CN100450746C - 物料沿程反馈动态混炼挤出方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种物料沿程反馈动态混炼挤出方法及设备。其方法是：物料在朝挤出方向输送、混合、混炼时，沿程连续有部分物料逆挤出方向返回到主料流，形成物料沿挤出方向连续分布反馈流动，使物料的混合混炼过程、停留时间得到控制和调整。其设备由一台主螺杆挤出机和一台反馈螺杆挤出机按挤出方向相反，螺杆轴线平行，主挤出机中的螺杆在上，反馈挤出机中的螺杆在下组合构成。本发明使整个混合混炼过程处于振动力场中，达到动态混合混炼；可灵活调节物料停留时间，大大增强物料的混合混炼效果。

Description

物料沿程反馈动态混炼挤出方法及设备
技术领域
本发明涉及聚合物及其复合材料加工领域，具体的是一种聚合物及其复合材料的沿程反馈动态混合混炼挤出方法及设备。
背景技术
单螺杆挤出机作为最基本的聚合物加工设备在聚合物的共混、填充、脱挥、着色和化学反应等方面得到了广泛的应用。但从混合混炼的角度来讲，单螺杆挤出机存在的问题是：剪切强度弱，混炼能力不足，停留时间短，产量低。同向啮合双螺杆挤出机作为另一种主要地混合混炼设备，与单螺杆挤出机相比，具有剪切强度高，分布和分散混合能效果好，物料停留时间分布窄、生产能力高等一系列优点。同向双螺杆挤出机存在的主要问题是不能加工热敏性材料，不能建立满足制品挤出的机头压力，进料性能不佳，调节螺杆组合不方便等。异向双螺杆挤出机除了用于热敏性材料的混合分散外，也正逐步用于混合混炼，优点是较前两种挤出机的进料性能好，停留时间分布更窄，输送能力强。但因其螺杆转速不能提高，使剪切强度不够，适合混合混炼的物料少。三螺杆挤出机通过增加啮合区，增强了对物料的捏炼作用，使得混合混炼能力进一步提高。当前无论是双螺杆挤出机还是三螺杆挤出机，在技术上都通过增加螺杆啮合区来加强混合混炼效果。但由于符合生产率要求的螺杆转速设定后，物料混合混炼时间也随之确定，无法对其进行调节，仍有部分物料不能在一定的时间里得到充分的混合混炼。增加螺杆长径比固然可以加长物料滞留时间，强化物料混合混炼效果，但过大的长径比使料筒和螺杆加工安装困难，成本增加，因而长径比也只能增加到一定限度。所以传统螺杆挤出机中的物料混合混炼时间的变化范围有限，并且调节起来很困难。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有的螺杆挤出机不能在加工过程中随时调节和控制物料在料筒中的停留时间和混合混炼时间的不足，保证设备能够为难以混合混炼的物料提供充分的剪切和捏炼作用，提高设备对不同物料体系的适应性，提供一种聚合物及其复合材料的沿程反馈动态混合混炼挤出方法，使物料在朝挤出方向输送、混合、混炼时，沿程连续有部分物料逆挤出方向返回到主料流，形成物料沿挤出方向连续分布反馈流动，使物料的混合混炼过程、停留时间得到控制和调节。
本发明的目的还在于提供所述方法使用的设备。
本发明方法是：物料在朝挤出方向输送、混合、混炼时，沿程连续有部分物料逆挤出方向返回到主料流，形成物料沿挤出方向连续分布反馈流动。
实现权利要求1所述方法的设备由一台主螺杆挤出机和一台挤出方向与主挤出机挤出方向相反的反馈螺杆挤出机构成，两台挤出机的螺杆轴线平行且上下布置，上面是主挤出机中的螺杆，下面是反馈挤出机中的螺杆。两台挤出机料筒之间按螺杆轴线方向沿程贯通。
主挤出机或反馈挤出机中的螺杆是单螺杆、平行排列的双螺杆或是轴线在同一平面上且平行排列的三螺杆；主挤出机和反馈挤出机中的螺杆数量比是1∶1、2∶1、3∶1、2∶2、3∶2、3∶3。
