CN102241085B - 用于双转子连续混炼机的转子及包括其的混炼机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于双转子连续混炼机的转子，该转子沿轴向从右至左依次为一螺纹状的加料段、混炼段和一卸料段，所述混炼段为至少三个，每个所述混炼段具有至少一对方向相反、螺旋角不相同的间断螺棱，且所述间断螺棱相互之间为非啮合或相切。本发明还公开了一种包括上述转子的双转子连续混炼机。本发明设置了两个以上的混炼段，延长了物料在混炼腔的停留时间，并且通过控制温度，使得个别混炼腔内的物料处于未熔融的固相预包覆混合。螺棱非啮合或相切的转子结构，有效地防止物料发生堆积和停滞，且提高了转子的分布混合能力。

Description

用于双转子连续混炼机的转子及包括其的混炼机
技术领域
本发明涉及高聚物加工机械领域，特别是涉及一种用于双转子连续混炼机的转子，及包括其的混炼机。
背景技术
双转子连续混炼机，是由美国Farrel公司于六十年代中期开发的连续混炼机械。该机器主要由料筒、转子、卸料装置等部分组成。料筒上的混炼腔为两个相互贯通的、横截面为∞形的孔。物料在混炼腔中受到转子的剪切、粉碎、捏合、混合作用。料筒上还开有冷却水孔，并备有电加热器，可以根据工艺的需要，对物料进行加热和冷却。典型的双转子连续混炼机的转子根据其功能可以划分为加料段、混炼段和出料段。其中，加料段如同两根非啮合的双螺杆，加入的物料在转子加料段螺纹的推动下，到达混炼段。混炼段则更像一对密炼机转子，其表面有两对旋转方向相反、螺旋角各不相等的螺纹，物料在此受到挤压、粉碎，从而被捏合、熔融、混合、塑化。出料段通常为圆柱体，或为螺纹段。卸料装置由卸料门和调节装置所组成。通过调节卸料调节装置，可以控制卸料门的开启度，达到控制物料在混炼腔中的充满度、进而控制物料所经历的混炼激烈程度的目的。
由于该机器既保留了密炼机优异的混炼特性，又可以连续工作，而且具有生产能力大，操作、维护方便的特点，因此倍受人们的关注，被广泛地应用于各种合成高分子材料、填充改性高分子材料、导电高分子材料的混合。德国西门子公司和W&P公司、日本制钢所和神户制钢所等国外著名的企业都相继开发和制造了各种类型的连续混炼机。其中，美国Farrel公司则将混炼机与热喂料挤出机装在一个机架上，制成了著名的CP系列连续混炼造粒机组，并开发出了适应不同混炼工艺要求的7#、15#、22#、24X#转子，被广泛应用于对各种高分子材料的混合与造粒。意大利Pomini公司在FCM系列连续混炼机的基础上，向国际市场推出了带有双混炼腔、双加料口、转子拥有两个等长混炼段的LCM系列连续混炼机，该机器的可变操作参数更多，工艺适应性更强，最大产量可达每小时十二吨，具有较高的填充混合能力。
现有的双转子连续混炼机转子的工作部分包括加料段、第一混炼段和卸料段。转子的加料段为螺纹段，主要将由加料口加入的物料输送到转子的第一混炼段。转子的第一混炼段一般有两对螺旋方向相反的螺棱，该四根螺棱的螺旋角度各不相同，物料在螺棱的作用下，经历了往返重叠的拟合混合作用，得以分散、混炼。转子的卸料段的横截面一般为椭圆或圆柱形，主要将混炼后的物料经卸料口排出筒体混炼腔。
然而，目前的双转子连续混炼机转子一般为单混炼段或等长的双混炼段结构。其中，单混炼段转子由于物料停留时间较短，物料必须在较短的时间内经历比较激烈的混合作用，才能得到比较好的效果。而且由于转子较短，物料的熔融区也较短，导致操作时对混炼过程的控制比较困难。
此外，转子混炼段的螺棱通常由两对相互连接、旋向相反的螺棱构成，在螺棱交界处，物料发生堆积和停滞，形成了一个滞留区，影响了混合效率的发挥和热量的传出，导致物料的温度过高，甚至发生降解。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术物料混合过程不易控制，容易发生物料堆积和滞留的缺陷，提供一种用于双转子连续混炼机的转子及包括其的混炼机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于双转子连续混炼机的转子，该转子沿轴向从右至左依次为一螺纹状的加料段、混炼段和一卸料段，其特点在于，所述混炼段为至少三个，每个所述混炼段具有至少一对方向相反、螺旋角不相同的间断螺棱，且所述间断螺棱相互之间为非啮合或相切。
