一种用于制造淀粉基塑料的双螺杆同向混炼挤出机
技术领域
本发明涉及挤出成型设备,具体地说,涉及一种用于制造淀粉基塑料的双螺杆同向混炼挤出机。
背景技术
二十世纪七十年代,人们发现可以在塑料中添加淀粉制作塑料产品,这种塑料产品由于采用可再生资源淀粉部分替代了不可再生资源石油塑料。随着技术的进一步发展,以淀粉为主要组分的淀粉基塑料(通常以淀粉为主、并添加塑料及相关助剂制成)得到推广应用,这对于缓解日益严重的废弃塑料污染以及节约日渐短缺的石油资源,将发挥巨大作用。
但淀粉基塑料由于淀粉含量高,因而在制造时需要解决很多技术难题。除了需要确定合适的原料配方体系外,还需要有合适的生产设备,生产设备往往起到决定所制造淀粉基塑料是否达到使用性能的重要作用。传统的生产方式先将淀粉和助剂在高混机中预糊化和脱水,然后加入到双螺杆挤出机中进行混炼改性,工序多且不连续,污染较大,产品性能不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于制造淀粉基塑料的双螺杆同向混炼挤出机,这种双螺杆同向混炼挤出机能够在线连续完成淀粉基混合物料(淀粉基混合物料通常以淀粉为主,并添加塑料树脂及相关助剂)的输送,淀粉的破体糊化、塑化、剪切捏合、混炼改性,以及排气及均压定量输出等工作,能高效地生产性能高而稳定的淀粉基塑料。采用的技术方案如下:
一种用于制造淀粉基塑料的双螺杆同向混炼挤出机,包括筒体,筒体中安装有一对同向转动的驱动轴,驱动轴上安装有模块,其特征是:所述筒体自前至后依次包括第一段筒体、第二段筒体和第三段筒体,其中第一段筒体的前端设有进料口、后端设有第一排气口,第二段筒体的后端设有第二排气口;驱动 轴自前至后依次包括第一输送段、剪切捏合段、第一剪切捏合反推段、第一剪切输送段、输送剪切段、第二剪切捏合反推段、第二剪切输送段和第二输送段,其中第一输送段、剪切捏合段、第一剪切捏合反推段和第一剪切输送段处于第一段筒体中,输送剪切段、第二剪切捏合反推段和第二剪切输送段处于第二段筒体中,第二输送段处于第三段筒体中;驱动轴上安装的模块包括输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块;第一输送段上安装的模块均为输送螺纹模块,并且第一输送段前端的位置与进料口相对应;剪切捏合段上安装有剪切捏合模块;第一剪切捏合反推段上安装有剪切捏合模块,并且第一剪切捏合反推段的后端安装有反推模块;第一剪切输送段上自前至后依次安装有至少一个剪切捏合模块和至少一个输送螺纹模块,并且第一排气口的位置与第一剪切输送段上的输送螺纹模块相对应;输送剪切段的前端安装有输送螺纹模块、后端安装有剪切捏合模块;第二剪切捏合反推段上安装有剪切捏合模块,并且第二剪切捏合反推段的后端安装有反推模块;第二剪切输送段上自前至后依次安装有至少一个剪切捏合模块和至少一个输送螺纹模块,并且第二排气口的位置与第二剪切输送段上的输送螺纹模块相对应;第二输送段上安装的模块均为输送螺纹模块。
上述输送螺纹模块是外表面切有正向螺旋槽的圆柱体,其作用是输送物料(即淀粉基混合物料),使物料在筒体中自前至后输送。输送螺纹模块具有较强的输送作用,物料停留时间较短。
上述剪切捏合模块(又称捏合块)由若干个具有一定错列角的捏合盘构成,其作用是对物料进行高强度的剪切、捏合。本发明采用“错列角/捏合盘数量/模块长度”的方式描述剪切捏合模块的参数,例如剪切捏合模块(45°/5/56)表示由5个错列角为45°的捏合盘构成的剪切捏合模块,该剪切捏合模块的长度为56mm。
上述反推模块是外表面切有反向螺旋槽的圆柱体,也就是说,反推模块上螺纹槽的方向与输送螺纹模块上螺纹槽的方向相反。一般情况下,输送螺纹模块的螺旋槽方向为右旋,反推模块的螺旋槽方向为左旋。而在输送螺纹模块的螺旋槽方向为左旋的情况下,反推模块的螺旋槽方向为右旋。反推模块能够在其前方区域形成高压封闭区,增加物料停留时间,使物料在该高压封闭区受到 更高强度的剪切捏合,增强物料的混合效果。
通常,上述双螺杆同向混炼挤出机还包括用于对筒体进行加热并进而间接对筒体内的物料进行加热的加热装置,加热装置可采用若干设于筒体外壁上的电加热套。
