权利要求
1.一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，包括加料机构(1)和传动机构(2)，所述加料机构(1)通过传动机构(2)提供动力对多种物料进行混合输送，其特征在于：
基于红外传感器与PID算法，对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制;
所述加料机构(1)采用分段式变导程螺杆结构;
所述加料机构(1)外侧设置高压紊流冷却系统(3);
所述加料机构(1)的排气段增设辅助冷却单元(4)，快速导出局部过热熔体热量，减少主冷却系统负荷;
所述分段式变导程螺杆结构包括主螺杆(101)，所述主螺杆(101)外侧设置高剪切啮合块(102)，构成PC高温熔融段，所述主螺杆(101)侧面设置长导程螺纹筒(103)，构成PE塑化段，侧喂料口下游配置反向螺纹块(104)。
2.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述主螺杆(101)一侧固定有安装杆(5)，所述高剪切啮合块(102)通过安装杆(5)滑动安装在主螺杆(101)一侧，所述安装杆(5)侧面套接设置有弹簧(6)，所述主螺杆(101)侧面抵紧弹簧(6)远离高剪切啮合块(102)的一端螺纹套接有调紧螺母(7)。
3.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述主螺杆(101)端部的侧面螺纹套接有定位环(8)，所述加料机构(1)的喂料段与第二段筒体间增设陶瓷纤维隔热垫片(9)。
4.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述高剪切啮合块(102)与主螺杆(101)之间啮合角度设置为40°-50°，所述长导程螺纹筒(103)的螺距设置为2D-4D长度，所述反向螺纹块(104)设置间距≥1D。
5.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述加料机构(1)整体压缩比控制在2.5:1-3.5:1区间，所述高压紊流冷却系统(3)设置双螺旋水道结构，提高水道输入压力保证换热效率。
6.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述辅助冷却单元(4)包括红外测温单元(401)，所述红外测温单元(401)对应排气口设置，通过PID算法单元关联控制独立设置的所述高压紊流冷却系统(3)。
7.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述PID算法单元收集红外测温单元(401)对排气口气体温度的检测结果，通过计算控制对应独立设置所述高压紊流冷却系统(3)的压力。
8.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于：所述PID算法依照公式进行计算：
其中U(t)为对所述高压紊流冷却系统(3)输出压力的控制量，三者叠加形成最终控制信号。
9.如权利要求1所述的抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其特征在于，物料通过分段式变导程螺杆结构的所述加料机构(1)进行混合输送，红外传感器感应排气口的气体温度，通过PID算法相应调节对应所述辅助冷却单元(4)的输送压，对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制，具体控制操作如下：
1)PC高温熔融段采用可进位调节的所述高剪切啮合块(102)，依据排气口温度检测调节进位距离，改变所述高剪切啮合块(102)与主螺杆(101)之间的啮合角度，结合所述辅助冷却单元(4)的温度控制;
2)PE塑化段通过固定设置的所述长导程螺纹筒(103)与主螺杆(101)构成，所述主螺杆(101)相对长导程螺纹筒(103)的延伸长度可进行调节;
3)所述反向螺纹块(104)配置在侧喂料口下游促进熔体回流混合;
4)对应不同功能区增设独立的所述辅助冷却单元(4)，依据排气口气体监测数据数据调节压力，快速导出局部过热熔体热量;
5)通过PC段高剪切与PE段低剪切的分级剪切螺杆组合设计，突破传统单一剪切模式导致的刚性能耗矛盾。
6)在喂料段与第二段筒体间增设可更换的所述陶瓷纤维隔热垫片(9)，减少热量传导损失。
说明书
技术领域
[0001]本发明提出一种PE-PC合金材料制备方法，涉及注塑设备领域，具体涉及一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法。
背景技术
