CN101848799A - 用于塑料材料挤出机的挤出机螺杆 - Google Patents

用于塑料材料挤出机的挤出机螺杆 Download PDF

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Abstract

一种单个类型的挤出机螺杆(3)，用于塑料材料挤出机(1)，所述挤出机(1)包括圆筒(2)，所述圆筒(2)通过适当装置加热和控制温度并具有内表面(8)，所述挤出机螺杆(3)在圆筒(2)内旋转，所述挤出机螺杆(3)包括形成主分隔室(10)的主螺纹(4)，和包括形成第二分隔室(11)的第二螺纹(5)，所述第二螺纹(5)具有位于离所述圆筒(2)的内表面(8)一定距离(d)处的脊部(9)，以便形成用于塑料材料的传送通道，其中，所述第二螺纹(5)包括补充传送装置(6)，所述补充传送装置(6)完全地形成在所述第二螺纹(5)的主体内，通过所述补充传送装置(6)更多的塑料材料能够从第二螺纹(5)的一面(14)流到另一面(13)。

Description

用于塑料材料挤出机的挤出机螺杆
技术领域
本发明涉及一种用于塑料材料挤出机的挤出机螺杆，特别用于包含分散在塑料材料中的有色填料和/或其它材料的塑料材料，例如：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、通常的热塑性材料、交联聚乙烯(XLPE)、热塑性聚酯弹性体(已知的
Figure GPA00001073178000011
)、酯基和/或苯酚基聚合物例如聚苯醚(PPO)、HFFR(无卤阻燃剂)及其它。
背景技术
在用于塑料材料(该塑料材料包含有色填料和/或其它分散颗粒)的挤出机中所遇到的一个问题是，所挤出的塑料材料中的添加剂混合不均匀，这在所挤出的塑料材料中可能产生着色不均匀和/或特性差异。这种均匀性的缺乏可以由各种因素引起，例如，包含添加剂的塑料材料的混合和/或加热不充分；添加剂的尺寸没有被充分减小，或者添加剂在挤出腔室中发生沉积或沉淀。
在利用单个挤出机螺杆的用于处理塑料材料的挤出机中，使用具有不同螺纹形状的不同的挤出机螺杆已被建议用来消除这类问题，所述螺杆根据待挤出的塑料材料的类型进行更换。然而，这种解决方案是昂贵的，因为必须提供用于每种类型的待挤出的塑料材料的一定数量的不同挤出机螺杆，并且挤出机螺杆的构造是复杂且高价的；另外，这种解决方案需要一定量的时间并且停止挤出机，以便更换挤出机螺杆。
因此，试图寻找其它的解决方案，例如通过生产具有特定形状的挤出机螺杆，所述挤出机螺杆能够使单个螺杆处理不同类型的塑料材料。这种类型的螺杆例如具有复合形状区域，使得它们能够混合和分散包含在正在挤出的塑料材料中的填料和颗粒。
US 2 680 879描述了一种用于混合塑料材料的机器，该机器具有包括多个螺旋状刀片或螺纹的转子。该螺纹限定一个或多个槽道，塑料材料在所述槽道内前进，该螺纹还具有倾斜的凹槽，所述凹槽能够使一定量的塑料材料从一个分隔室经过到达另一分隔室。这些凹槽被设置成螺旋形，该螺旋形的节距与螺旋状刀片或螺纹的节距不同，因此，所述凹槽以一定的锐角与螺纹倾斜地交叉。
EP-1 028 839 B1描述了一种用于挤出塑料材料的单螺杆挤出机，所述挤出机包括圆筒，挤出机螺杆在圆筒内旋转。所述螺杆具有中央轴杆或芯体，并具有至少一个螺纹，该螺纹包括前推面和背面。每个前推面的轮廓与圆筒的内表面联合地动作，并在其外围具有渐窄的通道，塑料材料通过上述通道，这样任何结块被打碎并均匀混合在所述塑料材料中。
