CN101214723B - 用于热塑性塑料弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆 - Google Patents

用于热塑性塑料弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于热塑性塑料弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆，包括用于同向啮合双螺杆挤出机的双螺杆，其特点是：在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成螺杆组合，用于局部缓解高压，高剪切，减少分子链的断裂，使热塑性弹性体与改性剂在两转子之间反复混合。本发明通过在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成螺杆组合，对捏合块有效组合排列，对热塑性弹性体材料提供好的剪切效果，达到良好的分散混合和分布混合。

Description

用于热塑性塑料弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆
技术领域
本发明涉及双螺杆挤出机的螺杆，尤其是一种采用双螺杆挤出机熔融共混SEBS/PP弹性体材料，并适合其他的塑料改性的热塑性弹性体材料加工的螺杆组合。
背景技术
热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer简称：TPE)是一类在常温下显示橡胶弹性，高温下又能塑化成型的高分子材料，由塑料段(硬段)和橡胶段(弹性软段)相连组成的。分子链间的硬段内聚能较大，通过范德华力等非共价作用相互缔合形成物理交联点，软段则是自由旋转能力较大的高弹性链段。硬段聚集相分散在软段(橡胶段)形成的连续相基体之间，在形态上属微观多相结构。在常温下，硬段不仅起到固定软段(弹性链段)的物理交联作用，同时还产生补强作用，而且，这种“物理”交联具有可逆性，即在高温下约束力丧失，呈塑性；温度降至常温时，交联又恢复，起类似硫化橡胶交联点的作用。由于常温下显示橡胶弹性，而高温下又能塑化成型，故被称为“第三代橡胶”。SEBS是一类典型的苯乙烯类热塑性弹性体。它是以聚苯乙烯为末端嵌段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的三嵌段共聚物。由于SEBS优良的橡胶弹性、优异的耐候性、耐低温性、环保性能等，使得SEBS作为主体材料在许多领域得以应用。从整个弹性体应用市场的调研情况来看，在国际市场上，它们已成功地应用于如家用电器、体育用品、汽车材料、医疗器材、建筑业、制鞋业等。PP是一种高模量、高强度而且应用最广的热塑性塑料，经常被用于改性SEBS弹性体。SEBS/PP弹性体多采用双螺杆挤出机进行熔融共混加工。
双螺杆挤出机是一种重要的高聚物共混设备，自1935年问世后，经过半个多世纪的不断改进和完善，得到了长足的发展，目前已广泛应用于聚合物加工业和其他工业(如食品加工业、制药业等)。双螺杆挤出机在聚合物加工中占有重要地位。50％以上的聚合物树脂在成为最终制品前都要经过螺杆混料，其中最常用、也是研究最多的就是以混炼为主同向双螺杆挤出机。
同向双螺杆挤出机的螺杆绝大多数采用模块结构，螺杆组合是双螺杆挤出工艺制定的关键。各不同作用的螺杆元件可以通过变换组合来满足特定混料过程对输送、熔融、混炼、脱挥、均化等方面的特殊要求。所以，螺杆组合对共混高聚物体系性能有重要的影响。
目前啮合同向双螺杆挤出机的螺杆采用积木式结构，可以针对不同聚合物、不同配方、不同添加组分进行优化组合。
啮合同向双螺杆挤出机最常用的是根据相对运动原理制成的螺纹形状的输送元件(图1)。剪切元件主要是指啮合同向双螺杆挤出机中常见的捏合元件，主要作用是提供高的剪切，因而能提供良好的分散混合和分布混合。根据其位错角的不同可分为中性捏合块，正向捏合块和反向捏合块。(图2)为各种类型的捏合块。
双螺杆挤出机螺杆的熔融反应段最具有特殊性，影响也最大，因为聚合物的相畴尺寸的降低主要发生在此区，由开始的毫米级下降到几十微米或几微米，因此熔融段的螺杆组合是整个挤出设计的核心。目前还没有一种熔融段的螺杆组合对热塑性弹性体材料提供好的剪切效果，达到良好的分散混合和分布混合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于热塑性塑料弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆，该螺杆通过对捏合块有效组合排列，对热塑性弹性体材料提供好的剪切效果，达到良好的分散混合和分布混合。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于热塑性塑料弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆，包括用于同向啮合双螺杆挤出机的双螺杆，其特点是：在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成螺杆组合，用于局部缓解高压，高剪切，减少了分子链的断裂，使热塑性弹性体与改性剂在两转子之间反复混合。上述螺杆组合有五种：
第一种为通用组合：
K30°/7/48，K60°/4/22，22/22，22/22，K45°/5/32，K90°/5/32，22/22，22/22，48/48，48/48，32/32，32/32，K30°/7/48，22/22，K45°/5/32，K90°/5/32，22/22，K30°/7/48，K45°/5/32，22/22，22/22，22/22，K45°/5/32，K60°/4/22，K90°/5/32；
第二种组合：在通用组合基础上，将K45°/5/32，K90°/5/32换为2个D-密/48；
第三种组合：在通用组合基础上，将48/48换为K45°/5/32(L)和11/11(L)；
第四种组合：在通用组合基础上，减少5个捏合块，增加2个D-密/48；
第五种组合：在通用组合基础上，增加2个捏合块和2个D-密/48，减少1个K90°/5/32。
一种用于热塑性弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆，包括用于同向啮合双螺杆挤出机的双螺杆，所述双螺杆熔融段组合成一种通用组合：K30°/7/48，K60°/4/22，22/22，22/22，K45°/5/32，K90°/5/32，22/22，22/22，48/48，48/48，32/32，32/32，K30°/7/48，22/22，K45°/5/32，K90°/5/32，22/22，K30°/7/48，K45°/5/32，22/22，22/22，22/22，K45°/5/32，K60°/4/22，K90°/5/32；其特征在于，在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成以下三种螺杆组合：
第一种组合：在通用组合基础上，将K45°/5/32、K90°/5/32换为2个D-密/48；
第二种组合：在通用组合基础上，减少5个捏合块，增加2个D-密/48；
第三种组合：在通用组合基础上，增加2个捏合块和2个D-密/48，减少1个K90°/5/32。
本发明的有益效果是：本发明通过在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成螺杆组合，对捏合块有效组合排列，对热塑性弹性体材料提供好的剪切效果，达到良好的分散混合和分布混合。
附图说明
图1是正反向螺纹元件图；
图2是剪切元件图；
图3是本发明的密炼转子模块图，其中(a)正向密炼转子，
(b)反向密炼转子。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
本发明所述双螺杆挤出机为同向啮合双螺杆挤出机。
如图3所示，本发明用于塑料/热塑性弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆，包括用于同向啮合双螺杆挤出机的双螺杆，其特点是：在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成螺杆组合，用于局部缓解高压，高剪切，减少分子链的断裂，使弹性体SEBS和热塑性塑料PP在两转子之间反复混合。
所述共混体系为热塑性塑料，如PP、PE、PS等改性的苯乙烯类热塑性弹性体、EVA弹性体、聚氨酯弹性体等热塑性弹性体；热塑性塑料、填料改性的热塑性弹性体。
对于热塑性塑料如PP，流动性能好，而弹性体SEBS，由于分子量和粘度较大，流动性不如前者，二者容易分流，导致混合不均。本发明根据SEBS/PP弹性体材料的具体特点，对双螺杆挤出机螺杆熔融段进行组合，特别是将密炼转子模块应用于双螺杆，设计出适合SEBS/PP等弹性体材料加工的螺杆组合。
本发明针对塑料改性的SEBS弹性体材料设计的5种螺杆组合见表1。
由表1采取的组合方式可以看出：组合1#、2#、3#、4#在组合0#(通用组合)基础上增加了熔融段的捏合块的数量；组合1#、3#、4#螺杆组合还引入了密炼转子。以组合4#为例对本发明的螺杆组合进行说明。组合4#在通用组合的基础上增加了K60°/4/22，K30°/7/48，2个正向捏合块，减少了一个中性捏合块K90°/5/32，它们既有一定的输送能力，同时也增加了一定的剪切力，同时引入了2个密炼转子D-密/48，能提供良好的分散混合，另外停留时间也有增加。
表1针对SEBS/PP弹性体材料设计的5种螺杆组合
Figure GSB00000362745600051
Figure GSB00000362745600061
注：22/22(表示导程为22mm的正向螺纹元件)，11/11L(表示导程为11mm的反向螺纹元件)，K30°/7/48(表示错列角为30°的7片齿导程为48mm的正向捏合块)，D-密/48指的是2个导程为48mm的密炼转子(针对弹性体，采用燕山石化经验)。
本发明所设置的双螺杆挤出机加工温度见表2。螺杆转速250r.min-1。
表2双螺杆挤出机设定的加工温度
Figure GSB00000362745600062
螺杆组合对共混材料力学性能的影响：
本发明根据国标GB/T528-1998、GB/T529-1999对不同螺杆组合制备的SEBS/PP热塑性弹性体材料的拉伸、撕裂性能做了比较(表3)。
表3的数据表明，通过螺杆组合1#，2#，3#，4#制备的SEBS/PP热塑性弹性体材料的拉伸强度、撕裂强度均比组合0#的高，说明了对适用于塑料加工的双螺杆组合重新设计，在加工热塑性弹性体材料时会取得更好的共混效果。其中螺杆组合4#的强度、撕裂最高，且断裂伸长率损失最小。
表3不同螺杆组合对SEBS/PP弹性体材料＊力学性能的影响
Figure GSB00000362745600071
*SEBS/Oil/PP＝1∶1.2∶1(质量比)