上述第一输送段将自进料口加入的淀粉基混合物料(淀粉基混合物料通常以淀粉为主,并添加塑料树脂及相关助剂(如糊化剂等))向前输送,同时淀粉基混合物料受热且受压缩,淀粉基混合物料受热后,淀粉中的水份使淀粉膨胀,同时淀粉与助剂(助剂中的糊化剂)产生反应,从而使淀粉破体糊化。优选进料口处安装有计量式料斗,通过计量式料斗将淀粉基混合物料匀速加入进料口中。
优选上述剪切捏合段上除了安装有剪切捏合模块之外,还安装有若干个输送螺纹模块,每隔一个或多个剪切捏合模块安装一个输送螺纹模块。输送螺纹模块的加入可加快物料输送速度,而且将剪切捏合段分成多个剪切捏合小段,使物料经过剪切捏合段时受到断续的剪切和压缩。淀粉基混合物料受到剪切捏合段的剪切和压缩,淀粉基混合物料中的塑料树脂开始熔化,淀粉基混合物料被捏合混炼,直至塑化为熔体。
优选上述第一剪切捏合反推段上还安装有输送螺纹模块,输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块自前至后依次安装在第一剪切捏合反推段上。上述第一剪切捏合反推段的反推模块设于第一排气口前方靠近第一排气口的位置,反推模块能够在其前方区域(即第一剪切捏合反推段所处的区域)形成高压封闭区,增加熔体的停留时间,使熔体在该高压封闭区受到更高强度的剪切捏合。
上述第一剪切输送段的输送螺纹模块的位置与第一排气口相对应,当高压的熔体到达第一剪切输送段时,由于压差大而产生闪蒸现象,同时第一剪切输送段前部的剪切捏合模块对高压的熔体进行剪切,使熔体中的水份及低分子挥发物从熔体中急速挥发出并经第一排气口排出,形成含水量极低的熔体,并由输送螺纹模块输送至输送剪切段。
熔体通过上述输送剪切段时受到剪切和压缩,各组分混合更加均匀,同时熔体中剩余的水份得到充分的挥发。优选上述输送剪切段在前端安装有输送螺纹模块、后端安装有剪切捏合模块的基础上,还在其中段自前至后依次安装有 若干剪切捏合模块和若干输送螺纹模块,这样,输送剪切段自前至后依次包括一个输送小段、一个剪切小段、另一输送小段和另一剪切小段,熔体通过输送剪切段时受到断续的剪切和压缩,各组分混合更加均匀,同时熔体中剩余的水份得到充分的挥发。由于同向双螺杆筒体是纵向开放的,因此挥发出的水份可由第一排气口排出。
优选上述第二剪切捏合反推段上还安装有输送螺纹模块,输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块自前至后依次安装在第二剪切捏合反推段上。上述第二剪切捏合反推段的反推模块设于第二排气口前方靠近第二排气口的位置,反推模块能够在其前方区域(即第二剪切捏合反推段所处的区域)形成高压封闭区,增加熔体的停留时间,使熔体在该高压封闭区受到更高强度的剪切捏合。
上述第二剪切输送段的输送螺纹模块的位置与第二排气口相对应,当高压的熔体到达第二剪切输送段时,由于压差大而产生闪蒸现象,同时第二剪切输送段前部的剪切捏合模块对高压的熔体进行剪切,使熔体中残存的水份及低分子挥发物从熔体中挥发出并经第二排气口排出,形成混炼均匀、不含水份的淀粉基塑料熔体,随后淀粉基塑料熔体由输送螺纹模块输送至第二输送段。
上述第二输送段的作用是将淀粉基塑料熔体等温、等压、等量地从筒体的输出口(即筒体的后端)挤出。
通常,上述筒体的输出口处(即筒体的后端)安装有压力传感器、过滤器、熔体泵和模头。从筒体的输出口(即筒体的后端)挤出的淀粉基塑料熔体经过滤器、熔体泵和模头挤出,随后可被制成颗粒、片材或异型材等。
优选上述驱动轴与模块之间通过花键(更优选渐开线花键)联接。采用花键联接,能够传递较大的载荷,并且并与模块的装卸。
优选上述双螺杆同向混炼挤出机的长径比为52∶1。
驱动上述一对驱动轴同向转动,可采用现有的驱动装置。在一具体方案中,驱动装置包括电动机和双轴同向输出的齿轮箱,电动机的转轴与齿轮箱的输入端齿轮传动连接,齿轮箱的两输出轴分别与两驱动轴传动连接(可采用联轴器将齿轮箱的输出轴与对应的驱动轴连接)。
