CN102019682A - 强化传热与混炼挤出机 - Google Patents

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杨卫民
张攀攀
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焦志伟
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Abstract

本发明强化传热与混炼挤出机,主要包括加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统等,加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统及传动系统的结构和连接方式与常规挤出机相同,而加料塑化部分的螺杆和机筒之间有滚动体,螺杆上设置有凹槽,滚动体位于凹槽内滚动,滚动体嵌入到螺杆内的深度大于滚动体与机筒的间隙。本发明的挤出机中螺杆转动时,滚动体随螺杆在机筒内转动的同时在相应的凹槽内自由滚动,滚动体利用滚动使热量在物料中传递,同时滚动体采用导热性良好的材料制造,将机筒的热量快速地传递到熔融料内部,滚动体的存在与在凹槽中的旋转,将熔体反复分割细化,同时又有合并汇合,致使物料得到充分地混合,提高了添加剂的混合效果。

Description

强化传热与混炼挤出机
技术领域
[0001] 本发明涉及塑料挤出成型装置,特指一种可强化传热与混炼的挤出机。 背景技术
[0002] 挤出机是塑料加工行业的主要设备之一。挤出机主机主要由加料塑化系统、传 动系统、加热冷却系统、控制系统等几部分组成。其中,螺杆与机筒是挤出机的关键部 件。螺杆在加热的机筒内旋转,主要作用是将固态塑料颗粒或粉末熔化并混合,高分子 熔体挤入到成型机头中成型及定型后得到制品或半成品。螺杆塑化的效果决定了整台挤 出机的性能,而常规的挤出机传热和混炼效果不好,尤其是螺槽较深时问题更突出。
[0003] 在挤出机的螺杆当中,销钉型螺杆是一种比较常用的混炼效果较好的螺杆形 式。所谓销钉型螺杆属于分流型螺杆,就是在螺杆的某个部位或者几个位置上设定一定 数量的销钉。销钉可以由外部压配进去,也可以在螺杆上直接加工。当销钉设置在压缩 段时,这些销钉的主要作用是将固体床破碎成细小碎粒,使固体与熔体充分混合,以增 加固相与液相的接触面积,加强传热作用。同时,当物料通过销钉之间的缝隙时,熔体 还受到一定的剪切作用,增强物料剪切所产生的热量,加快了物料的熔融。
[0004] 销钉设置在均化段时,物料几乎全变为熔体,但由于各部分物料的熔融过程并 非均勻一致,因此无论熔融程度、温度分布还是分子量分布都存在着差异,销钉就可以 将这些不均勻的熔体反复分割细化,同时又有合并汇合,致使物料得到充分的混合,从 而减小了熔体在温度与熔融程度上的差异。此外,还可以增强添加剂的分散效果。
[0005] 由于销钉安装在机筒上或者螺杆上,增加了加工制造的难度,同时也增加了维 修的成本。销钉相对于螺杆固定,会造成传热效果的不良。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种可强化传热与混炼的挤出机,该挤出机可克服目前常 规挤出机或销钉式挤出机的不足,提高挤出机的传热和塑化效果,得到更高质量的挤出 成型制品。
[0007] 本发明的技术方案为,强化传热与混炼挤出机,主要包括加料塑化部分、加热 冷却部分、控制系统以及传动系统等,加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传 动系统的结构和连接方式与常规的挤出机相同,加料塑化部分的螺杆与机筒之间有滚动 体,螺杆上设置有凹槽,滚动体位于凹槽内滚动。滚动体可随螺杆旋转且在一定范围内 自由滚动。滚动体嵌入到螺杆内的深度大于滚动体与机筒的间隙。这样,挤出过程滚动 体不会从凹槽内脱出。
[0008] 本发明强化传热与混炼挤出机中螺杆转动时,滚动体在相应的凹槽内转动,利 用滚动体滚动时的巨大表面积,使热量在物料中传递,同时滚动体采用导热性良好的材 料(例如金属及含金属填料的非金属复合材料等)制造,其导热性好,可以将机筒的热量 快速地传递到熔融料的内部,因而具有强化传热的作用。螺杆旋转时,滚动体在凹槽中随之旋转,在压缩段的滚动体可以打破固体床,促进固体物料的熔融;在均化段的滚动 体以及滚动体之间的间隙,可以将熔体反复分割细化,同时又有合并汇合,致使物料得 到充分的混合,可提高某些添加剂的混合效果。所以为滚动体开设的凹槽可以分别设置 在加料段、压缩段或均化段上,或者是它们的任意组合上,即在螺杆上的任意位置,由 于熔融的物料起到润滑的作用,所以滚动体对螺杆或机筒的磨损也不会很强。由于滚动 体能够自由转动,因而对流经它的部分物料具有滚压作用,使部分团聚的填料散开。
[0009] 本发明强化传热与混炼挤出机中滚动体可以为滚珠或滚柱,滚珠滚动自如,适 应性强,转动灵活,为常用类型。而滚柱沿熔融料的流道方向滚动,在该方向上的滚压 作用更显著。
[0010] 本发明强化传热与混炼挤出机中螺杆上的凹槽方向即可以是环向也可以是螺旋 向,螺旋向凹槽的螺旋升角可以与螺杆的螺棱的螺旋升角相同或不同,螺旋升角不同时 的混合效果会更好,因为滚动体的排布改变料流的方向。在凹槽中的滚动体的直径可以 相同或不同,螺棱浅的均化段可以采用直径小的滚动体,在压缩段可采用直径渐变的滚 动体,但是为了加工和装配方便,一般一种规格螺杆采用相同直径大小的滚动体更好。
[0011] 本发明强化传热与混炼挤出机中螺杆上的凹槽可以是连续的、间断的或者是凹 坑,每个凹槽或凹坑中至少有一个滚动体。