在这些已知的解决方案中，由于所述循环的凹槽或通道的圆周和开口布置，塑料材料经受大的拉伸和剪应力，因此，它通常不可能在待挤出塑料材料混合物不同成分的化学和物理特性的限制内处理具有不同密度或粘性的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于塑料材料挤出机的改进类型的挤出机螺杆，该螺杆能够沿挤出机主体以最佳方式混合和推进塑料材料，而不存在现有技术中的所述缺点。
本发明的另一个目的是，提供一种单个类型的挤出机螺杆，该挤出机螺杆可以用于大范围的塑料材料(该塑料材料带有或者不带有添加剂)，并在所有情况下添加剂在各种类型的塑料材料中都能被最佳地混合和分散。
本发明的另一个目的是，提供一种挤出机螺杆，该挤出机螺杆的生产简单，价格低廉，并且在技术方面高度可靠。
这些和其它目的通过本发明的单个类型的挤出机螺杆实现，该挤出机螺杆用于塑料材料挤出机，如所附权利要求1中以及在随后的从属权利要求中所述，其中该挤出机包括具有内表面的圆筒，螺杆在圆筒内旋转，所述挤出机螺杆包括形成主分隔室的主螺纹和形成第二分隔室的第二螺纹，所述第二螺纹具有定位在离所述圆筒的内表面一定距离处的脊部，形成用于塑料材料循环的通道，并且其特征在于所述第二螺纹具有完全地包含在该螺纹的主体内的补充传送装置，通过该补充传送装置塑料材料能够以逆流的模式从第二螺纹的一面流到另一面，以便实现下述预期目的：将塑料材料与添加剂均匀地混合，并且将材料保持在挤出机的主体中以经受必要的加热，即使挤出机的长度受到限制。
附图说明
本发明的其它目的和优点将通过以下一些优选实施例的详细说明而变得更为显明，所述实施例仅通过附图中的非限制性示例的方式示出，其中：
图1是根据本发明的挤出机沿纵向截面的部分视图，示出了螺杆的混合和分散区域；
图2示出了沿图1线II-II的部分截面、并且以更大比例示出的挤出机；
图3示出了沿图1线III-III截面所示的其它细节的放大图。
具体实施方式
在附图中，附图标记1表示用于塑料材料的挤出机的示意部分，包括由适当的已知装置(未示出)加热和控温的圆筒2，用于挤出塑料材料的挤出机螺杆3在该圆筒2内旋转。使用已知的布置(未示出细节)，挤出机1包括单个挤出机螺杆3，该挤出机螺杆3又包括初始喂给部分，球状或粒状的、带有任何所需添加剂的塑料材料通过圆筒2的初始喂给入口(未示出)供应到所述初始喂给部分，所有这些物质都喂给到合适的喂给料斗内(喂给料斗是已知的类型，因此没有示出)。
挤出机螺杆3还包括中间部分，用于压缩和合并所有成分(所述成分包括填料、颜料和任何可以设在塑料材料浆料中的其它颗粒)，并用于在一定速度和一定的接触时间的条件下使该材料沿圆筒2前进，这样材料从筒2接收用于流体化所需的热量，即使螺杆3和整个挤出机的长度会受到限制。
螺杆3还包括最终部分，该最终部分基本上使熔融并混合的塑料材料朝挤出机1的出口孔前进，该挤出机1通过模具或其它类似装置挤出材料，该模具或其它类似装置由于是已知的所以没有示出，并且对于理解本发明不是必需的。
图1仅示出了螺杆3的中间部分，该中间部分是设计成推进、混合和分散具有任何添加剂的塑料材料成分的部分，并且还设计成用于将材料保持在圆筒2的主体内一段时间，该时间是待挤出的材料加热和塑化所需的时间。如在图1中所示，塑料材料由挤出机螺杆3沿箭头F的方向从右侧向左侧推进(如该图中所示)。
