CN104015334B - 一种高效塑化单螺杆挤出机 - Google Patents

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Abstract

一种高效塑化单螺杆挤出机，由包括固体输送段机筒(6)、可旋转熔融段机筒(14)、可旋转熔体输送段机筒(20)、螺杆(5)、螺杆传动系统(4)、熔融段机筒传动系统(13)、熔体输送段机筒传动系统(19)、固体输送段加热测温装置(7)、熔融段加热测温装置(12)、熔体输送段加热测温装置(18)组成，在一定的螺杆转速下，通过调节可旋转熔融段机筒转速提高熔融段物料经受的剪切速率调节物料熔融效率，通过调节可旋转熔体输送段机筒转速提高熔体输送段物料的剪切速率调节物料混合效率，从而实现固体输送效率、熔融效率、熔体混合输送效率的协调统一，实现聚合物的高速高效塑化。

Description

一种高效塑化单螺杆挤出机
技术领域
本发明是一种高效塑化单螺杆挤出机，可通过匹配固体输送效率、熔融效率、熔体混合输送效率，实现管材、片材、异型材等塑料制品的高速、高效、节能挤出成型。
背景技术
单螺杆挤出机因建压能力强、稳定性好、性价比高、节能等突出性能，广泛应用于高分子材料成型加工领域。沟槽机简单螺杆挤出机面世，不但显著提高了固体输送效率和挤出过程的稳定性，而且具有比产量大、比能耗小的显著优点。固体输送段机筒开设沟槽已成为当前单螺杆挤出机的主流结构，也是单螺杆挤出机实现高速、高效和节能的主要技术手段。但是，固体输送段机筒开设沟槽使单螺杆挤出机固体输送效率大为改善的同时，低效的熔融塑化能力无法与固体输送段高固体输送效率相匹配，从而导致物料熔融不完全，混合不均匀等问题的出现。
提高单螺杆挤出机螺杆转速，虽然可以相应的提高物料的熔融效率，但是同时也提高了固体输送段的固体输送效率，因而单独提高螺杆转速无法从根本上实现物料的良好熔融。旋转可旋转熔融段机筒，提高熔融段物料承受的绝对剪切速率，可有效提高聚合物的熔融速率，实现物料的彻底熔融。旋转可旋转熔体输送段机筒，提高熔融物料的混合能力，匹配高固体输送效率下的熔体混合输送效率，达到单螺杆挤出机固体输送效率、熔融效率、熔体混合输送效率的协调统一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效塑化单螺杆挤出机，有效解决了单螺杆挤出机存在的固体输送效率、熔融效率、熔体混合输送效率不匹配的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种高效塑化单螺杆挤出机，包括固体输送段机筒6、可旋转熔融段机筒14、可旋转熔体输送段机筒20、螺杆5、螺杆传动装置4、熔融段机筒传动装置13、熔体输送段机筒传动装置19、固体输送段加热测温装置7、熔融段非接触式加热测温装置12、熔体输送段非接触式加热测温装置18；固体输送段机筒6固定，熔融段机筒外壳11与固体输送段机筒6通过固体输送段与熔融段连接段9连接，熔体输送段机筒外壳17与熔融段机筒外壳11通过熔融段与熔体输送段连接段15连接，可旋转熔融段机筒14通过熔融段轴承10与熔融段机筒外壳11连接，可旋转熔体输送段机筒20通过熔体输送段轴承16与熔体输送段机筒外壳17连接，螺杆5嵌套于固体输送段机筒6、可旋转熔融段机筒14和可旋转熔体输送段机筒20组成的机筒组合内，固体输送段加热测温装置7安装于固体输送段机筒6外，熔融段非接触式加热测温装置12安装于熔融段机筒外壳11内，熔体输送段非接触式加热测温装置18安装于熔体输送段机筒外壳17内；螺杆5与螺杆传动装置4连接实现螺杆5的旋转，可旋转熔融段机筒14与可旋转熔融段机筒传动装置13连接实现可旋转熔融段机筒14的旋转，可旋转熔体输送段机筒20与熔体输送段机筒传动装置19连接实现可旋转熔体输送段机筒20的旋转；在一定的螺杆转速下，通过调节可旋转熔融段机筒14转速提高熔融段物料经受的剪切速率调节物料熔融效率，通过调节可旋转熔体输送段机筒20转速提高熔体输送段物料的剪切速率调节物料混合输送效率，从而实现固体输送效率、熔融效率、熔体混合输送效率的协调统一。