单螺杆挤出机作为主挤出机时，其螺杆可以轴向振动，平行排列的三螺杆挤出机作为主挤出机时，中间螺杆可以轴向振动。单螺杆挤出机作为反馈挤出机时，其螺杆可以轴向振动，平行排列的三螺杆挤出机作为反馈挤出机时，中间螺杆可以轴向振动。
主挤出机和反馈挤出机中的螺杆可以采用组合式螺杆，主挤出机的螺杆排列可以是单螺杆、双螺杆或是轴线在同一平面的三螺杆，当螺杆数目大于一时，螺杆之间可以是啮合，也可以使不啮合的，螺杆旋向之间可以是同向的，也可以是反向的。
反馈挤出机的螺杆排列采用与主挤出机中的同样形式。主挤出机的螺杆不与反馈挤出机螺杆啮合，且两台挤出机的螺杆直径可以不相同。
两台挤出机料筒之间按螺杆轴线方向沿程贯通，物料可以在两台挤出机间交换。主挤出机和反馈挤出机分别驱动，并且分别调节各自的转速。当主挤出机的螺杆数目为1或者3时，在单螺杆尾部或三螺杆中的中间螺杆尾部安装轴向激振装置，使单螺杆或中间螺杆轴向振动。并可以分别控制和调整螺杆振动的频率和振幅。这种激振方法和结构同样也应用于反馈挤出机。
工作时，物料经由料斗加入到主螺杆螺槽中，被主螺杆熔融塑化并向前输送。由于两台挤出机的料筒间相通，部分物料进入下部反馈螺杆的螺槽中，并反向输送至主挤出机的上游，再次经历一次塑化混炼。由于主螺杆和反馈螺杆的转速可以分别调节，这样就使得主挤出机的输送量和反馈挤出机的反馈输送量可控制，进而达到调节与控制物料在料筒中的停留时间和挤出量大小的目的，给予难以混合混炼的物料充足的停留时间，保证物料中各组分充分混合混炼。同时，螺杆的轴向振动将一个频率和振幅可调的振动力场导入整个固体输送，熔融和混合混炼过程中，使得物料处于动态的混合混炼之中，大大加强了混合混炼效果，提高制品质量。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、由于可以将主挤出机输送的物料通过反馈挤出机反馈到上游再次挤出，因此停留时间加长，可以大大强化物料混合混炼效果，提高共混改性制品质量；
2、由于在生产过程中可以随时分别调节两台挤出机的挤出量，所以可以灵活调节物料停留时间，满足不同品种物料对混合混炼时间的要求；
3、主螺杆和反馈螺杆的数目、排列方式、啮合旋转方式有多种组合可选择，加工的物料适用范围广，可根据实际需要选择。
附图说明
图1是本发明设备的结构示意图。
图2是图1主螺杆和反馈螺杆组数量比为1∶1时的螺杆布置图。
图3是图1主螺杆和反馈螺杆组数量比为2∶1时的螺杆布置图。
图4是图1主螺杆和反馈螺杆组数量比为3∶1时的螺杆布置图。
图5是图1主螺杆和反馈螺杆组数量比为2∶2时的螺杆布置图。
图6是图1主螺杆和反馈螺杆组数量比为3∶2时的螺杆布置图。
图7是图1主螺杆和反馈螺杆组数量比为3∶3时的螺杆布置图。
具体实施方式
图1是本发明所述方法使用的设备示意图。该设备由主挤出机电机1、联轴器2、减速分配箱3、料筒4、进料装置5、反馈螺杆6主螺杆7、反馈挤出机电机8、机头9、振动连接装置10、联轴器11、减速机12和激振装置13构成。其中主挤出机电机1、联轴器2、减速分配箱3和主螺杆7组成主挤出机。反馈螺杆6、反馈挤出机电机8、振动连接装置10、联轴器11、减速机12和激振装置13组成反馈挤出机。两台挤出机共用料筒4。设备的结构与工作过程是：进料装置5将物料喂入主挤出机的进料端。主挤出机电机1通过联轴器2将动力传递给齿轮变速分配箱3，齿轮变速分配箱将动力变速分配后传递给置于料筒4内上部的主螺杆7，主螺杆数目大于一时，主螺杆可以同向或异向旋转，将物料向机头9方向输送。