优选上述筒体是组合式筒体,筒体由第一分筒体、第二分筒体、第三分筒体、第四分筒体、第五分筒体、第六分筒体、第七分筒体、第八分筒体、第九 分筒体、第十分筒体、第十一分筒体、第十二分筒体和第十三分筒体自前至后依次连接而成,其中第一分筒体、第二分筒体、第三分筒体、第四分筒体、第五分筒体、第六分筒体和第七分筒体组成第一段筒体,上述进料口设于第一分筒体上,上述第一排气口设于第七分筒体上,第八分筒体、第九分筒体、第十分筒体和第十一分筒体组成第二段筒体,上述第二排气口设于第十一分筒体上,第十二分筒体和第十三分筒体组成第三段筒体。
本发明的双螺杆同向混炼挤出机在驱动轴上安装输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块,通过输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块之间的合理组合,形成符合生产工艺要求的双螺杆,能够按淀粉基塑料生产工艺的需要,在线连续完成淀粉基混合物料(淀粉基混合物料通常以淀粉为主,并添加塑料树脂及相关助剂)的输送,淀粉的破体糊化、塑化、剪切捏合、混炼改性,以及排气及均压定量输出等工作,高效地生产淀粉基塑料,获得的淀粉基塑料各组分混炼均匀,拉伸强度高,具有良好且稳定的性能。由于在同一双螺杆同向混炼挤出机即可实现将淀粉基混合物料加工成所需的淀粉基塑料,因此操作简单,生产效率高,并且能够降低能耗和污染。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构示意图;
图2是图1中驱动轴和模块组合的示意图。
具体实施方式
如附图所示,这种用于制造淀粉基塑料的双螺杆同向混炼挤出机包括筒体1,筒体1中安装有一对同向转动的驱动轴2,驱动轴2上安装有五十八个模块3(自前至后依次为第一模块、第二模块、……第五十八模块)。本实施例中双螺杆同向混炼挤出机的长径比为52∶1。
上述双螺杆同向混炼挤出机还包括用于对筒体进行加热并进而间接对筒体内的物料进行加热的加热装置,加热装置采用若干设于筒体1外壁上的电加热套;筒体1的输出口处(即筒体1的后端)依次安装有过滤器4、熔体泵5和模头6。驱动上述一对驱动轴2同向转动的驱动装置包括电动机和双轴同向输出的齿轮箱,电动机的转轴与齿轮箱的输入端齿轮传动连接,齿轮箱的两输出轴分别与两驱动轴传动连接(可采用联轴器将齿轮箱的输出轴与对应的驱动轴连接)。由于上述加热装置、过滤器4、熔体泵5、模头6和驱动装置均可采用现 有装置,故在此不作详细描述。
驱动轴2上安装的模块3包括输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块,驱动轴2与模块3之间通过花键(更优选渐开线花键)联接。反推模块上螺纹槽的方向与输送螺纹模块上螺纹槽的方向相反。本实施例中,输送螺纹模块的螺旋槽方向为右旋,采用“导程/长度”的方式描述输送螺纹模块的参数,如输送螺纹模块(56/56)表示导程为56mm、长度为56mm的输送螺纹模块;反推模块的螺旋槽方向为左旋,采用“导程/长度(L)”的方式描述反推模块的参数,如反推模块(56/28(L))表示导程为56mm、长度为28mm的反推模块,其中(L)表示模块的螺旋槽方向为左旋;剪切捏合模块由若干个具有一定错列角的捏合盘构成,采用“错列角/捏合盘数量/模块长度”的方式描述剪切捏合模块的参数,例如剪切捏合模块(45°/5/56)表示由5个错列角为45°的捏合盘构成的剪切捏合模块,该剪切捏合模块的长度为56mm。
筒体1自前至后依次包括第一段筒体11、第二段筒体12和第三段筒体13,其中第一段筒体11的前端设有进料口7、后端设有第一排气口8,第二段筒体12的后端设有第二排气口9;进料口7处安装有计量式料斗10。本实施例中,筒体1是组合式筒体,筒体1由第一分筒体111、第二分筒体112、第三分筒体113、第四分筒体114、第五分筒体115、第六分筒体116、第七分筒体117、第八分筒体121、第九分筒体122、第十分筒体123、第十一分筒体124、第十二分筒体131和第十三分筒体132自前至后依次连接而成,其中第一分筒体111、第二分筒体112、第三分筒体113、第四分筒体114、第五分筒体115、第六分筒体116和第七分筒体117组成第一段筒体11,进料口7设于第一分筒体111上,第一排气口8设于第七分筒体117上,第八分筒体121、第九分筒体122、第十分筒体123和第十一分筒体124组成第二段筒体12,第二排气口9设于第十一分筒体124上,第十二分筒体131和第十三分筒体132组成第三段筒体13。