Claims (1)

1.一种用于热塑性弹性体熔融加工的双螺杆挤出机的螺杆，包括用于同向啮合双螺杆挤出机的双螺杆，所述双螺杆熔融段组合成一种通用组合：K30°/7/48，K60°/4/22，22/22，22/22，K45°/5/32，K90°/5/32，22/22，22/22，48/48，48/48，32/32，32/32，K30°/7/48，22/22，K45°/5/32，K90°/5/32，22/22，K30°/7/48，K45°/5/32，22/22，22/22，22/22，K45°/5/32，K60°/4/22，K90°/5/32；其特征在于，在双螺杆的熔融段1/3处和2/3处设置正反密炼转子模块组成以下三种螺杆组合：
第一种组合：在通用组合基础上，将K45°/5/32、K90°/5/32换为2个D-密/48；
第二种组合：在通用组合基础上，减少5个捏合块，增加2个D-密/48；
第三种组合：在通用组合基础上，增加2个捏合块和2个D-密/48，减少1个K90°/5/32。
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Assignee: Zhejiang Huaye Plastics Machinery Co., Ltd.

Assignor: Shanghai Institute of Technology

Contract record no.: 2011330001449

Denomination of invention: Screw of double-screw extruder for melt processing thermoplastic plastics elastic body

Granted publication date: 20110406

License type: Exclusive License

Open date: 20080709

Record date: 20111208

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Granted publication date: 20110406

Termination date: 20151227

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