CN103223721A - 双螺杆排气挤出机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双螺杆排气挤出机，包括双螺杆挤出机本体、喂料装置、交替冷凝式高真空防回灌装置及侧喂料装置，所述喂料装置、交替冷凝式高真空防回灌装置及侧喂料装置均安装于双螺杆挤出机本体上；所述双螺杆挤出机本体包括料筒、安装于料筒内的螺杆、及位于双螺杆挤出机本体中部的排气口，所述螺杆为同向啮合双螺杆，所述交替冷凝式高真空防回灌装置与排气口相连接。本发明以双螺杆挤出机为基本加工平台，通过对螺杆元件进行优化组合、增设交替冷凝式高真空防回灌装置，实现塑化、改性、脱水、共混的连续化，且能通过交替冷凝式高真空防回灌装置的强力脱水能力使改性产物水分含量低于100ppm；抑制共混时水分对最终共混产物性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及树脂材料加工领域，尤其涉及一种双螺杆排气挤出机。
背景技术
双螺杆挤出机是树脂成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行树脂的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。请参阅图1所述双螺杆排气挤出机包括，双螺杆挤出机本体100、喂料装置200及侧喂料装置600，所述喂料装置200及侧喂料装置600均安装于双螺杆挤出机本体100上；所述双螺杆挤出机本体100包括料筒120、安装于料筒120内的同向啮合双螺杆（未图示），所述螺杆长径比范围一般为30-44。
树脂改性是指通过物理方法、机械加工或化学反应等方法加工改性之后，提高树脂阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面性能。改性方法根据是否发生化学反应分类，可以分为物理改性和化学改性；根据整体或局部改性，可以分为整体改性和表面改性。
双螺杆挤出机是树脂改性时常用的生产设备，进行化学改性如接枝改性时，其可以作为很好的反应容器，提供反应所需的温度剪切等反应条件，进行物理改性如填充共混改性时，填充材料通过螺杆的剪切作用充分与树脂进行分散和混合。
然而，当填充材料本身需要先改性再与树脂混合或者树脂需要连续进行两种不同类型改性时，由于设备本身不具备对第一次改性完成所得产物进行必要后处理（如干燥等）的功能元件，且现有螺杆结构也不足保证连续改性的完成，从而导致两次改性不得不分开进行。这就导致能耗的增加，且由于两次操作中间必然有停留时间，会导致某些改性方法改性的产品因为停留时间过长而影响改性效果，例如，增塑改性的淀粉在停留过一段时间后会由于增塑剂迁移和链间自发进行的结构有序重构而导致的力学性能和二次加工性能下降。因此有必要提供一种双螺杆挤出机，可以实现连续改性操作，且能够对第一次改性操作进行必要的后处理，从而降低能耗，提高产品质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双螺杆排气挤出机，可实现连续操作完成塑化、改性、脱水、共混过程，且能稳定地控制改性产物含水量在100ppm以内，抑制后续加工时水分对最终共混产物性能的影响，保证产品质量，降低能耗。
为实现上述目的，本发明提供一种双螺杆排气挤出机，包括双螺杆挤出机本体、喂料装置、交替冷凝式高真空防回灌装置及侧喂料装置，所述喂料装置、交替冷凝式高真空防回灌装置及侧喂料装置均安装于双螺杆挤出机本体上；所述双螺杆挤出机本体包括料筒、安装于料筒内的螺杆、及位于双螺杆挤出机本体中部的排气口，所述螺杆为同向啮合双螺杆，所述交替冷凝式高真空防回灌装置与排气口相连接。
所述螺杆包括前部分、后部分及连接两者的排气部分，所述排气口对应排气部分设置。
所述前部分依次包括加料段、第一压缩段和均化段，所述加料段、第一压缩段和均化段顺序连接设置，所述喂料装置对应加料段设置。
所述后部分依次包括喂料段、第二压缩段、第三压缩段和计量段；所述喂料段、第二压缩段、第三压缩段和计量段顺序连接设置；所述侧喂料装置对应喂料段设置。
所述螺杆长径比为52:1。
所述交替冷凝式高真空防回灌装置包括真空泵、与真空泵连通的第一真空罐、与第一真空罐连通的第二真空罐及与第二真空罐连接的内啮合转子泵。
所述交替冷凝式高真空防回灌装置还包括：与排气口连接的刚性连接管、设置于刚性连接管与排气口之间的防回流装置、设置于刚性连接管外围的夹套式冷凝器、及三通管，所述三通管分别与第一真空罐和刚性连接管相连接。
所述防回流装置包括密封圈、柱塞和弹簧，所述密封圈设于柱塞外部，所述弹簧一端与柱塞相连接，另一端与排气口相连接。
所述夹套式冷凝器包括底部进水口及顶部出水口，工作时，冷却水从底部进水口流入，顶部出水口流出。
本发明的有益效果：本发明的双螺杆排气挤出机以双螺杆挤出机为基本加工平台，通过对螺杆元件进行优化组合、增设交替冷凝式高真空防回灌装置，可实现连续操作完成塑化、改性、脱水、共混过程，且能通过交替冷凝式高真空防回灌装置的强力脱水能力稳定地控制改性产物含水量在100ppm以内，抑制后续加工时水分对最终共混产物性能的影响，保证产品质量；通过增加侧喂料装置，改变螺杆结构实现对反应化程度的控制，使产品综合性能得到优化。同时本发明双螺杆排气挤出机工作时，由于可采用连续化工艺，使材料制备过程中综合节能达到25%，生产成本大幅降低。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为现有的双螺杆挤出机结构示意图；