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于固体输送段机筒6为光滑机筒，固体输送段机筒6的长度占挤出机机筒总长的10％-50％。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于固体输送段机筒6为沟槽机筒，固体输送段机筒6的长度占挤出机机筒总长的10％-50％，沟槽的形状为矩形、三角形、半圆形中的一种，机筒沟槽的沟槽数目为6-18，机筒沟槽最大槽深为单螺杆挤出机公称直径的5％-15％，机筒沟槽槽宽等于单螺杆挤出机公称直径的10％-35％，机筒沟槽螺纹升角为10°-85°，沟槽螺旋方向与螺杆5螺槽螺旋方向相反。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔融段机筒14为光滑机筒，可旋转熔融段机筒14的长度占挤出机机筒总长的10％-60％，机筒旋转方向与螺杆旋转方向相反。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔融段机筒14为沟槽机筒，可旋转熔融段机筒14的长度占挤出机机筒总长的10％-60％，机筒旋转方向与螺杆旋转方向相反，沟槽的形状为矩形、三角形、半圆形中的一种，机筒沟槽的沟槽数目为6-18，沟槽槽深为恒定或者逐渐变浅且最大槽深不大于单螺杆挤出机公称直径的15％，机筒沟槽槽宽等于单螺杆挤出机公称直径的10％-35％，机筒沟槽沟槽螺纹升角为10°-85°，沟槽螺旋方向与螺杆5螺槽螺旋方向相反。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔体输送段机筒20为光滑机筒，旋转方向与螺杆旋转方向相反。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔体输送段机筒20为销钉机筒，销钉形状为圆柱形、菱形、方形中的一种，旋转方向与螺杆旋转方向相反。
上述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔体输送段机筒20为沟槽机筒，旋转方向与螺杆旋转方向相反，沟槽的形状为矩形、三角形、半圆形中的一种，机筒沟槽的沟槽数目为6-18，沟槽槽深为恒定或者逐渐变浅且最大槽深不大于单螺杆挤出机公称直径的15％，机筒沟槽槽宽等于单螺杆挤出机公称直径的10％-35％，机筒沟槽螺纹升角为10°-85°，沟槽螺旋方向与螺杆5螺槽螺旋方向相反。
本发明一种高效塑化单螺杆挤出机与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1.将机筒按照功能段分割成三段，熔融段机筒和熔体输送段机筒均能够通过各自传动装置实现与螺杆转向反向的转动；
2.通过熔融段传动装置，可以实现熔融段机筒的旋转，从而实现熔融段熔融效率与固体输送段固体输送效率的匹配；
3.在固体输送效率和熔融效率相匹配情况下，通过熔体输送段传动装置，可以实现熔体输送段机筒的旋转，从而有效提高聚合物的混合能力，实现熔体输送段熔体输送效率与固体输送效率、熔融效率的匹配。
附图说明
图1：高效塑化挤出机结构示意图。
其中，1-熔体输送段，2-熔融段，3-固体输送段，4-螺杆传动装置，5-螺杆，6-固体输送段机筒，7-固体输送段加热测温装置，8-密封装置，9-固体输送段与熔融段连接段，10-熔融段轴承，11-熔融段机筒外壳，12-熔融段非接触式加热测温装置，13-熔融段机筒传动装置，14-可旋转熔融段机筒，15-熔融段与熔体输送段连接段，16-熔体输送段轴承，17-熔体输送段机筒外壳，18-熔体输送段非接触式加热测温装置，19-熔体输送段机筒传动装置，20-可旋转熔体输送段机筒，21-熔体输送段与机头法兰连接段，22-连接螺钉组合(或者螺柱螺母组合)
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的具体实施例加以说明。