挤出机螺杆3包括主螺纹4，该主螺纹具有脊部7，该脊部7与圆筒2的内侧表面8以及螺杆3的芯体一起形成主分隔室10，并且由于螺杆3的旋转，该螺纹4引起塑料材料的初始混合并使塑料材料沿圆筒2在箭头F的方向上前进，这样材料从圆筒接收为了获得特定流动性所需的热量。在已知的解决方案中，螺纹4可以从螺杆3的起始端到终端具有不同的直径，这些直径的尺寸通常是增加的，以便在初始阶段加强混合功能，而在初始阶段之后基本提供传输功能。在最终部分中，主螺纹4的脊部7离圆筒2的内表面8的距离非常小，但是足以允许螺杆3在圆筒2内自由旋转，而没有任何塑料材料在脊部7和所述圆筒2的内表面8之间实际通过或传送。
图2还示出了，形成主分隔室10的主螺纹4具有第一侧，以便促使塑料材料的前进和混合，该第一侧具有形成螺纹4的推动侧的平坦面12，该平坦面12通过具有小半径的圆角部而与分隔室10的基部相连接，而相对侧具有倒圆的(rounded)面13，该倒圆的面13具有较大的圆角半径。平坦面12促使螺纹4抵靠塑料材料推动，并因此推进塑料材料，而倒圆的面13促使分隔室10内的塑料材料循环和混合。
图1中示出的挤出机螺杆3的中间部分还具有第二螺纹5，也称为循环或传送螺纹，该第二螺纹5在起始处与主螺纹4的螺旋部的一个区段相接触，并与主螺纹4具有相同的螺旋方向，该第二螺纹5沿纵向方向逐渐远离该主螺纹间隔开，然后又逐渐接近该主螺纹，直到它们在区域R中汇合。
为了获得上述构造，第二螺纹5可以具有相对于主螺纹4的节距变化的节距，和/或主螺纹的节距可以制成为相对于第二螺纹的节距是变化的。在任何情况下，为了实现上述目的，需要在设置有所述两个螺纹的部分中使两个螺纹的节距相对于彼此变化。需要注意的是，螺纹5开始的区域位于图1中所示的螺杆3的中间部分的右侧，该区域没有在图1中示出，因为它与所示的两个螺纹4和5相汇合的区域R是相同的。
第二螺纹5与主螺纹4的先导螺旋部(leading spiral)结合形成第二分隔室11，该第二分隔室11在起始处具有主分隔室10的最大长度，其长度逐渐缩短，直到在所述汇合区域R中缩短到零。第二螺纹5还具有先导表面(leading surface)，该先导表面具有形成该螺纹5的推动侧的平坦的面14。与主螺纹的先导表面不同，第二螺纹5的先导面14通过适当的圆角部16而与螺杆3的芯体连接。在另一方面，第二螺纹5的后表面具有充分倒圆的(well-rounded)面15，与主螺纹的面13类似。在这种情况下，平坦的前导面14也促使螺纹5抵靠塑料材料推动，而倒圆的后面15也促使在主分隔室10内的塑料材料循环和混合。
第二螺纹5沿纵向方向移动离开主螺纹4，然后再靠近主螺纹4，因此横过主分隔室10的整个纵向延伸部行进，并迫使被挤出的塑料材料从第二螺纹5的一侧经过而到达第二螺纹5的另一侧，从而经过上游的第二分隔室11到达下游的主分隔室10。为此，第二螺纹5具有脊部9，该脊部9定位在离圆筒2(图2)的内表面8的适当的距离“d”处。贯穿螺杆3的复合中间部分的长度的该距离“d”可以是固定的，或者是可变的。显然，由于第二螺纹5的存在，塑料材料经受有效的混合，该混合保证了其中的任何添加剂的均匀分散，保证了塑料材料与圆筒2的热的内表面8产生分布式的层状接触，并延缓了塑料材料经挤出机的通过，以便由挤出机实现材料的必要混合和加热，即使挤出机的长度受到限制。
为了改善挤出机的操作，以便适应待处理的塑料材料的范围，可以改变挤出机螺杆3的上述参数，特别是下面的参数：
-螺杆中间部分的长度，该中间部分参与塑料材料的加热、混合和分散。
-主分隔室10的深度和倒圆的面13的圆角半径。
-第二分隔室11的深度以及第二螺纹5的前圆角部16和倒圆的后面14的半径。
-螺杆3上的由于主螺纹4和第二螺纹5之间的节距的相对变化而产生螺纹4和5的间隔和汇合的部分的长度。
-第二螺纹5的直径，以及随该直径而定的该螺纹的脊部9和圆桶2的内表面8之间的距离“d”。