驱动轴2自前至后依次包括第一输送段21、剪切捏合段22、第一剪切捏合反推段23、第一剪切输送段24、输送剪切段25、第二剪切捏合反推段26、第二剪切输送段27和第二输送段28,其中第一输送段21、剪切捏合段22、第一剪切捏合反推段23和第一剪切输送段24处于第一段筒体11中,输送剪切段25、第二剪切捏合反推段26和第二剪切输送段27处于第二段筒体12中,第二输送 段28处于第三段筒体13中。
第一输送段21上安装的十一个模块3均为输送螺纹模块,并且第一输送段21前端的位置与进料口7相对应。第一输送段21上各模块3的参数为:第一模块(56/56)、第二模块(144/144)、第三模块(112/112)、第四模块(96/96)、第五模块(96/96)、第六模块(72/72)、第七模块(72/72)、第八模块(72/72)、第九模块(56/56)、第十模块(56/56)、第十一模块(56/56)。
剪切捏合段22上安装有八个模块3(即第十二模块至第十九模块),包括剪切捏合模块和输送螺纹模块(其中第十四模块和第十七模块为输送螺纹模块,其余模块为剪切捏合模块)。剪切捏合段22上各模块3的参数为:第十二模块(45°/5/56)、第十三模块(60°/4/56)、第十四模块(56/56)、第十五模块(45°/5/56)、第十六模块(60°/4/56)、第十七模块(56/56)、第十八模块(45°/5/56)、第十九模块(60°/4/56)。
第一剪切捏合反推段23上安装有六个模块3(即第二十模块至第二十五模块),包括输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块,输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块自前至后依次安装在第一剪切捏合反推段23上(其中第二十模块、第二十一模块、第二十二模块为输送螺纹模块,第二十三模块、第二十四模块为剪切捏合模块,第二十五模块为反推模块)。上述第一剪切捏合反推段23的反推模块(即第二十五模块)设于第一排气口8前方靠近第一排气口8的位置。第一剪切捏合反推段23上各模块3的参数为:第二十模块(72/72)、第二十一模块(56/56)、第二十二模块(56/56)、第二十三模块(60°/4/96)、第二十四模块(90°/5/56)、第二十五模块(56/28(L))。
第一剪切输送段24上安装有五个模块3(即第二十六模块至第三十模块),自前至后依次安装有一个剪切捏合模块和四个输送螺纹模块(其中第二十六模块为剪切捏合模块,其余模块为输送螺纹模块),第一剪切输送段24的输送螺纹模块(本实施例中为第二十六模块、第二十七模块和第二十八模块)的位置与第一排气口8相对应。第一剪切输送段24上各模块3的参数为:第二十六模块(60°/4/56)、第二十七模块(96/96)、第二十八模块(96/96)、第二十九模块(72/72)、第三十模块(72/72)。
输送剪切段25上安装有八个模块3(即第三十一模块至第三十八模块),输 送剪切段25的前端安装有输送螺纹模块、后端安装有剪切捏合模块,其中第三十一模块、第三十二模块、第三十五模块、第三十六模块为输送螺纹模块,其余模块为剪切捏合模块。输送剪切段25上各模块3的参数为:第三十一模块(56/56)、第三十二模块(56/56)、第三十三模块(60°/4/56)、第三十四模块(90°/5/56)、第三十五模块(56/56)、第三十六模块(56/56)、第三十七模块(60°/4/56)、第三十八模块(90°/5/56)。
