基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构制造技术

本发明专利技术创造公开了基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构，涉及材料成型领域，包括模架、芯棒、成型口模，所述的芯棒固定安装在模架上，芯棒与挤出流道出口处之间的半径差形成挤出口径b，芯棒与成型口模之间的半径差形成成型口径B；所述的成型口径B由挤出压力、挤出口径、挤出温度、体积弹性模量组成的多自变量函数决定，。本发明专利技术创造所要解决的技术问题，在PLA聚乳酸挤出成型过程中，由于压力的释放，利用出口模口尺寸关系，实现PLA聚乳酸吸管在不增加重量的情况下，使得吸管的壁厚增厚。为生产不同管径、壁厚的PLA聚乳酸吸管提供技术标准。PLA聚乳酸吸管提供技术标准。PLA聚乳酸吸管提供技术标准。

【技术实现步骤摘要】
基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构


[0001]本专利技术创造涉及材料成型领域，尤其涉及基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构。

技术介绍

[0002]到2020年底，全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管，这意味着传统聚烯烃类不可降解吸管都面临着被停用的局面。在这种时代背景下，生物可降解吸管的开发与利用将要进入发展的快车道，聚乳酸（PLA）作为可降解材料在吸管领域的利用显得非常重要。
[0003]聚乳酸纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成，聚乳酸纤维是一种原料可种植、易种植，废弃物在自然界中可自然降解的合成纤维。本申请人是一家从事PLA聚乳酸研发、生产吸管的企业。
[0004]聚乳酸（PLA）生产吸管的研究现状：在论文《可降解材料在吸管方面的应用研究进展》中，作者“刘春、李涛”主要分析了不同添加物对PLA性能的影响。李进，潘小虎，吴立丰的论文《PBAT改性PLA吸管性能研究》，主要研究内容为PBAT的添加量对改性PLA的研究。
[0005]许嘉垅，吴铭洋，汪友路，张学斌发表的论文《“限塑令”背景下环保吸管的研究综述和展望》，阐述了“PLA可降解吸管生产工艺、PLA可降解吸管优缺点、PLA可降解吸管发展预估”三个方面的问题。
[0006]作者颜克福，在北京工业大学硕士研究生毕业论文《聚乳酸（PLA）吹塑成型的研究》中，主要得出以下结论：通过扩链改性能提高PLA熔体强度，使得PLA能连续稳定挤出吹塑成膜，且其拉伸强度和拉伸模量也有较大的提高。通过聚乙二薛（PEG）增韧改性PLA，较大程度地提高PLA薄膜柔韧性，薄膜断裂伸长率和撕裂强度大幅提高，但拉伸强度和模量降低，PEG较优的添加量为10wt.％。通过talc共混改性化PLA／PEG，提高了PLA结晶度，改善了断面结构，热变形温度也有一定程度的提髙，使其耐热性増强，也使共混改性PLA薄膜最大吹胀比増大，力学性能提髙。
[0007]PLA吸管的成型工艺和参数的探究。为了控制好PLA吸管的成型质量和性能，一些研究者对PLA吸管的成型工艺和参数进行了系统的分析和优化，如挤出温度、压力、速度、模具结构、冷却方式等。例如，张亚楠等通过正交试验法确定了最佳的挤出温度、压力和速度组合，以获得最佳的吸管外观、尺寸和力学性能；王晓峰等通过有限元分析法设计了不同形状的模具结构，以实现不同壁厚的吸管成型；李娜等通过实验比较了水槽冷却和风冷两种冷却方式对吸管质量和性能的影响。
[0008]PLA吸管的压力释放膨胀原理和机理的研究。为了揭示PLA吸管在挤出流道出口处因为压力释放而导致体积膨胀的原理和机理，一些研究者对PLA吸管的压力释放膨胀现象进行了理论分析和实验验证，如建立数学模型、测量体积弹性模量、观察微观结构等。例如，张亚楠等建立了一个基于Bernoulli方程和Hooke定律的数学模型，用于计算PLA吸管在不
同压力下的膨胀率；王晓峰等通过动态力学热分析仪（DMA）测量了不同成分的PLA的体积弹性模量，发现体积弹性模量越大，膨胀率越小；李娜等通过扫描电镜（SEM）观察了不同冷却方式对PLA吸管微观结构的影响，发现水槽冷却能够抑制PLA吸管的膨胀，使其具有更均匀的微观结构。