[0002]抗冲击耐候型PE-PC合金材料指的是一种结合聚乙烯(PE)与聚碳酸酯(PC)性能优势的改性
复合材料，工业化使用中通常是采用预制颗粒进行二次熔融加工，采用双螺杆挤出机进行PE与PC的混合生产预制颗粒。
[0003]PE与PC极性差异大，常规双螺杆挤出机混炼时易出现界面分层，需依赖高剪切力与高温(250-300℃)强制相容，但高温易导致PE/PC的降解或炭化，产生黑点及空心颗粒，传统设备温控精度不足，熔体温度波动±10℃以上，影响共混的均匀性。
[0004]因此，本领域技术人员提出一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，对现有双螺杆挤出机进行结构改进，提高设备对温度区间的控制精度，并帮助降低因为高剪切结构导致能耗增加的问题。
发明内容
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，对现有双螺杆挤出机进行螺杆的变导程分段，结合高压紊流冷却系统进行独立闭环的温度控制，结合红外传感器与PID算法使各功能段的温度控制更加精确与快速，将响应时间降低到3S内，避免局部温度失准导致PE/PC的降解或炭化。
[0006]为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，包括加料机构和传动机构，所述加料机构通过传动机构提供动力对多种物料进行混合输送，输送过程中通过双螺杆结构之间的挤压实现多原料的混合均化。
[0007]优选的，基于红外传感器与PID算法，快速响应排气口的排气温度，进而通过PID算法对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制，所述加料机构外侧设置高压紊流冷却系统，所述高压紊流冷却系统设置双螺旋水道结构，水道输入压力为120PSI，通过高压水流及双螺旋水道结构将物料的热能快速导出，构成设备整体的温控系统。
[0008]基于熔体压力实时反馈调整螺杆组合，显著降低无效剪切做功，双通道高压冷却系统实现剪切热的分段快速导出，避免传统冷却响应滞后引起的额外能耗。
[0009]所述加料机构的排气段增设辅助冷却单元，所述辅助冷却单元包括红外测温单元，所述红外测温单元对应排气口设置，通过PID算法单元关联控制独立设置的所述高压紊流冷却系统。
[0010]可依据排气口气体温度监测数据对每个功能区进行降温液体输送压力的精确快速调节，快速响应监测数据导出局部过热熔体热量，降低主冷却系统负荷，避免温度波动引起的重复剪切修正，能耗降低12%。
[0011]所述加料机构采用分段式变导程螺杆结构，所述分段式变导程螺杆结构包括主螺杆，所述主螺杆的旋转挤压实现物料输送。
[0012]优选的，所述主螺杆一侧固定有安装杆，所述主螺杆外侧通过安装杆滑动安装高剪切啮合块，构成PC高温熔融段，所述安装杆侧面套接设置有弹簧，所述主螺杆侧面抵紧弹簧远离高剪切啮合块的一端螺纹套接有调紧螺母。
[0013]在观测到局部闭环所述辅助冷却单元压力发生时，通过对所述调紧螺母相对安装杆安装位置的调节，改变所述弹簧对安装高剪切啮合块的弹力大小，进而所述高剪切啮合块内侧螺纹与主螺杆之间夹角发生变化，实现对PC高温熔融段剪切力的调节，降低区段独立的闭环温控系统的工作负荷。
[0014]优选的，所述主螺杆侧面设置长导程螺纹筒，构成PE塑化段，所述主螺杆端部的侧面螺纹套接有定位环，所述主螺杆与长导程螺纹筒的安装配合由定位环进行调节，通过转动所述定位环对定位环相对长导程螺纹筒的延伸长度进行调节，实现对PE塑化段塑化温度的控制，调节机制与上述PC高温熔融段类似。
[0015]优选的，侧喂料口下游配置反向螺纹块，通过反向的内螺纹促进熔体回流混合，不但能缩短混合时间，也能减少总剪切能量的输入。
[0016]优选的，所述加料机构的喂料段与第二段筒体间增设陶瓷纤维隔热垫片，减少热量传导损失，降低20%的第二段加热功率需求。
[0017]所述陶瓷纤维隔热垫片采用插接卡位方式进行装配，方便对该结构的更换。
[0018]优选的，所述高剪切啮合块与主螺杆之间啮合角度设置为40°-50°，PC高温熔融段的剪切角度在该区段内进行调节，不但适应设备对高剪切力的需要，同时也避免过度的剪切热导致设备动能损耗。
[0019]所述长导程螺纹筒的螺距设置为2D-4D长度，所述反向螺纹块设置间距≥1D。
[0020]优选的，所述加料机构整体压缩比控制在2.5:1-3.5:1区间。
[0021]优选的，所述辅助冷却单元包括红外测温单元。
[0022]优选的，采用表面喷涂碳化钨涂层的螺纹元件，降低摩擦系数，减少驱动扭矩需求，综合能耗下降8-10%;
[0023]优选的，所述PID算法单元收集红外测温单元对排气口气体温度的检测结果，通过计算控制对应独立设置所述高压紊流冷却系统的压力。