[0012] 本发明强化传热与混炼挤出机中螺杆上的凹槽可通过固定架来提供,固定架固 定在螺杆的相应位置,固定架为环状或螺旋状,固定架上有凹槽,滚动体在凹槽内滚 动,该结构适应性强,固定架的结构以不易使物料滞留为原则,例如采用流线型结构及 消除死角等。
[0013] 本发明强化传热与混炼挤出机中滚动体外侧设置有挡架,挡架固定在螺杆上, 挡架与滚动体对应的位置处有孔,挡架上的孔的直径小于滚动体的直径,挡架阻挡了滚 动体从螺杆的凹槽上脱落,这种结构中挤出机的类型可以为单螺杆、双螺杆或多螺杆。
[0014] 本发明强化传热与混炼挤出机中均化段靠近机头部分对应的机筒上可设置机筒 凹槽,滚动体在机筒凹槽内滚动,由于该段靠近端部,可以安装滚动体,熔融的物料进 入机头前再进行混合和温度的均化,物料更加均勻。这种结构形式一般要求螺杆从机筒 加料段的后部装进,如果滚动体在机筒上是成螺旋排布,且螺旋升角与螺杆的螺棱的螺 旋升角相同,则螺杆可以从机筒的与机头相连的一端旋入。或者为了便于安装,机筒采 用半圆环开合式安装方式,即剖分式机筒。
[0015] 本发明强化传热与混炼挤出机中采用滚动体代替销钉挤出机中的销钉,便于加 工制造,方便安装,维护成本低廉。
[0016] 本发明强化传热与混炼挤出机,其优点是加强热量在物料中的传递,同时根据 滚动体所设置的区段不同可实现强化传热、增强混炼效果的功能。并且可有多种结构组 合,加工、制造方便,易于维护。
附图说明
[0017] 图1是本发明强化传热与混炼挤出机的装配图;
[0018] 图2是本发明强化传热与混炼挤出机的侧视图;
[0019] 图3是本发明强化传热与混炼挤出机的螺杆与机筒装配简图;[0020] 图4是本发明强化传热与混炼挤出机的滚动体与凹槽的装配简图;
[0021] 图5是本发明强化传热与混炼挤出机的滚动体与部分凹槽的安装简图;
[0022] 图6是本发明强化传热与混炼挤出机的滚动体沿螺旋方向排列简图;
[0023] 图7是本发明强化传热与混炼挤出机的滚动体在螺杆的均化段和压缩段的排布 简图;
[0024] 图8是本发明强化传热与混炼挤出机的螺杆和机筒均设置凹槽的简图;
[0025] 图9是本发明强化传热与混炼挤出机的螺杆上有固定架和滚动体排布简图。
[0026] 图中:1.加料塑化部分,2.加热冷却部分,3.控制系统,4.传动系统,其中, 1-1.螺杆,1-2.滚动体,1-3.机筒,1-4.凹槽,1-5.机筒凹槽,1-6.固定架。
具体实施方式
[0027] 本发明强化传热与混炼挤出机如图1所示,由加料塑化部分1、加热冷却部分 2、控制系统3以及传动系统4组成。其中加料塑化部分的螺杆1-1和机筒1-3之间有滚 动体1-2,见图2。在螺杆1-1均化段的圆周方向上开设若干螺杆凹槽1-4。滚动体1-2 安装在凹槽1-4内,滚动体1-2可随螺杆滚动。螺杆安装在机筒1-3内。
[0028] 滚动体1-2与机筒1-3内径间的配合对整个注塑装置非常重要。滚动体1-2可 绕螺杆1-1旋转或者在一定范围内滚动。滚动体1-2嵌入到螺杆1-1内的深度大于滚动 体1-2与机筒1-3的间隙。这样,滚动体1-2不会从凹槽1-4内脱出。
[0029] 螺杆旋转塑化时,滚动体1-2在螺杆1-1的凹槽1-4内可随螺杆滚动。通过滚 动,滚动体1-2的巨大表面积可与物料充分接触,强化热量的传递,促进熔融物料内温 度分布的均勻;同时可以通过增加凹槽1-4的数量以及相应的滚动体1-2的数目,增强热 量传递的这一有利过程。此外,滚动体1-2的间隙可以进一步细化熔体,进一步增加混 合效果。
[0030] 在螺杆1-1上安装滚动体1-2时,可采用蜡封的方式。待螺杆安装到机筒中, 升高温度将蜡熔化,滚动体1-2即可在凹槽1-4内自由滚动。
[0031] 在螺杆1-1均化段环向设置滚动体1-2,见图3所示,可利用滚动体1-2巨大的 表面积传递热量,强化传热过程;同时滚动体1-2之间的间隙以及滚动体1-2本身的滚动 可对已熔融的物料细分,促进物料的混炼效果。
[0032] 图4所示在螺杆1-1均化段设置凹坑,滚动体1-2可固定在螺杆1-1上,实现类 似销钉的作用。与传统销钉型螺杆相比,该新型螺杆易于加工,维护成本低。
[0033] 图5中,在均化段沿螺杆1-1环向设置部分凹槽1-4和滚动体1-2,凹槽1_4和 滚动体1-2相间错位排布,利于熔体的分流与汇合,提高熔体的混合效果。
[0034] 图6中,沿螺杆1-1螺棱平行方向上设置凹槽1-4,利于固体床的破碎,促进未 熔固体与熔体的混合,提高螺杆1-1的塑化能力,提高产量。
[0035] 若在螺杆1-1的压缩段和均化段都设置上述凹槽1-4,如图7,则该挤出机兼具 上述优点。
[0036] 在螺杆1-1设置凹槽1-4,机筒1-3上设有凹槽1-5,如图8所示,为了便于安 装,机筒采用半圆环开合式安装方式。
[0037] 图9中,固定架1-6固定在螺杆1-1的相应位置,固定架1-6为螺旋状,固定架1-6上有凹槽1-4,滚动体1-2在凹槽1-4内滚动,该结构适应性强,固定架1-6的结构 以不易使物料滞留为原则,本例中固定架1-6的结构与螺杆1-1螺棱的形状类似。
[0038] 以上所述为本发明的几种具体情况,配合各种图加以说明。但是本发明并不局 限于以上所述几种情况和图,任何基于上述所说的对零件的修改或替换,只要在本发明 的精神领域范围内,均属于本发明。
[0039] 本发强化传热与混炼挤出机改变了传统挤出机塑化部分中物料的流动形式,利 用滚动体巨大的表面积和材质的特点,利于热量的传递,强化传热过程;同时滚动体之 间的间隙以及滚动体本身的滚动可对已熔融的物料细分,促进物料的混炼效果。此外, 可根据物料的性质增减滚珠的数量。克服了常规挤出机热传递面积小、热量传递差、混 炼性能差的不足,并且克服了销钉挤出机加工、制造、维护成本高的不足,同时可以实 现滚动体的灵活排布,适应性宽。