技术实现思路

[0009]本专利技术创造所要解决的技术问题，在PLA聚乳酸挤出成型过程中，由于压力的释放，利用出口模口尺寸关系，实现PLA聚乳酸吸管在不增加重量的情况下，使得吸管的壁厚增厚。确定不同管径、壁厚的PLA聚乳酸吸管技术设计标准。
[0010]一种基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构，包括模架、芯棒、成型口模；模架设置有用于对接热熔聚乳酸的挤出流道；芯棒固定安装在模架上，芯棒与挤出流道出口处之间的半径差形成挤出口径b，芯棒与成型口模之间的半径差形成成型口径B；成型口模固定安装在模架上，成型口模上设置有成型模道用于对接挤出口径b处挤出的热熔聚乳酸；所述的成型口径B由挤出压力、挤出口径、挤出温度、体积弹性模量组成的多自变量函数决定，，p代表挤出压力，b代表挤出口径，t代表挤出温度，k代表体积弹性模量。
[0011]本技术方案的技术效果：本专利技术通过创造性的提出来，利用PLA聚乳酸的体积弹性模量，在挤出流道出口处因为压力释放，导致PLA聚乳酸体积膨胀，通过对膨胀的体积进行合理的利用。由于聚乳酸膨胀后，分子应力释放，在应力释放后，吸管的力学性能能够得到有效的提高，同时在不耗费材料质量的情况下，能够加粗成型管壁的厚度。本专利技术开创性的利用了多自变量（挤出压力、挤出口径、挤出温度、体积弹性模量），得到成型模道、成型口径B的设计尺寸，对生产不同规格的PLA吸管，能够大大的减少研发、设计成本。
[0012]本专利技术创造进一步优化所要解决的技术问题为，确保PLA聚乳酸吸管挤出后的产品壁厚均匀，以及确保产品通过模具设计公式计算出来的结果无误差。
[0013]为了实现以上技术目的，进一步的改进方案：模架、芯棒、成型口模轴心重合。
[0014]改进后的技术方案的技术效果：通常部件结构之间的装配同轴度是为了保证力学效果。本专利技术创造的同轴度主要是为了保证产品之间的几何均匀度，同时防止因为轴心的偏差而导致产品的质量低于设计质量。
[0015]本专利技术创造进一步优化所要解决的技术问题为，解决不同挤出流道需要配置多大的挤出压力、挤出温度，得到具体的成型模道尺寸。
[0016]为了实现以上技术目的，进一步的改进方案：所述的成型口径B，，k作为固定常数取值为1，所述的，，p取值单位为兆帕，t取值单位为摄氏度；通过控制变量p、t，确保。
[0017]改进后的技术方案的技术效果：本专利技术创造解决了自变量（挤出压力、挤出口径、挤出温度、体积弹性模量）的常数因子，在PLA聚乳酸的物理特性范围内，可以合理的调整挤出压力、挤出温度得到满足要求的吸管产品。区间内，吸管的产品质量、力学性能最好。通过对进行结果控制，能够得到如图4所示的挤出压力、挤出温度取值区域，在区域内取值都能够满足质量要求，能够大大减轻生成不同尺寸吸管的研发、设计成本。
[0018]本专利技术创造进一步优化所要解决的技术问题为，便于热熔聚乳酸流入挤出流道，确保挤出流道内压力一致。
[0019]为了实现以上技术目的，进一步的改进方案：所述的挤出流道由锥形段、柱形段一体加工而成的通孔，分成两段不同的形状。
[0020]改进后的技术方案的技术效果：由于芯棒的安装板占用了挤出流道的部分空间，从而影响热熔聚乳酸顺利进入挤出流道，通过设置有锥形段，大大提高了入口面积，确保了入料及压力的稳定性、均匀性。
[0021]本专利技术创造进一步优化所要解决的技术问题为，利用热熔聚乳酸与挤出流道内壁之间的摩擦力，引导热熔聚乳酸在进入成型口模时迅速开始体积膨胀。
[0022]为了实现以上技术目的，进一步的改进方案：所述的挤出流道出口处倒圆角。
[0023]改进后的技术方案的技术效果：热熔聚乳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构，包括模架、芯棒、成型口模，其特征在于,模架设置有用于对接热熔聚乳酸的挤出流道；芯棒固定安装在模架上，芯棒与挤出流道出口处之间的半径差形成挤出口径b，芯棒与成型口模之间的半径差形成成型口径B；成型口模固定安装在模架上，成型口模上设置有成型模道用于对接挤出口径b处挤出的热熔聚乳酸；所述的成型口径B由挤出压力、挤出口径、挤出温度、体积弹性模量组成的多自变量函数决定，，p代表挤出压力，b代表挤出口径，t代表挤出温度，k代表体积弹性模量。2.根据权利要求1所述的基于压力释放膨胀原理增加PLA聚乳酸吸管壁厚的结构，其特征在于，模架、芯棒、成型口模轴心重合。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁晓飞，刁晓磊，孙爱杰，鲍新春，吴承朔，范雨萱，
申请(专利权)人：凌碳生物科技香河有限公司，
类型：发明
国别省市：