另外一端，反馈挤出机电机8通过联轴器11将动力传递给减速机12，经减速后传递给置于料筒4内下部的反馈螺杆6，使其旋转。当反馈螺杆6数目大于一时，则反馈螺杆6可以同向或异向旋转，反馈螺杆推动物料朝主挤出机的进料端方向输送，形成对主螺杆输送过来的物料的反馈输送，使部分物料返回至主螺杆上游。调节主挤出机电机1和反馈挤出机电机8的转速便能分别对主螺杆7和反馈螺杆6的转速进行调节，进而调节物料的停留时间和混合混炼时间。在整个挤出过程中，激振器13产生的激振力通过振动连接装置10传给反馈螺杆6，使其做频率和振幅可调的轴向振动，从而将振动力场导入到物料中。激振器13可以采用机械、电磁、液压等多种原理结构方式来产生激振力。最终，料筒4内的物料在振动力场作用下，经过若干次的循环混合混炼后，从机头9处挤出。物料从机头中挤出的方向和螺杆的轴线方向成直角。
图2为主螺杆7与反馈螺杆6的数目比为1∶1时的组合方式；主螺杆7在上，反馈螺杆6在下，两根螺杆可以分别轴向振动；
图3为主螺杆7与反馈螺杆6的数目比为2∶1时的组合方式；主螺杆7在上，反馈螺杆6在下，反馈螺杆6可以轴向振动；
图4为主螺杆7与反馈螺杆6的数目比为2∶2时的组合方式；主螺杆7在上，反馈螺杆6在下；
图5为主螺杆7与反馈螺杆6的数目比为3∶1时的组合方式；主螺杆7在上，反馈螺杆6在下，主螺杆7的中间螺杆和反馈螺杆6可以轴向振动；
图6为主螺杆7与反馈螺杆6的数目比为3∶2时的组合方式；主螺杆7在上，反馈螺杆6在下，主螺杆7的中间螺杆可以轴向振动；
图7为主螺杆7与反馈螺杆6的数目比为3∶3时的组合方式；主螺杆7在上，反馈螺杆6在下，主螺杆7的中间螺杆和反馈螺杆6的中间螺杆可以轴向振动；
螺杆的组合、排列、啮合旋转方式可以根据物料种类和加工要求进行选择。

Claims (4)

1、一种物料沿程反馈动态混炼挤出方法，其特征是：物料在朝挤出方向输送、混合、混炼时，沿程连续有部分物料逆挤出方向返回到主料流，形成物料沿挤出方向连续分布反馈流动；具体包括
物料经由料斗加入到主螺杆螺槽中，被主螺杆熔融塑化并向前输送；
两台挤出机的料筒间相通，部分物料进入下部反馈螺杆的螺槽中，并反向输送至主挤出机的上游，再次经历一次塑化混炼；
主螺杆和反馈螺杆的转速可分别调节，主挤出机的输送量和反馈挤出机的反馈输送量可控制，以调节与控制物料在料筒中的停留时间和挤出量大小，保证物料中各组分充分混合混炼；
螺杆的轴向振动将一个频率和振幅可调的振动力场导入整个固体输送、熔融和混合混炼过程中，使得物料处于动态的混合混炼之中。
2、实现权利要求1所述方法的设备，其特征是：由一台主螺杆挤出机和一台挤出方向与主挤出机挤出方向相反的反馈螺杆挤出机构成，两台挤出机的螺杆轴线平行且上下布置，上面是主挤出机中的螺杆，下面是反馈挤出机中的螺杆；两台挤出机料筒之间按螺杆轴线方向沿程贯通。
3、根据权利要求2所述的设备，其特征是：主挤出机或反馈挤出机中的螺杆是单螺杆、平行排列的双螺杆或是轴线在同一平面上且平行排列的三螺杆；主挤出机和反馈挤出机中的螺杆数量比是1∶1、2∶1、3∶1、2∶2、3∶2、3∶3。
4、根据权利要求3所述的设备，其特征是：单螺杆挤出机作为主挤出机时，其螺杆可以轴向振动，平行排列的三螺杆挤出机作为主挤出机时，中间螺杆可以轴向振动；单螺杆挤出机作为反馈挤出机时，其螺杆可以轴向振动，平行排列的三螺杆挤出机作为反馈挤出机时，中间螺杆可以轴向振动。
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