需要注意的是，为了改变由螺纹4和5形成的分隔室10和11的深度，挤出机螺杆3的芯体的直径可以是变化的；换言之，螺杆的芯体可以部分是圆柱形和部分是圆锥形的，或者始终是圆柱形或者圆锥形，但是具有变化的直径。
本发明的一个重要的特征是，第二螺纹5还具有传送装置6，该传送装置6完全地形成在第二螺纹5的主体内，通过该传送装置，更多的塑料材料可以从螺纹5的一侧流动到另一侧，并因此从第二分隔室11流到主分隔室10。这些传送装置包括至少一个传送管道6，所述传送管道6形成在第二螺纹5的主体内，参照图中所示的型式，螺纹5包括多个传送管道6，这些传送管道6以可变化的或者相同的预定角度相间隔地设置。在图3所示的实施例中，螺纹5包括以90度的角度相间隔地设置的四个传送管道6，虽然可以理解到，管道6可以设置成任何数目和任何布置形式，可以沿螺纹5的纵向延伸方向而变化。
如在图2和3中所示，传送管道6是锥形的，具有面向第二分隔室11的较大的横截面，和面对主分隔室10的较小的横截面。这种构造基于以下事实，即在分隔室10和11中呈现有不同的压力，由于传送的塑料材料流的速度增加，因此锥形促使在主分隔室10中的正确填充和混合。
传送管道6的出口孔的位置接近主分隔室10的基部，促使主分隔室的完全填充和与从第二螺纹5的脊部到达的材料的混合，并还防止在螺杆3的芯体附近发生材料沉淀。管道6的直径和锥度的确定使得塑料材料能够以适当的方式从一个分隔室经过到达另一个分隔室；作为指导，该锥度的值可以根据螺杆的直径和圆筒的内部直径而变化，可以随着这些部件的构造特征的不同而变化，并且可以容易地用实验加以确定。
传送管道6的一个重要特征在于，这些管道的轴线垂直于第二螺纹的平坦的面14的表面(管道的较大直径入口孔位于该表面上)。因此，由平坦的面14上的塑料材料施加的压力均匀地分配在管道6的入口周边上，防止塑料材料在第二分隔室11中的沉淀或者沉积。然而，应该理解的是，管道6可以以不同方式定向，例如以这样的方式：它们的轴线朝向下游主分隔室10会聚。
在一个非限定性的实施例中，对于具有四个以90度设置的管道6并且螺杆3具有大约80mm外部直径的构造而言，管道6可以具有大约4mm的头部直径，大约2.5mm的尾部直径。通过减少管道6的数目，例如通过使用彼此成120度角的三个管道6，可产生具有更大平均直径的管道；相反，通过增加管道6的数目，可减少它们的平均直径，因此通过各管道6仍提供大致相同流量的横截面。管道6例如可以通过电浸蚀制成，电浸蚀是快速、准确而又经济的方法。
根据本发明的挤出机螺杆能够用于处理大范围的塑料材料，同时仍实现好的混合和分散，即使在螺杆3低的旋转速度下也能如此。本系统对于所施加的压力是自平衡的，并能够降低在所处理的材料上的应力和相应的对该材料的过热。因此，可以处理具有不同密度和粘性的材料(在这些材料成分的化学和物理特性的限制内)。
所述压力的自平衡使得可以防止由于局部压力增加而导致的材料的局部过热。当处理具有自熄性(self-extinguishing)颗粒的塑料材料时，这些材料从不允许到达过高温度(这将使它的等级降低)，现在需要为某些类型的塑料材料冷却挤出机螺杆，这使得构造方面相当的复杂。然而，使用根据本发明的挤出机螺杆，由于设有所述补充传送管道，可以用这种冷却系统分散，所述补充传送管道能使得防止塑料材料的过热。在图2和3中，示出的螺杆具有轴向孔17，所述轴向孔17便于热量耗散，并可以以能够促进螺杆的调节和/或温度控制的任何方式使用。

Claims (14)

