CN102294813A - 一种同向啮合双螺杆挤出机及挤出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种同向啮合双螺杆挤出机及挤出方法，挤出机的加料装置与螺筒的连接处设有去氧机构，去氧机构包括多个储料斗，设于最上端的储料斗与计量加装机构连接，设于最下端的储料斗与螺筒连接，各个储料斗侧壁设有储料斗气孔，每个储料斗气孔均与抽真空装置和惰性气体发生装置连接；螺筒进料端设有与惰性气体发生装置连接的进气孔，螺筒出料端设有与抽真空装置连接的出气孔；其方法是先采用抽真空装置和惰性气体发生装置对去氧机构内的物料进行间歇式抽真空和充入惰性气体，物料进入螺杆后仍保持在惰性气体的气氛中，以提高物料的热稳定性。本挤出机及方法可实现在物料加工过程中既保证物料不分解，又保证物料有较好的分布性混合和分散性混合。
Description
技术领域
本发明涉及塑料加工技术领域，特别涉及一种适用于加工热稳定性较差物料的同向啮合双螺杆挤出机及挤出方法。
背景技术
双螺杆挤出机一般由驱动装置、加料装置、螺筒和螺杆等几个部分组成，双螺杆挤出机有许多种不同的形式，主要差别在于螺杆结构的不同，具体表现为螺杆旋转方向和螺杆啮合程度的不同。由于啮合同向双螺杆挤出机具有高转速、大扭矩、高熔融塑化效率、低能耗、混合性能优异等特点，近年来，啮合同向双螺杆挤出机在成型、共混、改性、反应挤出等聚合物加工过程中得到了广泛的应用。啮合同向双螺杆挤出机主要是在一个“8”字形筒体内，由两根互相啮合的螺杆所组成的装置，两根螺杆的啮合对物料产生剪切作用，从而实现物料的成型、共混、改性等工艺。
然而，对于热稳定性较差的物料，啮合的两根螺杆对物料的剪切，在有氧存在的情况下，会使物料产生热分解而影响产品质量。为了克服该缺陷，目前常用的设备中已开发出一些适合热稳定性较差的物料的挤出机，即锥形双螺杆挤出机，但是此种挤出机虽然有较低的剪切延缓了物料的热分解，但是在分布性混合和分散性混合方面，远远不能达到物料加工的要求。因此，在改性塑料行业，在加工热稳定性较差的物料方面，能实现既可保证物料不分解、又可保证物料有较好的分布性混合和分散性混合的挤出机有待开发。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对热稳定性较差物料的加工，提供一种同向啮合双螺杆挤出机，该挤出机可实现在物料加工过程中，既保证物料不分解，又保证物料有较好的分布性混合和分散性混合。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述挤出机实现的同向啮合双螺杆挤出方法，该方法通过除去物料中掺杂的氧气，从而提高物料的热分解温度，使物料热稳定性更好。
本发明的技术方案为：一种同向啮合双螺杆挤出机，包括驱动装置、螺筒和加料装置，螺筒内部设置双螺杆，双螺杆与驱动装置连接，螺筒的进料端与加料装置连接，所述加料装置与螺筒的连接处设有去氧机构，去氧机构包括由上到下同轴设置的多个储料斗，设于最上端的储料斗通过进料管道与加料装置的计量加装机构连接，设于最下端的储料斗底部与螺筒连接，各个储料斗的侧壁分别设有储料斗气孔，每个储料斗气孔均通过密封管道分别与抽真空装置和惰性气体发生装置连接；螺筒的进料端设有进气孔，进气孔与惰性气体发生装置连接，螺筒的出料端设有出气孔，出气孔与抽真空装置连接。
所述去氧机构包括4～20个储料斗，各储料斗分别包括金属外壁和刚强度滤布，刚强度滤布设于金属外壁内，金属外壁外侧设置储料斗气孔。
所述去氧机构中，设于最下端的储料斗的金属外壁呈倒锥形，设于上端或中部的储料斗的金属外壁呈圆柱形。
所述各储料斗的金属外壁均为不锈钢金属外壁。
所述金属外壁的储料斗气孔处还设有可拆卸的过滤棉。