较佳地，每个所述混炼段具有1～5对方向相反、螺旋角各不相同的间断螺棱。
每一对间断螺棱在轴线方向可以相互交叉，也可以存在间隙，但是相互之间不相连接。该结构由于没有原有转子混炼段螺棱的交汇连接点，可以有效地防止物料在该区域的停滞，降低该区域的料温。同时，交叉或分离的相向的螺棱，增加了物料在混炼段所经历的分流作用和流动的紊乱程度。
较佳地，所述混炼段的长度与直径的比值为1.5～3。
其中，各个混炼段之间采用螺纹相连接。
较佳地，所述转子横截面为非对称的偏心结构。
较佳地，所述螺棱的底部和顶部均为圆弧形曲面，在所述螺棱推进面处的所述圆弧形曲面之间采用螺旋面连接，在所述螺棱背面处的所述圆弧形曲面之间采用相切的平面连接，使得所述螺棱深度渐变，形成收敛流道。
其中，螺棱顶部为圆弧形面，而非平面，与转子内腔表面形成非平行的收敛流道，提高了物料在该区域所受到的拉伸与剪切作用。同时，该结构还使得转子螺棱具有良好的推进角度，与通体内腔相配合，形成有利于物料拉伸流动的收敛流道。而收敛流道的形成使得物料的流动更加有序，不会出现死角。此外，由于收敛流道的增压效果，使得转子在工作时具有一定的自定心作用，防止该区域发生过大的磨损。
较佳地，所述收敛流道的收敛角度为10°～30°。
该收敛角度保证了物料均匀地通过螺棱顶部的高剪切区，防止物料在螺棱推进面流道中形成蜗旋流动和跟随转子的空转，影响混炼效率。
较佳地，所述螺棱底部的圆弧形曲面的圆心不在所述转子的轴向上。即表示所述圆弧形曲面具有一个偏心距。
较佳地，所述螺棱顶部设有若干个贯通槽，所述贯通槽与所述转子的轴线方向呈45°～135°。
较佳地，所述贯通槽的横截面为圆形或矩形。
较佳地，所述贯通槽的槽深为所述螺棱深度的1/10～1/4。
贯通槽的开设增加了缝隙区的流道横截面积，提高物料在缝隙区的流动体积速率。此外，由贯通槽中流过的物料流对物料形成一个扰动作用，增加了物料流动的紊乱程度。
较佳地，所述卸料段的横截面为椭圆形或圆柱形。
较佳地，所述加料段的螺纹为啮合、半啮合或非啮合。
本发明还提供了一种双转子连续混炼机，其特点在于，其包括如上所述的转子，所述转子的所述螺棱底部的圆弧直径与所述混炼机的料筒混炼腔内径相同。
本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：本发明设置了两个以上的混炼段，延长了物料在混炼腔的停留时间，并且通过控制温度，使得个别混炼腔内的物料处于未熔融的固相预包覆混合。螺棱非啮合或相切的转子结构，有效地防止物料发生堆积和停滞，且提高了转子的分布混合能力。
附图说明
图1为本发明用于双转子连续混炼机的转子的结构示意图。
图2为图1中一转子混炼段的结构示意图。
图3a为现有技术中转子的横截面剖视图。
图3b为图1中沿D-D的剖视图。
图4为图3b中F部分的放大图。
图5为本发明双转子连续混炼机的结构示意图。
图6为本发明双转子连续混炼机中转子的螺棱顶部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明为一种用于双转子连续混炼机的转子1。该转子1沿轴向从右至左依次为一螺纹状的加料段A、混炼段B和一卸料段C。混炼段B为至少三个，如图2所示，每个混炼段具有至少一对方向相反、螺旋角不相同的间断螺棱11，且间断螺棱11相互之间为非啮合或相切。
进一步地，每个混炼段具有1～5对方向相反、螺旋角各不相同的间断螺棱。每一对间断螺棱11在轴线方向可以相互交叉，也可以存在间隙，但是相互之间不相连接。该结构由于没有原有转子混炼段螺棱的交汇连接点，可以有效地防止物料在该区域的停滞，降低该区域的料温。同时，交叉或分离的相向的螺棱，增加了物料在混炼段所经历的分流作用和流动的紊乱程度。
特别地，每个混炼段的长度与直径的比值为1.5～3，且各个混炼段之间采用螺纹相连接。
如图3a所示，现有技术中的转子横截面为轴对称结构，其产生的流道为等深状态，容易产生物料的堆积现象。如图3b所示，本发明用于双转子连续混炼机的转子横截面为非对称的偏心结构。所述螺棱的推进面和背面均采用三段式曲面结构，所述螺棱的底部和顶部均为圆弧形曲面，在所述螺棱推进面处的所述圆弧形曲面之间采用螺旋面连接，在所述螺棱背面处的所述圆弧形曲面之间采用相切的平面连接，使得所述螺棱深度渐变，形成收敛流道。其中，圆弧形曲面的圆心不在转子轴线上，存在一个偏心距e，从而使得物料的流动更加有序，不会出现死角。
