CN103921426B - 一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，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，所述的加料塑化部分的螺杆或机筒上有扭转销钉，扭转销钉由扭转段和安装段两部分组成，扭转销钉的扭转段侧面是四个螺旋上升逐渐扭转90度的曲面，扭转段的长度不超过该扭转销钉安装处螺槽的深度，扭转销钉的安装段插入螺杆轴中或插入机筒中，扭转销钉的安装段有防转结构。本发明挤出机弥补常规销钉螺杆的传热不足，强制对流，加强热量在物料中的传递，强化传热，同时通过物料的多次分流翻转汇合，不仅实现物料轴向运动，还能实现物料径向运动，强化混合，增强混炼效果。并且可与多种结构组合，加工、制造方便，易于维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种可强化传热与混炼塑化的塑料挤出成型装置，特指一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，属于高分子材料成型机械领域。
背景技术
挤出机是塑料加工行业的主要设备之一，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以一定的转速旋转，主要作用是将固态塑料颗粒或粉末熔融塑化、混合、压缩，使高分子熔体从成型机头中挤出成型，在定型和后处理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，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。
为提高挤出机的传热混炼效果，各种新型螺杆相继提出。其中，分离型螺杆(BM螺杆)是一种比较常用的传热效果较好的新型螺杆。BM螺杆熔融段存在两条螺距不同的螺纹，交于熔融段的起点和终点，副螺纹直径小于螺杆直径，料流流经熔融段，固液相分离，固相直接接触机筒表面，利于传热，加速固相熔融。但是其混合效果不是很好。
此外，销钉型螺杆是一种比较常用的混炼效果较好的分流型螺杆。销钉对料流进行分流汇合、再分流再汇合，经过若干次分流汇合，增强物料的混合效果。但是销钉一般多为圆柱形、方形或菱形，传热效果不是很明显。
在专利(专利号：201010512626)中提到一种强化传热与混炼挤出机，该挤出机的加料塑化部分的螺杆与机筒之间有滚动体，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，可以有效地提高挤出机的传热和塑化效果，但是该装置为了便于安装，机筒需要做成剖分式。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化的挤出机，克服目前常规挤出机的不足，提高挤出机的传热和混炼塑化效果，得到更高质量的挤出成型制品。
为实现上述目的的技术方案是：一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，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，即传动系统放置在加料塑化部分靠近加料斗段，传动系统带动加料塑化部分的螺杆旋转塑化，加热冷却部分放置在加料塑化部分的机筒外部，控制系统控制加热冷却部分进行挤出机机筒的加热冷却及控制传动系统的转速等。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其加料塑化部分螺杆或机筒上有销钉，所述销钉与常规销钉不同，为新型扭转销钉，所述的销钉由扭转段和安装段两部分组成，新型扭转销钉的扭转段侧面是四个螺旋上升逐渐扭转90度的曲面，相当于方形销钉按自身轴线(螺杆径向)顺时针或逆时针扭转90度，扭转段的长度不超过该销钉安装处螺槽的深度，安装段插入螺杆轴中或插入机筒中。为防止所述扭转销钉在物料的作用下发生旋转，安装段有防转结构，例如安装孔为方形或有键。
本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，利用微积分思想，即多股熔体分流再汇合的思想，在螺杆或机筒的安装扭转销钉段，沿圆周方向等分设置若干个(n个)新型扭转销钉，且沿螺杆轴向设置若干个(m排)，即扭转销钉在螺槽的根部呈阵列排列，一般选n为大于6的整数，m为大于2的整数。在螺杆转动过程中，熔体一边随螺杆转动，一边被新型扭转销钉多次分流汇合，同时，与新型扭转销钉不同侧面接触的熔体沿着新型扭转销钉螺旋曲面向上运动和翻转，实现物料径向运动，从而使螺槽底部的物料能与机筒接触，这样就不断改变熔体与机筒的接触面及熔体间的相互接触面，增大熔体与机筒及熔体间的接触的次数，强制对流传热，并使熔体温度趋于均匀，增强传热效率，混合质量提高，物料的均匀性更好。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，新型扭转销钉的扭转段扭转方向有正向和反向两种，面向扭转销钉观看，顺时针扭转称为正向，逆时针扭转就称为反向。扭转销钉的排列方式有很多种类型：(1)同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向并行排列，不同圆周的新型扭转销钉扭转方向也相同，即所有扭转销钉的扭转方向相同；(2)同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向并行排列，相邻圆周的新型扭转销钉扭转方向相反；(3)同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向交错排列，不同圆周的新型扭转销钉扭转方向也相同；(4)同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向交错排列，相邻圆周的新型扭转销钉扭转方向相反。