所述螺筒为多节螺筒单元串联拼接的积木式结构，螺筒内的筒体呈“8”字形，筒体内径为32～102mm；各节螺筒单元的筒体两侧分别设有通气孔，通气孔位于“8”字口区，多节螺筒单元串联拼接后位于筒体同一侧的各通气孔相连通。螺杆的直径为30～100mm，长径比在30～60，螺杆上有分布有输送螺纹元件和捏合块螺纹元件。根据实际加工工艺的需要，可选择不同型号的螺杆进行加工，同时，各节螺筒单元中的通气孔的尺寸、所设位置等可根据所选螺杆的实际结构进行设计。
所述螺筒的出气口处设有真空口压盖，真空口压盖底面设有与螺筒的筒体“8”字形外轮廓相配合的两个圆弧面R1和R2，其中R1的半径小于R2，圆弧面R2上设有压盖气孔，压盖气孔通过密封管道与抽真空装置连接。螺筒的出气口设于螺筒的建压段前方，真空口压盖上两个圆弧面R1和R2的半径尺寸可根据所选螺杆的实际尺寸进行设计，其主要作用是与螺筒的筒体轮廓配合，用于内置双螺杆。
所述抽真空装置为真空泵，可采用2SK或SK系列的双级水环式真空泵；惰性气体发生装置为整装式氮气发生器，可采用型号为Parker
LC/MS Nitroflow Lab的整装式氮气发生装置；驱动装置为交流电机驱动装置，交流电机的转速为200～1000rpm。
本发明根据上述挤出机实现一种同向啮合双螺杆挤出方法，包括以下步骤：
(1)在加料装置中，计量加装机构通过进料管道将所需物料送至去氧机构，物料由上到下依次落入各个储料斗中；
(2)分别启动抽真空装置和惰性气体发生装置，抽真空装置和惰性气体发生装置通过继电器进行间歇式工作，抽真空装置和惰性气体发生装置交替对去氧机构中抽真空和充入惰性气体；
(3)物料经各个储料斗去氧后，通过螺筒进入螺杆，此时抽真空装置和惰性气体发生装置同时持续工作，惰性气体发生装置从螺筒的进气孔充入惰性气体，惰性气体经各节螺筒单元的通气孔后，在螺筒的出气孔处由抽真空装置抽出；
(4)物料经过减压后从设于螺筒出料端的挤出模头挤出。
所述步骤(2)中，抽真空装置和惰性气体发生装置交替工作的间歇时间为1～10秒。
本同向啮合双螺杆挤出机及其实现的方法，主要是先通过去氧机构在物料进入储料斗后，采用抽真空装置和惰性气体发生装置对其进行间歇式的抽真空和充入惰性气体，使物料中夹杂的空气初步被抽走，抽走过程中物料粘在刚强度滤布上，然后充入惰性气体，使物料脱离刚强度滤布，同时使物料存在于惰性气体气氛中；接着物料在此气氛中进入挤出机螺杆，经过塑化、排气、建压等过程，在塑化和排气过程中，通过螺筒上开设的通气孔把惰性气体通入螺筒中，使物料的热分解温度不受氧气影响，然后在排气段通过真空口压盖和抽真空装置把惰性气体从物料中抽出，以便于后续加工。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、本同向啮合双螺杆挤出机通过对其加料装置进行改进，区别于现有加料装置，此加料装置通过与外接的抽真空装置和惰性气体发生装置配合，可以有效分离物料中的空气，不使空气在物料塑化过程中存在，提高物料的起始热分解温度，从而提高其热稳定性。
2、本同向啮合双螺杆挤出机通过对螺筒结构进行改进，各节螺筒单元上的排气孔可根据所选螺杆的实际情况进行开始，在向螺筒中通入惰性气体的过程中，气孔不会被堵塞，挤出机的单位产量也不受影响。
3、本同向啮合双螺杆挤出机上的真空口排气压盖通过特殊的设计，可以既保证物料不在此长久停留，又可以把物料中的惰性气体彻底抽出，提高产品质量。通过抽真空装置和惰性气体发生装置的配合，可实现在物料加工过程中，既保证物料不分解，又保证物料有较好的分布性混合和分散性混合。
附图说明
图1为本同向啮合双螺杆挤出机的结构示意图。
图2为去氧机构的结构示意图。
图3为单节螺筒单元的结构示意图。
图4为真空口压盖的结构示意图。