[0024]优选的，所述PID算法依照公式进行计算：
[0025]
[0026]其中U(t)为对所述高压紊流冷却系统输出压力的控制量，三者叠加形成最终控制信号。
[0027]优选的，物料通过分段式变导程螺杆结构的所述加料机构进行混合输送，红外传感器感应排气口的气体温度，通过PID算法相应调节对应所述辅助冷却单元的输送压，对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制。
[0028]本发明公开了一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，其具备的有益效果如下：
[0029]1、该抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，采用分段式变导程螺杆结构，结合红外传感技术与PID算法，对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制，可以快速响应并精准调节各功能段的温度区间，缩小空度控制范围，避免整体换热系统无法精准控制多区段温度而导致PE/PC的降解或炭化，产生黑点及空心颗粒问题，另外功能区配合分段式变导程螺杆结构设置可调节结构，同样也延展了设备对温度的可控范围。
[0030]2、该抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，对应功能区段设置独立闭环的温控系统，结合红外传感器对出气口排气温度的监测，通过PID算法自动控制独立闭环温控系统的输送压，通过输送压的变化进行区段设置可活动结构的调节，使设备可以进行更大温度区间的温度控制，一定程度上设备可以通过PID算法自动调节稳定区段的温度区间，结合人工辅助调节保证设备的运行稳定，从而保证产品质量。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本发明整体结构示意图;
[0033]图2为本发明环绕主螺杆的加料机构示意图;
[0034]图3为本发明高剪切啮合块安装及调节结构示意图;
[0035]图4为本发明长导程螺纹筒及反向螺纹块安装结构示意图。
[0036]图中：1、加料机构;101、主螺杆;102、高剪切啮合块;103、长导程螺纹筒;104、反向螺纹块;2、传动机构;3、高压紊流冷却系统;4、辅助冷却单元;401、红外测温单元;5、安装杆;6、弹簧;7、调紧螺母;8、定位环;9、陶瓷纤维隔热垫片。
具体实施方式
[0037]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]本发明实施例公开一种抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法;
[0039]根据附图1-4所示，包括加料机构1和传动机构2，加料机构1通过传动机构2提供动力对多种物料进行混合输送，输送过程中通过双螺杆结构之间的挤压实现多原料的混合均化。
[0040]基于红外传感器与PID算法，快速响应排气口的排气温度，进而通过PID算法对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制，加料机构1外侧设置高压紊流冷却系统3，高压紊流冷却系统3设置双螺旋水道结构，水道常规输入压力到120PSI，通过高压水流及双螺旋水道结构将物料的热能快速导出，构成设备整体的温控系统。
[0041]基于熔体压力实时反馈调整螺杆组合，依据对出气口排气温度的检测快速反馈为对独立设置高压紊流冷却系统3压力的调节，在一定范围内自动进行阶段性温度的自动调节，而在此还可以进行人工协助，可以对设备在更大温度范围内进行调节，保证内部熔体的温度区间。
[0042]另外，该结构还可以显著降低无效剪切做功，双通道高压冷却系统实现剪切热的分段快速导出，避免传统冷却响应滞后引起的额外能耗。
[0043]加料机构1的排气段增设辅助冷却单元4，辅助冷却单元4包括红外测温单元401，红外测温单元401对应排气口设置，通过对阶段性排气的气体温度进行检测，数据反馈到PID算法单元，通过PID算法单元关联控制独立设置的高压紊流冷却系统3。
[0044]可依据排气口气体监测数据数据对每个功能区进行降温液体输送压力的精确快速调快速快速响应监测数据导出局部过热熔体热量，降低主冷却系统负荷，避免温度波动引起的重复剪切修正，能耗降低12%。
[0045]加料机构1采用分段式变导程螺杆结构，分段式变导程螺杆结构包括主螺杆101，主螺杆101的旋转挤压实现物料输送。