1.一种单个类型的挤出机螺杆(3)，用于塑料材料挤出机(1)，所述挤出机(1)包括圆筒(2)，所述圆筒(2)通过适当装置加热和控制温度并具有内表面(8)，所述挤出机螺杆(3)在圆筒(2)内旋转，所述挤出机螺杆(3)包括形成主分隔室(10)的主螺纹(4)，并且包括形成第二分隔室(11)的第二螺纹(5)，所述第二螺纹(5)具有位于离所述圆筒(2)的内表面(8)一定距离(d)处的脊部(9)，以便形成用于塑料材料的传送通道，其特征在于，所述第二螺纹(5)包括补充传送装置(6)，所述补充传送装置(6)完全地形成在所述第二螺纹(5)的主体内，通过所述补充传送装置(6)更多的塑料材料能够从第二螺纹(5)的一面(14)流到另一面(13)。
2.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中所述补充传送装置包括完全地形成在所述第二螺纹(5)的主体内的至少一个传送管道(6)。
3.根据权利要求2所述的挤出机螺杆，其中所述至少一个传送管道(6)是锥形管道，该锥形管道具有面向第二分隔室(11)的较大横截面和面向主分隔室(10)的较小横截面。
4.根据权利要求2所述的挤出机螺杆，其中所述至少一个传送管道(6)是锥形管道，所述锥形管道的锥度与挤出机螺杆(3)的直径、圆筒(2)的内部直径以及这些部件的构造特性相关。
5.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中所述补充传送装置包括多个传送管道(6)。
6.根据权利要求5所述的挤出机螺杆，其中所述传送管道(6)以相等的角度间隔布置在第二螺纹(5)的圆周上。
7.根据权利要求5所述的挤出机螺杆，其中所述传送管道(6)以相等的角度间隔布置在第二螺纹(5)的圆周上。
8.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中每个传送管道(6)都具有在主分隔室(10)的基部附近的出口。
9.根据权利要求3所述的挤出机螺杆，其中传送管道(6)的轴线垂直于平坦的面(14)的表面，所述传送管道的入口位于平坦的面(14)的表面上。
10.根据权利要求3所述的挤出机螺杆，其中传送管道(6)的轴线具有倾角，使得通过传送管道的材料朝向螺杆(3)的芯体会聚。
11.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中所述主分隔室(10)具有第一侧，该第一侧具有形成主螺纹(4)的推动侧的平坦的面(12)，该平坦的面(12)通过具有小半径的圆角部而与主分隔室(10)的基部相连接，而主分隔室(10)的相对侧包括具有大圆角半径的倒圆的面(13)。
12.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中第二分隔室(11)具有第一侧，该第一侧具有形成第二螺纹(5)的推动侧的平坦的面(14)，该平坦的面(14)通过具有小半径的圆角部(16)而与第二分隔室(11)的基部相连接，而分隔室(11)的相对侧包括具有大圆角半径的倒圆的面(15)。
13.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中所述第二螺纹(5)与主螺纹(4)螺旋方向相同。
14.根据权利要求13所述的挤出机螺杆，其中第二螺纹在起始处与主螺纹(4)的螺旋部的一个区段相接触，两个螺纹的一个和/或另一个具有变化的节距，使得第二螺纹横过主分隔室(10)的整个纵向延伸部行进，并在特定区域(R)的终止处再次与所述主螺纹(4)的螺旋部的一个区段相接触。
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