第一实施例：公称直径为90mm，长径比为30的高效塑化挤出机。其中圆体输送段机筒为沟槽机筒，长径比为8，沟槽槽深为4mm，沟槽槽宽为8mm，沟槽头数为8，沟槽导程为90mm；熔融段机筒为光滑机筒，长径比为15；熔体输送段机筒为销钉机筒，长径比为7。螺杆为常规螺杆，导程为45mm，螺杆螺纹头数1，螺棱法相宽度为4.5mm；固体输送段槽深为3mm，长径比为8；熔融段螺杆长径比为15，螺槽槽深由3mm沿螺杆轴向逐渐减小至2mm；熔融段螺杆槽深为2mm，长径比为7。螺杆转速为60r/min，驱动功率为30kW，沟槽熔融段机筒转速为15r/min，驱动功率为7.5kW，可旋转熔体输送段机筒转速为10r/min，驱动功率为6kW。加工原料为高密度聚乙烯(牌号：燕山石化5000S)。固体输送段空气冷却，熔融段机筒温度设定为175℃，熔体输送段机筒温度设置为165℃，机头温度为160℃。
按该方法和结构参数设计的单螺杆挤出机的最高产量为200kg/h，名义比功率为0.2175kW/(kg/h)，比流量为3.33(kg/h)/rpm，熔体温度为178℃，熔融塑化效果良好。
第二实施例：公称直径为45mm，长径比为25的高效塑化挤出机。其中固体输送段机筒为沟槽机筒，长径比为8，沟槽槽深为4mm，沟槽槽宽为8mm，沟槽头数为8，沟槽导程为90mm；熔融段机筒为沟槽机筒，长径比为12，沟槽槽深为4mm并沿螺杆轴向逐渐变浅直至熔融段末端消失，沟槽槽宽为8mm，沟槽头数为8，沟槽导程为90mm；可旋转熔体输送段机筒为光滑机筒，长径比为5。螺杆为反向压缩比螺杆，导程为45mm，螺杆螺纹头数1，螺棱法相宽度为4.5mm；固体输送段槽深为3mm，长径比为8；熔融段螺杆为反压缩设计，长径比为12，螺槽槽深由3mm沿螺杆轴向增大至5mm；熔融段螺杆槽深为5mm，长径比为5。螺杆转速为45r/min，驱动功率为20kW，沟槽熔融段机筒转速为10r/min，驱动功率为5kW，可旋转熔体输送段机筒转速为8r/min，驱动功率为5kW。加工原料为低密度聚乙烯(牌号：燕山石化LD607)。固体输送段空气冷却，熔融段机筒温度设定为130℃，熔体输送段机筒温度设置为125℃，机头温度为120℃。
按该方法和结构参数设计的单螺杆挤出机的最高产量为130kg/h，名义比功率为0.2307kW/(kg/h)，比流量为2.89(kg/h)/rpm，熔体温度为161℃，熔融塑化效果良好。
第三实施例：公称直径为120mm，长径比为35的高效塑化挤出机。其中固体输送段机筒为光滑机筒，长径比为12；可旋转熔融段机筒为光滑机筒，长径比为14；可旋转熔体输送段机筒为销钉机筒，长径比为9。螺杆为普通螺杆，导程为45mm，螺杆螺纹头数1，螺棱法相宽度为4.5mm；固体输送段槽深为7.5mm，长径比为12；熔融段螺杆槽深从7.5mm渐变到3.5mm，长径比为12；熔融段螺杆槽深为3.5mm，长径比为9。螺杆转速为60r/min，驱动功率为30kW，沟槽熔融段机筒转速为12r/min，驱动功率为7kW，可旋转熔体输送段机筒转速为10r/min，驱动功率为7kW。加工原料为低密度聚乙烯(牌号：燕山石化LD607)。固体输送段空气冷却，熔融段机筒温度设定为130℃，熔体输送段机筒温度设置为125℃，机头温度为120℃。
按该方法和结构参数设计的单螺杆挤出机的最高产量为183kg/h，名义比功率为0.2403kW/(kg/h)，比流量为3.05(kg/h)/rpm，熔体温度为162℃，熔融塑化效果良好。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，因此，与本发明的权利要求书相当的含有和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种高效塑化单螺杆挤出机，包括固体输送段机筒(6)、可旋转熔融段机筒(14)、可旋转熔体输送段机筒(20)、螺杆(5)、螺杆传动装置(4)、熔融段机筒传动装置(13)、熔体输送段机筒传动装置(19)、固体输送段加热测温装置(7)、熔融段非接触式加热测温装置(12)、熔体输送段非接触式加热测温装置(18)；固体输送段机筒(6)固定，熔融段机筒外壳(11)与固体输送段机筒(6)通过固体输送段与熔融段连接段(9)连接，熔体输送段机筒外壳(17)与熔融段机筒外壳(11)通过熔融段与熔体输送段连接段(15)连接，可旋转熔融段机筒(14)通过熔融段轴承(10)与熔融段机筒外壳(11)连接