图2为本发明双螺杆排气挤出机结构示意图；
图3为本发明双螺杆排气挤出机的螺杆结构示意图；
图4为本发明双螺杆排气挤出机的交替冷凝式高真空防回灌装置结构示意图；
图5为图4中A处的放大图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图2和图3，所述双螺杆排气挤出机包括，双螺杆挤出机本体10、喂料装置20、交替冷凝式高真空防回灌装置40及侧喂料装置60，所述喂料装置20、交替冷凝式高真空防回灌装置40及侧喂料装置60均安装于双螺杆挤出机本体10上；所述双螺杆挤出机本体10包括料筒12、安装于料筒12内的螺杆100、及设置于双螺杆挤出机本体10上的排气口14，所述螺杆100为同向啮合双螺杆，所述交替冷凝式高真空防回灌装置40与排气口14相连接；所述螺杆100长径比52:1，包括前部分120、后部分140及连接两者的排气部分160，所述前部分依次包括加料段122、第一压缩段124和均化段126，所述加料段122、第一压缩段124和均化段126顺序连接设置，所述后部分依次包括喂料段142、第二压缩段144、第三压缩段146和计量段148，所述喂料段142、第二压缩段144、第三压缩段146和计量段148顺序连接设置；所述喂料装置20对应加料段122设置，所述侧喂料装置60对应喂料段142设置，所述排气口14对应排气部分160设置。本发明双螺杆排气挤出机的螺杆100长径比较普通螺杆明显增大，结构也与普通螺杆有很大区别，以实现反应的分步进行并能有效对反应程度进行控制。通过对螺杆100螺纹元件进行优化组合，设置排气部分160，并对应设置与交替冷凝式高真空防回灌装置40相连接的排气口14，使得在前部分120处理过的改性产物达到排气部分160时，可以通过交替冷凝式高真空防回灌装置40脱离水分及小分子，达到脱水的目的。
如图4及图5所示，交替冷凝式高真空防回灌装置40，包括真空泵42、与真空泵42连通的第一真空罐43、与第一真空罐43相连通的第二真空罐44及与第二真空罐44连接的内啮合转子泵45，其能在第一与第二真空罐43、44工作状态中抽出灌中的水分；还包括：与排气口14连接的刚性连接管46、设置于刚性连接管46与排气口14之间的防回流装置47、设置于刚性连接管46外围的夹套式冷凝器48、及三通管49，所述三通管49分别与第一真空罐43和刚性连接管46相连接，所述防回流装置47包括密封圈472、柱塞474和弹簧476，所述密封圈472设于柱塞474外部，所述弹簧476一端与柱塞474相连接，另一端与排气口14相连接。所述夹套式冷凝器48包括底部进水口482，及顶部出水口484，工作时，冷却水从底部进水口482流入，顶部出水口484流出，为循环冷却，保证流入交替冷凝式高真空防回灌装置40的水蒸气变成液态水，直接流入第一与第二真空罐43、44中，抽真空结束或停机时，所述防回流装置47由于弹簧476的拉力使柱塞474套进套筒中，周边有密封圈472，防止液体回流入料筒12中。
正常状态时，在弹簧476的作用下，柱塞474蔽塞，防止水分倒流入料筒12中，抽真空时，由于弹簧476的拉力小于抽真空压力，柱塞474被拉开，真空泵42正常工作；三通管49一端连接夹套式冷凝器48，当水蒸汽和小分子通过柱塞474孔抽入夹套式冷凝器48后，由于温度剧降，水蒸气变成水通过刚性连接管46而被抽入真空罐中；三通管另一端设有阀门492，当刚性连接管46堵塞时，可通过铁棒将刚性连接管疏通；第一与第二真空罐43、44无缝连接，当第一真空罐43中抽出水液面变高时流入第二真空罐44中，当第一与第二真空罐43、44中水的液面高于内啮合转子泵45时，内啮合转子泵45开启，在正常抽真空状态下能将第一与第二真空罐43、44中的水排出。
本发明双螺杆排气挤出机的交替冷凝式高真空防回灌装置40脱水效果显著，其通过设置真空泵42、与真空泵42连通的第一真空罐43、与第一真空罐43相连通的第二真空罐44及与第二真空罐44连接的内啮合转子泵45，能很好的通过排气口14的交替冷凝式高真空防回灌装置40将改性产物中残留的水分、有机单体和小分子抽出，而夹套式冷凝器48进一步提高脱水效率，所述防回流装置47有效的防止小分子和水分在停止抽真空时回灌到料筒12中，从而保证稳定地控制改性产物含水量在100ppm以内。
下面通过具体使用实例来充分描述本发明双螺杆排气挤出机的工作方式和优点。
以淀粉全生物降解树脂的生产为例，其制备原理为，将高直链淀粉接枝改性后制得接枝淀粉，并与生物降解树脂熔融共混制得淀粉全生物降解树脂。其中所述高直链淀粉为直链淀粉重量份含量50-70%的淀粉，其含有12-15%重量份水分。所述有机单体为丙交酯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸缩水甘油酯单体中的一种。所述引发剂为过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、氧化二叔丁基、偶氮二异丁腈、H2O2/Fe2+氧化还原体系中的一种；催化剂为二丁基锡二月桂酸酯或醋酸锑中的一种。所述生物降解树脂为聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯或聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯。