第二剪切捏合反推段26上安装有六个模块3(即第三十九模块至第四十四模块),包括输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块,输送螺纹模块、剪切捏合模块和反推模块自前至后依次安装在第二剪切捏合反推段26上(其中第三十九模块、第四十模块、第四十一模块为输送螺纹模块,第四十二模块、第四十三模块为剪切捏合模块,第四十四模块为反推模块)。上述第二剪切捏合反推段26的反推模块(即第四十四模块)设于第二排气口9前方靠近第二排气口9的位置。第二剪切捏合反推段26上各模块3的参数为:第三十九模块(72/72)、第四十模块(56/56)、第四十一模块(56/56)、第四十二模块(60°/4/96)、第四十三模块(90°/5/56)、第四十四模块(56/28(L))。
第二剪切输送段27上安装有四个模块3(即第四十五模块至第四十八模块),自前至后依次安装有一个剪切捏合模块和三个输送螺纹模块(其中第四十五模块为剪切捏合模块,其余模块为输送螺纹模块),第二剪切输送段27的输送螺纹模块(本实施例中为第四十六模块和第四十七模块)的位置与第二排气口9相对应。第二剪切输送段27上各模块3的参数为:第四十五模块(60°/4/56)、第四十六模块(96/96)、第四十七模块(96/96)、第四十八模块(72/72)。
第二输送段28上安装的十个模块3均为输送螺纹模块。第二输送段28上各模块3的参数为:第四十九模块(72/72)、第五十模块(72/72)、第五十一模块(56/56)、第五十二模块(56/56)、第五十三模块(56/56)、第五十四模块(56/56)、第五十五模块(56/56)、第五十六模块(56/56)、第五十七模块(56/56)、第五十八模块(56/56)。
下面简述一下本双螺杆同向混炼挤出机的工作原理:
通过计量式料斗10将淀粉基混合物料匀速加入进料口7中;
上述第一输送段21的模块3将自进料口7加入的淀粉基混合物料(淀粉基 混合物料通常以淀粉为主,并添加塑料树脂及相关助剂(如糊化剂等))向前输送,同时淀粉基混合物料受热且受压缩,淀粉基混合物料受热后,淀粉中的水份使淀粉膨胀,同时淀粉与助剂(助剂中的糊化剂)产生反应,从而使淀粉破体糊化。
随后物料进入剪切捏合段22,剪切捏合段22分成多个剪切捏合小段,使物料经过剪切捏合段22时受到断续的剪切和压缩;淀粉基混合物料受到剪切捏合段的剪切和压缩,淀粉基混合物料中的塑料树脂开始熔化,淀粉基混合物料被捏合混炼,直至塑化为熔体。
随后熔体进入第一剪切捏合反推段23,第一剪切捏合反推段23上的反推模块能够在其前方区域(即第一剪切捏合反推段23所处的区域)形成高压封闭区,增加熔体的停留时间,使熔体在该高压封闭区受到更高强度的剪切捏合。
接着熔体进入第一剪切输送段24,当高压的熔体到达第一剪切输送段24时,由于压差大而产生闪蒸现象,同时第一剪切输送段24前部的剪切捏合模块对高压的熔体进行剪切,使熔体中的水份及低分子挥发物从熔体中急速挥发出并经第一排气口8排出,形成含水量极低的熔体,并由输送螺纹模块输送至输送剪切段25。
熔体通过输送剪切段25时受到断续的剪切和压缩,各组分混合更加均匀,同时熔体中剩余的水份得到充分的挥发。由于同向双螺杆筒体是纵向开放的,因此挥发出的水份可由第一排气口8排出。
接着熔体进入第二剪切捏合反推段26,第二剪切捏合反推段26的反推模块能够在其前方区域(即第二剪切捏合反推段26所处的区域)形成高压封闭区,增加熔体的停留时间,使熔体在该高压封闭区受到更高强度的剪切捏合。
当高压的熔体到达第二剪切输送段27时,由于压差大而产生闪蒸现象,同时第二剪切输送段27前部的剪切捏合模块对高压的熔体进行剪切,使熔体中残存的水份及低分子挥发物从熔体中挥发出并经第二排气口9排出,形成混炼均匀、不含水份的淀粉基塑料熔体,随后淀粉基塑料熔体由输送螺纹模块输送至第二输送段28。
上述第二输送段28的作用是将淀粉基塑料熔体等温、等压、等量地从筒体的输出口(即筒体1的后端)挤出。
从筒体1的输出口(即筒体的后端)挤出的淀粉基塑料熔体经过滤器4、熔体泵5和模头6挤出,随后可被制成颗粒、片材或异型材等。