根据实际需要，也可有其他的排列形式，灵活性很大。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，n的数值、销钉段的段数，销钉段新型扭转销钉的排数m、新型扭转销钉排列方式、两排新型扭转销钉间的距离可根据物料性质，混炼塑化要求等设定。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，新型扭转销钉沿轴向排列距离可均等或不均等，以实现不同幅度的混合。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，新型扭转销钉可以设置在螺杆或机筒上，如果扭转销钉设置在机筒上，机筒设置扭转销钉相对应的螺杆段的螺棱沿圆周切削掉，扭转销钉的扭转段在螺杆安装到位后沿径向从机筒插入到螺杆的螺槽中，扭转销钉的安装段将扭转销钉并固定在机筒上。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，新型扭转销钉可大小不等，可长度不一，但扭转段的长度大于螺槽深度的3/4，并且扭转段的长度小于螺槽的深度，利用熔体的拖曳流动特点，使熔体得到混合，熔体不会滞留。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，新型扭转销钉与螺杆的联接方式可以为螺纹联接或直接与螺杆做成一个整体。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，销钉段可放置在熔融段，加强混合与熔融；也可放置在均化段，增加熔体的均化程度。
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，对于高粘度物料，新型扭转销钉背向物料前进方向的两扭转面可能发生滞料现象。为防止滞料，改进结构为：将背向物料前进方向的两扭转面改成圆柱面。对于热敏性物料，为防止新型扭转销钉上端面与机筒微小间隙可能导致物料分解，可在迎向物料前进方向一侧的上端面加工成一斜面，以减小微小间隙的面积，同时也有利于将扭转面上来的物料通过上端面，使扭转销钉与机筒形成间隙的面积减少，从而降低剪切强度，最终实现物料温升降低。
本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其有益效果是弥补常规销钉螺杆的传热不足，强制对流，加强热量在物料中的传递，强化传热，同时通过物料的多次分流翻转汇合，不仅实现物料轴向运动，还能实现物料径向运动，强化混合，增强混炼效果。并且可与多种结构组合，加工、制造方便，易于维护。
附图说明
图1是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的装配简图；
图2是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的螺杆与机筒局部装配简图；
图3是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉螺杆的示意图；
图4是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉顺时针扭转且并列排列的销钉段示意图；
图5是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉顺时针扭转且交错排列的销钉段示意图；
图6是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉扭转方向相反且并列排列的销钉段示意图；
图7是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉扭转方向相反且交错排列的销钉段示意图；
图8是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的带螺纹的逆时针扭转的新型扭转销钉示意图；
图9是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的带螺纹的顺时针扭转的新型扭转销钉示意图；
图10是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉机筒示意图；
图11是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉的改进结构防滞料逆时针新型扭转销钉。
图12是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉的改进结构增设斜面防滞料逆时针扭转的新型扭转销钉。
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，5.机筒，6.销钉段，7.新型扭转销钉，8.螺杆，9.螺杆均化段，10.螺杆熔融段，11.螺杆加料段，12.扭转面，13.新型扭转销钉螺纹,14.机筒用新型扭转销钉，15.六角螺栓头，16.圆柱面，17上端面，18.斜面。
具体实施方式
本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机如图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1的螺杆8设置销钉段6，见图2。螺杆8由螺杆均化段9、螺杆熔融段10和螺杆加料段11组成，销钉段6可放置在螺杆熔融段10或螺杆均化段9，见图3。
