚合物熔融反应程度， 提高聚合物 / 聚合物体系、 聚合物 / 无机填料体系的相容性， 与常规 方式获得的产品相比， 根据本发明的方法挤出得到的产品的物理性能有非常明显的提升。 0014 由于采用了上述技术方案， 与现有技术相比， 本发明采用稀土超磁致伸缩材料制 作稀土超磁致伸缩超声换能器， 稀土超磁致伸缩超声换能器的功率大， 而且耐热性能好， 稀 土超磁致伸缩超声换能器通过直接与聚合物熔体接触的钛合金变幅杆将超声振动传导至 聚合物熔体中， 极大的提高了超声在聚合物挤出中的应用效果。由于稀土超磁致伸缩超声 换能器的功率大， 而。
15、大功率的超声换能器产生的超声对聚合物及聚合物共混物的作用更显 著， 更有利于聚合物共混物力学性能的稳定提高 ； 并且由于更大面积的钛合金变幅杆直接 与聚合物熔体接触且接触时间更长， 因此在聚合物熔体反应挤出时， 作用强度更大， 反应程 度更高 ； 即使在工业化生产时高速挤出的情况下， 超声对聚合物共混物力学性能的提高仍 很明显， 由于稀土超磁致伸缩超声换能器的耐热性能好， 因此即使在长时间的连续挤出过 程中， 也能产生持续稳定的产生超声， 保证挤出的产品性能稳定， 可以实现聚合物超声挤出 生产高性能板材、 异型材及管材等。 本发明的方法简单， 容易实施， 所采用的装置结构简单， 说 明 书 C。
16、N 102490336 A 4 3/3 页 5 制作方便， 成本低廉， 使用效果好。 附图说明 0015 附图 1 为本发明的结构示意图 ; 附图 2 为本发明的稀土超磁致伸缩超声换能器的仰视图。 具体实施方式 0016 本发明的实施例 ： 提高超声在聚合物挤出中的应用效果的方法， 采用稀土超磁致 伸缩材料制作的稀土超磁致伸缩超声换能器作为超声发生源， 使稀土超磁致伸缩超声换能 器通过钛合金变幅杆与聚合物熔体接触， 从而直接将超声振动传导至聚合物熔体中， 以增 加超声对聚合物熔体反应挤出时的作用强度及反应程度。 0017 提高超声在聚合物挤出中的应用效果的装置的结构如图 1 所示， 包括双螺杆。
17、挤出 机 1， 在双螺杆挤出机 1 的模口上方设有稀土超磁致伸缩超声换能器 3， 在稀土超磁致伸缩 超声换能器3上连接有电源2， 在稀土超磁致伸缩超声换能器3的底部连接有钛合金变幅杆 4， 在稀土超磁致伸缩超声换能器3与钛合金变幅杆4的连接部分上设有超声变幅杆定位装 置 12， 在稀土超磁致伸缩超声换能器 3 的底部设有超声换能器固定装置 11 ； 在双螺杆挤出 机1的模口上连接有多功能组合模头6， 多功能组合模头6的顶部设有一个使模具型腔与外 部连通的空腔 9， 钛合金变幅杆 4 处于空腔 9 中， 在钛合金变幅杆 4 与空腔 9 的顶部之间设 有高耐热硅橡胶垫片 10 ； 另外， 在稀土超磁致伸缩超声换能器 3 上设有周边型腔， 并在稀土 超磁致伸缩超声换能器3上设有与周边型连通的循环冷却油入口7及循环冷却油出口8， 采 用一套以导热油为介质低温循环冷却装置5， 循环冷却油入口7及循环冷却油出口8均与低 温循环冷却装置 5 连接 （在使用过程中， 低温循环冷却系统 5 的循环冷却油从入口 7 流入稀 土超磁致伸缩超声换能器 3 的周边型腔， 从出口 8 流出稀土超磁致伸缩超声换能器 3 的周 边型腔回到低温循环冷却装置 5 中） 。 说 明 书 CN 102490336 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102490336 A 6 。