使用本发明双螺杆排气挤出机进行生产时，首先将高直链淀粉、催化剂、引发剂和有机单体等由喂料装置20通过加料段122投入料筒12中，由于高直链淀粉中含有约15%的水分，可作为淀粉的增塑剂，使高直链淀粉在剪切立场下的变形性增强，获得热塑可加工性，在此基础上完成反应性接枝，改变接枝链段长度，从而增大淀粉分子链间的空间位阻，降低氢键凝聚发生程度，提高了耐候性，并获得较好的流动性。
高直链淀粉中残余水分是导致共混加工过程中生物降解树脂力学性能劣化的导因，传统高速搅拌法存在脱水周期长、效率低、能耗高的缺陷，本发明提供的交替冷凝式高真空防回灌装置40，能稳定地控制接枝淀粉含水量在100ppm以内。
通过排气口14连接的交替冷凝式高真空防回灌装置40将接枝淀粉中残留的部分水分、游离有机单体和小分子等抽出，抑制水分在高温条件对生物降解树脂分子量降低的影响，保证了产品质量；产物中不存在游离单体及小分子，产物纯度较高。
通过侧喂料装置60加入生物降解树脂，与完成接枝改性、脱水操作后得到的接枝淀粉混合熔融，进行挤出、风冷、拉条、切粒，制得淀粉全生物降解树脂。接枝、脱水、共混在同一个螺杆100中操作，通过连续操作完成淀粉接枝、共混过程，不但能避免淀粉分子链间自发进行的结构有序重构而导致的力学性能和二次加工性能下降，且能满足更为苛刻的卫生标准，同时由于采用连续化工艺与装备，使材料制备过程中综合节能达到25%，生产成本大幅降低。
综上所述，本发明的双螺杆排气挤出机以双螺杆挤出机为基本加工平台，通过对螺杆元件进行优化组合、增设交替冷凝式高真空防回灌装置，可实现连续操作完成塑化、改性、脱水、共混过程，且能通过交替冷凝式高真空防回灌装置的强力脱水能力稳定地控制改性产物含水量在100ppm以内，抑制后续加工时水分对最终共混产物性能的影响，保证产品质量；通过增加侧喂料装置，改变螺杆结构实现对反应化程度的控制，使产品综合性能得到优化。同时本发明双螺杆排气挤出机工作时，由于可采用连续化工艺，使材料制备过程中综合节能达到25%，生产成本大幅降低。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种双螺杆排气挤出机，其特征在于，包括双螺杆挤出机本体、喂料装置、交替冷凝式高真空防回灌装置及侧喂料装置，所述喂料装置、交替冷凝式高真空防回灌装置及侧喂料装置均安装于双螺杆挤出机本体上；所述双螺杆挤出机本体包括料筒、安装于料筒内的螺杆、及位于双螺杆挤出机本体中部的排气口，所述螺杆为同向啮合双螺杆，所述交替冷凝式高真空防回灌装置与排气口相连接。
2.如权利要求1所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述螺杆包括前部分、后部分及连接两者的排气部分，所述排气口对应排气部分设置。
3.如权利要求2所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述前部分依次包括加料段、第一压缩段和均化段，所述加料段、第一压缩段和均化段顺序连接设置，所述喂料装置对应加料段设置。
4.如权利要求2所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述后部分依次包括喂料段、第二压缩段、第三压缩段和计量段；所述喂料段、第二压缩段、第三压缩段和计量段顺序连接设置；所述侧喂料装置对应喂料段设置。
5.如权利要求1所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述螺杆长径比为52:1。
6.如权利要求1所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述交替冷凝式高真空防回灌装置包括真空泵、与真空泵连通的第一真空罐、与第一真空罐连通的第二真空罐及与第二真空罐连接的内啮合转子泵。
7.如权利要求6所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述交替冷凝式高真空防回灌装置还包括：与排气口连接的刚性连接管、设置于刚性连接管与排气口之间的防回流装置、设置于刚性连接管外围的夹套式冷凝器、及三通管，所述三通管分别与第一真空罐和刚性连接管相连接。
8.如权利要求7所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述防回流装置包括密封圈、柱塞和弹簧，所述密封圈设于柱塞外部，所述弹簧一端与柱塞相连接，另一端与排气口相连接。
9.如权利要求7所述的双螺杆排气挤出机，其特征在于，所述夹套式冷凝器包括底部进水口及顶部出水口，工作时，冷却水从底部进水口流入，顶部出水口流出。
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