，可旋转熔体输送段机筒(20)通过熔体输送段轴承(16)与熔体输送段机筒外壳(17)连接，螺杆(5)嵌套于固体输送段机筒(6)、可旋转熔融段机筒(14)和可旋转熔体输送段机筒(20)组成的机筒组合内，固体输送段加热测温装置(7)安装于固体输送段机筒(6)外，熔融段非接触式加热测温装置(12)安装于熔融段机筒外壳(11)内，熔体输送段非接触式加热测温装置(18)安装于熔体输送段机筒外壳(17)内；螺杆(5)与螺杆传动装置(4)连接实现螺杆(5)的旋转，可旋转熔融段机筒(14)与可旋转熔融段机筒传动装置(13)连接实现可旋转熔融段机筒(14)的旋转，可旋转熔体输送段机筒(20)与熔体输送段机筒传动装置(19)连接实现可旋转熔体输送段机筒(20)的旋转；在一定的螺杆转速下，通过调节可旋转熔融段机筒(14)转速提高熔融段物料经受的剪切速率调节物料熔融效率，通过调节可旋转熔体输送段机筒(20)转速提高熔体输送段物料的剪切速率调节物料混合输送效率，从而实现固体输送效率、熔融效率、熔体混合输送效率的协调统一；将机筒按照功能段分割成三段，熔融段机筒和熔体输送段机筒均能够通过各自传动装置实现与螺杆转向反向的转动，通过熔融段传动装置，可以实现熔融段机筒的旋转，从而实现熔融段熔融效率与固体输送段固体输送效率的匹配，在固体输送效率和熔融效率相匹配情况下，通过熔体输送段传动装置，可以实现熔体输送段机筒的旋转，从而有效提高聚合物的混合能力，实现熔体输送段熔体输送效率与固体输送效率、熔融效率的匹配。
2.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于固体输送段机筒(6)为光滑机筒，固体输送段机筒(6)的长度占挤出机机筒总长的10％-50％。
3.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于固体输送段机筒(6)为沟槽机筒，固体输送段机筒(6)的长度占挤出机机筒总长的10％-50％，沟槽的形状为矩形、三角形、半圆形中的一种，机筒沟槽的沟槽数目为6-18，机筒沟槽最大槽深为单螺杆挤出机公称直径的5％-15％，机筒沟槽槽宽等于单螺杆挤出机公称直径的10％-35％，机筒沟槽螺纹升角为10°-85°，沟槽螺旋方向与螺杆(5)螺槽螺旋方向相反。
4.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔融段机筒(14)为光滑机筒，可旋转熔融段机筒(14)的长度占挤出机机筒总长的10％-60％，机筒旋转方向与螺杆旋转方向相反。
5.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔融段机筒(14)为沟槽机筒，可旋转熔融段机筒(14)的长度占挤出机机筒总长的10％-60％，机筒旋转方向与螺杆旋转方向相反，沟槽的形状为矩形、三角形、半圆形中的一种，机筒沟槽的沟槽数目为6-18，沟槽槽深为恒定或者逐渐变浅且最大槽深不大于单螺杆挤出机公称直径的15％，机筒沟槽槽宽等于单螺杆挤出机公称直径的10％-35％，机筒沟槽沟槽螺纹升角为10°-85°，沟槽螺旋方向与螺杆(5)螺槽螺旋方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔体输送段机筒(20)为光滑机筒，旋转方向与螺杆旋转方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔体输送段机筒(20)为销钉机筒，销钉形状为圆柱形、菱形、方形中的一种，旋转方向与螺杆旋转方向相反。
8.根据权利要求1所述的一种高效塑化单螺杆挤出机，其特征在于可旋转熔体输送段机筒(20)为沟槽机筒，旋转方向与螺杆旋转方向相反，沟槽的形状为矩形、三角形、半圆形中的一种，机筒沟槽的沟槽数目为6-18，沟槽槽深为恒定或者逐渐变浅且最大槽深不大于单螺杆挤出机公称直径的15％，机筒沟槽槽宽等于单螺杆挤出机公称直径的10％-35％，机筒沟槽螺纹升角为10°-85°，沟槽螺旋方向与螺杆(5)螺槽螺旋方向相反。
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