Claims (10)

1.强化传热与混炼挤出机,主要包括加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及 传动系统等,加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统的结构和连接方式 与常规的挤出机相同,其特征在于:加料塑化部分的螺杆与机筒之间有滚动体,螺杆上 设置有凹槽,滚动体位于凹槽内滚动,滚动体嵌入到螺杆内的深度大于滚动体与机筒的 间隙。
2.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:滚动体由导热材料 制成。
3.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:螺杆上设置的凹槽 分别位于加料段、压缩段或均化段上,或者是加料段、压缩段或均化段的任意组合上。
4.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:滚动体为滚珠或滚柱。
5.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:螺杆体上的凹槽的 方向为环向或螺旋向。
6.根据权利要求5所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:螺旋向凹槽的螺旋 升角与螺杆的螺棱的螺旋升角相同或不同。
7.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:螺杆体上的凹槽是 连续的,或间断的,或者是凹坑。
8.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:滚动体的直径相同 或不同。
9.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:在螺杆上固定有固 定架,固定架为环状或螺旋状,固定架上有凹槽,滚动体在凹槽内滚动。
10.根据权利要求1所述的强化传热与混炼挤出机,其特征在于:滚动体外侧设置有 挡架,挡架固定在螺杆上,挡架与滚动体对应的位置处有孔,挡架上的孔的直径小于滚 动体的直径。
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