其中，螺棱顶部为圆弧形面，而非平面，与转子内腔表面形成非平行的收敛流道，提高了物料在该区域所受到的拉伸与剪切作用。同时，该结构还使得转子螺棱具有良好的推进角度，与通体内腔相配合，形成有利于物料拉伸流动的收敛流道。而收敛流道的形成使得物料的流动更加有序，不会出现死角。此外，由于收敛流道的增压效果，使得转子在工作时具有一定的自定心作用，防止该区域发生过大的磨损。
如图4所示，所述收敛流道的收敛角度α为10°～30°。该收敛角度α保证了物料均匀地通过螺棱顶部的高剪切区，防止物料在螺棱推进面流道中形成蜗旋流动和跟随转子的空转，影响混炼效率。
如图1、图2所示，螺棱11的顶部还设有若干个贯通槽12，贯通槽12与所述转子的轴线方向呈45°～135°。贯通槽12的横截面为圆形或矩形，槽深为所述螺棱深度的1/10～1/4。
贯通槽12的开设增加了缝隙区的流道横截面积，提高物料在缝隙区的流动体积速率。此外，由贯通槽12中流过的物料流对物料形成一个扰动作用，增加了物料流动的紊乱程度。
此外，卸料段C的横截面为椭圆形或圆柱形，可以顺利将混炼后的物料排出筒体混炼腔。加料段A的螺纹为啮合、半啮合或非啮合，推动物料进入混炼段B。
本发明还提供了一种双转子连续混炼机，其包括如上所述的转子。如图5所示，双转子连续混炼机包括一料筒，该料筒上的混炼腔2为两个相互贯通的、横截面为∞形的孔。在混炼腔2内为两个相向旋转的上述转子1。转子1的所述螺棱底部的圆弧直径与所述混炼机的料筒混炼腔2内径相同。这样保证了该区域螺槽深度渐变，形成一个收敛流道，使得物料的流动更加有序，不会出现死角。
如图6所示，在混炼腔2内的转子1的螺棱顶部形成若干收敛流道21，螺棱顶部的贯通槽12将前后两个收敛流道连接起来形成非等距离的间隙，从而增加了缝隙区的流道横截面积，提高物料在缝隙区的流动体积速率。此外，流过贯通槽中的物料还会对物料形成一个扰动作用，增加了该区域物料流动的紊乱程度，使得物料充分混合。
本发明用于双转子连续混炼机的转子的工作原理为：在混炼过程中，将第一混炼段的温度控制在足够低的温度(通过混炼机的料筒上的加热装置进行控制温度)，保证该区域的物料处于未熔融状态。第二混炼段的温度控制在物料的熔点附近(通过混炼机的料筒上的加热装置进行控制温度)，保证物料熔融。物料由加料口加入，然后在输送段螺纹的推进作用下进入第一混炼段。在第一混炼段，物料在此发生固相混合。在第一混炼段螺棱的作用下，未熔融的固体颗粒腾空飞舞，与添加剂团聚体发生碰撞，导致团聚体发生解聚，类似于在球磨机中。在后加入的物料的推进作用下，第一混炼段的物料被逐步推进到第二混炼段。此处，物料在正反螺棱的作用下发生堆积、挤压、熔融、分散和混合，最终从卸料口排出。
本发明通过多个螺棱为非啮合或相切的混炼段的设置，延长物料在混炼腔内的停留时间。并通过控制温度，使得个别混炼腔内的物料处于未熔融的固相预包覆混合，有效防止物料温度过高。这样可以大大提高转子的分布混合能力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于双转子连续混炼机的转子，该转子沿轴向从右至左依次为一螺纹状的加料段、混炼段和一卸料段，其特征在于，所述混炼段为至少三个，每个所述混炼段具有1～5对方向相反、螺旋角各不相同的间断螺棱，且所述间断螺棱相互之间为非啮合或相切，每一对间断螺棱在轴线方向可以相互交叉，也可以存在间隙，但是相互之间不相连接，所述混炼段的长度与直径的比值为1.5～3，所述转子横截面为非对称的偏心结构，所述间断螺棱顶部设有若干个贯通槽，所述贯通槽与所述转子的轴线方向呈45°～135°。
2.如权利要求1所述的用于双转子连续混炼机的转子，其特征在于，所述贯通槽的横截面为圆形或矩形。
3.如权利要求2所述的用于双转子连续混炼机的转子，其特征在于，所述贯通槽的槽深为所述间断螺棱深度的1/10～1/4。
4.如权利要求1-3任意一项所述的用于双转子连续混炼机的转子，其特征在于，所述卸料段的横截面为椭圆形或圆柱形。
5.如权利要求4所述的用于双转子连续混炼机的转子，其特征在于，所述加料段的螺纹为啮合、半啮合或非啮合。
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