[0046]主螺杆101一侧固定有安装杆5，主螺杆101外侧通过安装杆5滑动安装高剪切啮合块102，构成PC高温熔融段，安装杆5侧面套接设置有弹簧6，主螺杆101侧面抵紧弹簧6远离高剪切啮合块102的一端螺纹套接有调紧螺母7。
[0047]在观测到局部闭环辅助冷却单元4压力发生时，通过对调紧螺母7相对安装杆5安装位置的调节，改变弹簧6对安装高剪切啮合块102的弹力大小，进而高剪切啮合块102内侧螺纹与主螺杆101之间夹角发生变化，实现对PC高温熔融段剪切力的调节，降低区段独立的闭环温控系统的工作负荷。
[0048]主螺杆101侧面设置长导程螺纹筒103，构成PE塑化段，主螺杆101端部的侧面螺纹套接有定位环8，主螺杆101与长导程螺纹筒103的安装配合由定位环8进行调节，通过转动定位环8对定位环8相对长导程螺纹筒103的延伸长度进行调节，实现对PE塑化段塑化温度的控制，调节机制与上述PC高温熔融段类似。
[0049]侧喂料口下游配置反向螺纹块104，通过反向的内螺纹促进熔体回流混合，不但能缩短混合时间，也能减少总剪切能量的输入。
[0050]加料机构1的喂料段与第二段筒体间增设陶瓷纤维隔热垫片9，减少热量传导损失，降低20%的第二段加热功率需求。
[0051]陶瓷纤维隔热垫片9采用插接卡位方式进行装配，方便对该结构的更换。
[0052]高剪切啮合块102与主螺杆101之间啮合角度设置为40°-50°，PC高温熔融段的剪切角度在该区段内进行调节，不但适应设备对高剪切力的需要，同时也避免过度的剪切热导致设备动能损耗。
[0053]长导程螺纹筒103的螺距设置为2D-4D长度，反向螺纹块104设置间距≥1D。
[0054]加料机构1整体压缩比控制在2.5:1-3.5:1区间。
[0055]辅助冷却单元4包括红外测温单元401。
[0056]采用表面喷涂碳化钨涂层的螺纹元件，降低摩擦系数，减少驱动扭矩需求，综合能耗下降8-10%;
[0057]PID算法单元收集红外测温单元401对排气口气体温度的检测结果，通过计算控制对应独立设置高压紊流冷却系统3的压力。
[0058]PID算法依照公式进行计算：
[0059]
[0060]其中Ut为对高压紊流冷却系统3输出压力的控制量，三者叠加形成最终控制信号。
[0061]物料通过分段式变导程螺杆结构的加料机构1进行混合输送，红外传感器感应排气口的气体温度，通过PID算法相应调节对应辅助冷却单元4的输送压，对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制。
[0062]加料机构1将多种物料按比例进行输送及混合，利用旋转的剪切力对物料进行加热及混合，但是现有固定式的双螺杆输送系统只能依靠热交换系统统筹设备整体温度，温控精度不足，熔体温度波动±10℃以上，影响共混的均匀性。
[0063]我们针对不同物料的不同阶段对温度要求不同的特点，除了将现有设备的换热系统改为高压紊流冷却系统3，利用高压及双螺旋强化换热效果，另外还对应每个功能段单独设置辅助冷却单元4，利用红外测温单元401监测功能段监测功能段排气的温度，通过PID算法将温度数据反馈为对闭环辅助冷却单元4输送压的调节，单独控制该单元的温度区间，不但能快速响应，还能将温度区间控制在±2℃区间内。
[0064]进一步的，在观测到对应设置的辅助冷却单元(4)运行压力明显增加时，可以手动调整对应段的活动结构，进一步保证安全温度。
[0065]该抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法，采用分段式变导程螺杆结构，结合红外传感技术与PID算法，对PC段与PE段实施独立的闭环温度控制，可以快速响应并精准调节各功能段的温度区间，缩小空度控制范围，避免整体换热系统无法精准控制多区段温度而导致PE/PC的降解或炭化，产生黑点及空心颗粒问题，另外功能区配合分段式变导程螺杆结构设置可调节结构，同样也延展了设备对温度的可控范围。
[0066]另外，对应功能区段设置独立闭环的温控系统，结合红外传感器对出气口排气温度的监测，通过PID算法自动控制独立闭环温控系统的输送压，通过输送压的变化进行区段设置可活动结构的调节，使设备可以进行更大温度区间的温度控制，一定程度上设备可以通过PID算法自动调节稳定区段的温度区间，结合人工辅助调节保证设备的运行稳定，从而保证产品质量。
[0067]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
说明书附图(4)
声明：
“抗冲击耐候型PE-PC合金材料加工设备及制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：浙江永通新材料股份有限公司
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