加料塑化部分1的螺杆8上设置销钉段6，销钉段6设置新型扭转销钉7，机筒上也可设置机筒用新型扭转销钉14。新型扭转销钉7侧面是四个螺旋上升逐渐扭转90°的曲面，即扭转面12，相当于方形销钉按自身轴线(螺杆径向)顺时针或逆时针扭转90度，见图8和图9。机筒用新型扭转销钉14与新型扭转销钉7具有相同的扭转面12，而在新型扭转销钉螺纹13端部增加六角螺栓头15，见图10。
新型扭转销钉7与螺杆8可通过新型扭转销钉螺纹13联接或直接与螺杆做成一个整体。
在销钉段6沿圆周方向等分设置n个新型扭转销钉7，且沿螺杆1-4轴向设置m排。在螺杆8转动过程中，熔体一边随螺杆8转动，一边被新型扭转销钉7多次分流汇合，同时，与新型扭转销钉7不同侧面接触的熔体沿着新型扭转销钉7螺旋曲面向上运动和翻转，实现物料径向运动，从而与机筒5接触。这样就不断改变熔体与机筒5的接触面及熔体间的相互接触面，增大熔体与机筒5及熔体间的接触的次数，强制对流传热，并使熔体温度趋于均匀，增强传热效率。
同时，可以通过改变新型扭转销钉7的排数m、排列方式和扭转方向等，增强热量传递与混炼塑化这一有利过程。可以通过改变销钉段6设置位置，以实现不同的要求，见图4-图7所示，图4是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉顺时针扭转且并列排列的销钉段示意图，图5是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉顺时针扭转且交错排列的销钉段示意图，图6是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉扭转方向相反且并列排列的销钉段示意图，图7是本发明一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的新型扭转销钉扭转方向相反且交错排列的销钉段示意图。
此外对于高粘度物料，为防止背向物料前进方向的两扭转面可能发生的滞料现象，可将背向物料前进方向的两扭转面12改成圆柱面16，见图11。对于热敏性物料，为防止新型扭转销钉上端面与机筒微小间隙可能导致物料分解，可在迎向物料前进方向一侧的上端面17加工成一斜面18，以减小微小间隙的面积，同时也有利于由扭转面上来的物料通过上端面17，见图12。
以上所述为本发明的特殊实例，配合各种图加以说明。但是本发明并不局限于以上所述情况和图，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。
本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化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90°扭转曲面，实现聚合物径向运动，熔体各处相继与机筒5接触，利于热量的传递，强化传热过程；同时熔体流经销钉段6，经历分流、翻转、汇合三步，可对已熔融物料进一步细分均化，促进物料的混炼效果。克服了常规挤出机热传递面积小、热传递效果差、混炼性能差的不足。
Claims (9)
1.一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，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：加料塑化部分螺杆或机筒上有销钉，所述的销钉为扭转销钉，扭转销钉由扭转段和安装段两部分组成，扭转销钉的扭转段侧面是四个螺旋上升逐渐扭转90度的曲面，扭转段的长度不超过该扭转销钉安装处螺槽的深度，扭转销钉的安装段插入螺杆轴中或插入机筒中，扭转销钉的安装段有防转结构；沿螺杆或机筒的圆周方向等分设置n个扭转销钉，沿螺杆轴向设置m排扭转销钉，n为大于6的整数，m为大于2的整数。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：扭转销钉的扭转段扭转方向有正向和反向两种，面向扭转销钉观看，顺时针扭转称为正向，逆时针扭转就称为反向。
3.根据权利要求2所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向并行排列，不同圆周的新型扭转销钉扭转方向也相同。
4.根据权利要求2所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向并行排列，相邻圆周的新型扭转销钉扭转方向相反。
5.根据权利要求2所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向交错排列，不同圆周的新型扭转销钉扭转方向也相同。
6.根据权利要求2所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：同一圆周的新型扭转销钉扭转方向相同，沿轴向交错排列，相邻圆周的新型扭转销钉扭转方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：扭转销钉沿轴向排列距离均等或不均等。
8.根据权利要求1所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：扭转销钉可大小不等，可长度不一，扭转段的长度大于螺槽深度的3/4，并且扭转段的长度小于螺槽的深度。
9.根据权利要求1所述的一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于：将扭转销钉背向物料前进方向的两扭转面改成圆柱面，和/或在迎向物料前进方向一侧的上端面加工成一斜面。
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