图5为设有出气孔的单节螺筒单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例一种同向啮合双螺杆挤出机，其整体结构如图1所示，包括驱动装置1、螺筒2和加料装置3，螺筒2内部设置双螺杆，双螺杆与驱动装置1连接，螺筒2的进料端与加料装置3连接，加料装置3与螺筒2的连接处设有去氧机构4，如图2所示，去氧机构4包括由上到下同轴设置的多个储料斗，设于最上端的储料斗通过进料管道5与加料装置的计量加装机构6连接，设于最下端的储料斗底部与螺筒2连接，各个储料斗的侧壁分别设有储料斗气孔7，每个储料斗气孔7均通过密封管道8分别与抽真空装置9和惰性气体发生装置10连接；螺筒2的进料端设有进气孔，进气孔通过密封管道8与惰性气体发生装置10连接，螺筒2的出料端设有出气孔，出气孔通过密封管道8与抽真空装置9连接。
如图2所示，去氧机构4可包括4～20个储料斗，本实施例选择4个，各储料斗分别包括金属外壁11和刚强度滤布12，刚强度滤布12设于金属外壁11内，金属外壁11外侧设置储料斗气孔7。
去氧机构中，设于最下端的储料斗的金属外壁呈倒锥形，设于上端或中部的储料斗的金属外壁呈圆柱形。
各储料斗的金属外壁均为不锈钢金属外壁。
金属外壁的储料斗气孔处还设有可拆卸的过滤棉。
螺筒2为多节螺筒单元串联拼接的积木式结构，单节螺筒单元的结构如图3所示，螺筒内的筒体呈“8”字形，筒体内径为32～102mm；各节螺筒单元的筒体两侧分别设有通气孔13，通气孔13位于“8”字口区，多节螺筒单元串联拼接后位于筒体同一侧的各通气孔相连通。螺杆的直径为30～100mm，长径比在30～60，螺杆上有分布有输送螺纹元件和捏合块螺纹元件。根据实际加工工艺的需要，可选择不同型号的螺杆进行加工，同时，各节螺筒单元中的通气孔的尺寸、所设位置等可根据所选螺杆的实际结构进行设计。
螺筒2的出气口处设有真空口压盖14，真空口压盖14的具体结构如图4所示，真空口压盖14的底面设有与螺筒的筒体“8”字形外轮廓相配合的两个圆弧面R116和R217，其中R116的半径小于R217，圆弧面R2上设有压盖气孔15，压盖气孔15通过密封管道8与抽真空装置9连接。螺筒2的出气口设于螺筒的建压段前方，真空口压盖上两个圆弧面R1和R2的半径尺寸可根据所选螺杆的实际尺寸进行设计，其主要作用是与螺筒的筒体轮廓配合，用于内置双螺杆。
抽真空装置9为真空泵，可采用2SK或SK系列的双级水环式真空泵；惰性气体发生装置10为整装式氮气发生器，可采用型号为Parker
LC/MS Nitroflow Lab的整装式氮气发生装置；驱动装置1为交流电机驱动装置，交流电机的转速为200～1000rpm。
本实施例根据上述挤出机实现一种同向啮合双螺杆挤出方法，包括以下步骤：
(1)在加料装置中，计量加装机构6通过进料管道5将所需物料送至去氧机构4，物料由上到下依次落入各个储料斗中；
(2)分别启动抽真空装置9和惰性气体发生装置10，抽真空装置9和惰性气体发生装置10通过继电器进行间歇式工作，抽真空装置9和惰性气体发生装置10交替对去氧机构4中抽真空和充入惰性气体；
(3)物料经各个储料斗去氧后，通过螺筒2进入螺杆，此时抽真空装置9和惰性气体发生装置10同时持续工作，惰性气体发生装置10从螺筒2的进气孔充入惰性气体，惰性气体经各节螺筒单元的通气孔13后，在螺筒2的出气孔处由抽真空装置9抽出；
(4)物料经过减压后从设于螺筒出料端的挤出模头挤出。
其中，步骤(2)中，抽真空装置9和惰性气体发生装置10交替工作的间歇时间为1～10秒。
