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【东华大学】微型锥形双螺杆共混挤出仪、微型注塑机

【微型锥形双螺杆共混挤出仪、微型】

  微型加工实验装置创作历程

  东华大学材料科学与工程学院源于1954年新中国第一个“化学纤维”专业。是全国最早的高分子材料类专业之一。1986年被确认为重点学科。1992年建立了纤维材料改性国家重点实验室。2000年“材料科学与工程”列为一级学科博士点,并建立了博士后流动站。高分子材料的加工成形一直是本学科的特色。近三年来,平均每年在校研究生和博士生700多名,本科生近1000名,科研经费8000多万,科研项目近100个。材料科学与工程教学实验中心(仪器设备平台)是隶属于学院和国家重点实验室,为教学和科研服务的开放实验室。中心目前拥有实验室面积10000多平方米,仪器设备价值近1亿。每年为本科生开设实验课程11门,实验项目100多个,实验人时数近4万。实验教学中心分别于2002年和2008年获得上海市高等学校实验室先进集体荣誉称号。2012年被教育部评为国家级教学实验示范中心。中心有着自主研发仪器设备的优良的传统,从学科创始人到现在的中青年教师,自制了很多学科上有价值的仪器设备,解决了学术或技术难题,同时把这些仪器设备引入本科教学实验。由于科研和教学需要,一直致力于微型仪器设备在材料加工领域的研究探索。

  目前高校在高分子材料加工实验中,双螺杆挤出实验、注塑成型实验、压模成型实验、吹塑吹膜实验、纤维纺丝成形实验等,都需要加工设备,而这些设备很多年来都延用着与企业型号类似的生产设备,这些设备不仅占用空间大,消耗原料多,而且操作复杂,有一定的安全性问题。对科研和学生培养有很多制约和阻碍。

  随着高分子共混物和纳米复合材料的迅速发展,迫切需要一种针对新材料研究的微型混炼和注塑设备。因为研究最初阶段在实验室里合成的材料产量很低、有些添加剂价格昂贵或有毒性,新型材料的配方研究制备最好以“g”为单位来计量。

  现有的大多数高校使用小型共混机的相对容量较高(50ml以上);大多数,每次注塑要求的原料都在50g以上,且混炼效果都不甚理想,不能形成拉伸流动的结构来产生分散流或形成充分的重新取向。同时这些设备一般采用油泵作为压力装置,维护繁琐,生产工艺要求较高,不利于实验室及科研机构使用。

  东华大学材料学院实验教学中心立足经济、环保、方便、快速、操作简单等理念,利用本学科成熟的材料加工技术和设备设计技术,设计开发一套自有知识产权、一次投料≦10克的微型锥形双螺杆共混挤出仪及。

  微型加工实验装置设计理念与特色

  微型加工实验装置有以下几个创新特点:

  1. 微量共混:一次性投料3~10g,附有出料口阀门,可调节共混时间,间歇式出料,可以到达不同型号不同长径比的双螺杆共混效果,密闭的循环腔体设计,可以做混合反应时间研究。该装置体积小,易于维护,能提供详尽的加工工艺参数,能满足各种材料的共混研究。

  2. 锥形螺杆:锥形螺杆设计,与普通平行螺杆相比,能获得较高的剪切力,独特的双线螺纹结构设计,使得其相对面斜度是单线螺纹螺杆的两倍,可以防止聚合物爬杆现象,具有较高塑化、混合、挤出能力,螺纹的深浅和螺距不同,能提供不同的剪切力。难点在于这种螺杆加工难度非常大,对配合的腔体精度要求高。

  3. 微型注塑:具有的可卸式进料腔使得原料加入简便,只需3~10g树脂就可以进行各种测试样条注塑;且其在顶杆上还附有定位装置,可以设定每次的注射量;可以配备各种成形模具,在模具槽中附有升温装置,可对模具进行加热,便于各种不同树脂的注塑,仪器和模具的匹配精度要求高。

  该微型共混仪对新材料的开发和研究具有重要意义,可以节约实验成本;料筒内还有充氮保护系统及气流冷却系统,便于开展及各类材料加工实验。两台设备可以配合使用,也可独立使用。

  微型加工实验装置功能与用途

  微型加工实验装置主要用于有机-有机,有机-无机功能复合材料的共混成形研究;适用于实验室合成微量新材料的成形研究,也适用于新材料的配方研究,特别是高粘度的高性能材料和低温生物材料的研究。

  东华大学材料学院教学实验中心制造了多台微型共混仪及用于本科教学实验。此类设备还用于本科生课外创新实验和研究生科研实验。这套微型装置,学生可以独立操作,对自己的实验有更好的研究与观察,对学生的动手能力、实验能力和创新能力有很大促进作用。此项成果已经申报发明专利2项(公示),实用新型1项(已授权)。不仅解决了本学科、本学院的科研和教学需求,同时提供给兄弟院校及研究所使用,解决其他单位的教学和科研需求。

  作品名称:微型锥形双螺杆共混挤出仪、微型注塑机

  完成单位:东华大学材料学院