本同向啮合双螺杆挤出机及其实现的方法，主要是先通过去氧机构4在物料进入储料斗后，采用抽真空装置9和惰性气体发生装置10对其进行间歇式的抽真空和充入惰性气体，使物料中夹杂的空气初步被抽走，抽走过程中物料粘在刚强度滤布4上，然后充入惰性气体，使物料脱离刚强度滤布4，同时使物料存在于惰性气体气氛中；接着物料在此气氛中进入挤出机螺杆，经过塑化、排气、建压等过程，在塑化和排气过程中，通过螺筒上开设的通气孔13把惰性气体通入螺筒2中，使物料的热分解温度不受氧气影响，然后在排气段通过真空口压盖14和抽真空装置9把惰性气体从物料中抽出，以便于后续加工。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种同向啮合双螺杆挤出机，包括驱动装置、螺筒和加料装置，螺筒内部设置双螺杆，双螺杆与驱动装置连接，螺筒的进料端与加料装置连接，其特征在于，所述加料装置与螺筒的连接处设有去氧机构，去氧机构包括由上到下同轴设置的多个储料斗，设于最上端的储料斗通过进料管道与加料装置的计量加装机构连接，设于最下端的储料斗底部与螺筒连接，各个储料斗的侧壁分别设有储料斗气孔，每个储料斗气孔均通过密封管道分别与抽真空装置和惰性气体发生装置连接；螺筒的进料端设有进气孔，进气孔与惰性气体发生装置连接，螺筒的出料端设有出气孔，出气孔与抽真空装置连接。
2.根据权利要求1所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述去氧机构包括4～20个储料斗，各储料斗分别包括金属外壁和刚强度滤布，刚强度滤布设于金属外壁内，金属外壁外侧设置储料斗气孔。
3.根据权利要求2所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述去氧机构中，设于最下端的储料斗的金属外壁呈倒锥形，设于上端或中部的储料斗的金属外壁呈圆柱形。
4.根据权利要求2所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述各储料斗的金属外壁均为不锈钢金属外壁。
5.根据权利要求2所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述金属外壁的储料斗气孔处还设有可拆卸的过滤棉。
6.根据权利要求1所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述螺筒为多节螺筒单元串联拼接的积木式结构，螺筒内的筒体呈“8”字形，筒体内径为32～102mm；各节螺筒单元的筒体两侧分别设有通气孔，通气孔位于“8”字口区，多节螺筒单元串联拼接后位于筒体同一侧的各通气孔相连通。
7.根据权利要求6所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述螺筒的出气口处设有真空口压盖，真空口压盖底面设有与螺筒的筒体“8”字形外轮廓相配合的两个圆弧面R1和R2，其中R1的半径小于R2，圆弧面R2上设有压盖气孔，压盖气孔通过密封管道与抽真空装置连接。
8.根据权利要求1所述一种同向啮合双螺杆挤出机，其特征在于，所述抽真空装置为真空泵；惰性气体发生装置为整装式氮气发生器；驱动装置为交流电机驱动装置，交流电机的转速为200～1000rpm。
9.根据权利要求1～8任一项所述挤出机实现一种同向啮合双螺杆挤出方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在加料装置中，计量加装机构通过进料管道将所需物料送至去氧机构，物料由上到下依次落入各个储料斗中；
(2)分别启动抽真空装置和惰性气体发生装置，抽真空装置和惰性气体发生装置通过继电器进行间歇式工作，抽真空装置和惰性气体发生装置交替对去氧机构中抽真空和充入惰性气体；
(3)物料经各个储料斗去氧后，通过螺筒进入螺杆，此时抽真空装置和惰性气体发生装置同时持续工作，惰性气体发生装置从螺筒的进气孔充入惰性气体，惰性气体经各节螺筒单元的通气孔后，在螺筒的出气孔处由抽真空装置抽出；
(4)物料经过减压后从设于螺筒出料端的挤出模头挤出。
10.根据权利要求9所述一种同向啮合双螺杆挤出方法，其特征在于，所述步骤(2)中，抽真空装置和惰性气体发生装置交替工作的间歇时间为1～10秒。
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