CN105690713A - 一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机，包括沟槽机筒（3）、外螺杆（4）和内螺杆（5），沟槽机筒（3）内表面开设螺旋沟槽，螺旋沟槽的容积沿螺杆轴向逐渐减小；外螺杆（4）熔融段为分离型螺杆，外螺杆（4）的熔融段的固相螺槽容积沿螺杆轴向逐渐减小，外螺杆（4）熔融段液相螺槽的容积沿螺杆轴向逐渐增加。内螺杆（5）嵌套于外螺杆（4）内孔中，外螺杆（4）嵌套于沟槽机筒（3）内，沟槽机筒（3）固定，外螺杆（4）转动，内螺杆（5）可以静止或转动。外螺杆（4）与内螺杆（5）由不同的传动机构驱动，转速和转向可以自由调节且互不干涉。本发明的挤出机的产量更高；适用于多种材料的加工，不同的物料仅需要调节不同的加工工艺参数即可。

Description

一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机

技术领域

本发明涉及机械制造范畴清洗机和蒸汽发生器的技术领域，具体而言，涉及一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机。

背景技术

传统的光滑机筒单螺杆挤出机中，熔融的热源为机筒外加热源和物料与机筒内表面的外摩擦热，在二者的共同作用下，机筒内表面处的物料首先发生熔融，产生熔膜，随着熔融的进行，螺杆主螺棱推进面将熔膜刮下使熔融物料聚集于螺棱推进面处形成熔池，并将螺槽内的固相逐渐熔融，物料熔融主要发生在螺杆轴向。这种传统光滑机筒单螺杆挤出机的物料熔融缺点主要包括：（1）熔融塑化效率低，特别是当螺杆转速增加、产量增大时，容易导致塑化不良，熔融效果差，影响产品质量；（2）能耗大，物料熔融主要依靠机筒外热源。因此这种结构和塑化机理的缺陷限制了单螺杆挤出机朝着高速、高效和节能方向的发展。

例如授权公告号CN103252885B的中国发明专利，其公开了一种基于径向熔融的沟槽机筒挤出机，其包括机筒、机筒衬套、螺杆、机筒衬套沟槽、螺杆螺槽；所述机筒衬套沟槽为半封闭的，由机筒衬套沟槽螺棱推进面、机筒衬套沟槽底面和机筒衬套沟槽螺棱后缘面围成，机筒衬套沟槽沿挤出方向容积逐渐减小；所述的螺杆螺槽也为半封闭的，由螺杆螺棱推进面、螺杆螺槽底面和螺杆螺棱后缘面围成，螺杆螺槽沿挤出方向容积逐渐增加；当螺杆旋转时，机筒衬套沟槽内的聚合物在机筒衬套沟槽螺棱推进面的推动下沿所述的机筒衬套沟槽方向向前运动，螺杆螺槽内的聚合物在螺杆螺棱推进面的推动下沿所述的螺杆螺槽方向向前运动，机筒衬套沟槽内的聚合物和螺杆螺槽内的聚合物在机筒衬套与螺杆间隙处发生界面剪切而产生巨大的内摩擦热，实现聚合物的快速高效熔融，可有效解决传统光滑机筒单螺杆挤出机熔融塑化送效率低、能耗大等缺陷。又例如申请号为201310261134.4的中国发明专利，其公开了一种沟槽机筒挤出机，其机筒衬套内表面和螺杆外表面均为圆筒形或锥筒形；机筒衬套沟槽容积沿挤出方向逐渐减小；螺杆为分离型螺杆，螺杆固相螺槽的容积沿挤出方向逐渐减小，螺杆液相螺槽的容积沿挤出方向逐渐增加。螺杆固相螺槽、螺杆液相螺槽和机筒沟槽三者之间的参数必须实现匹配，从而保证物料的熔融速度和螺杆液相螺槽的容积增加速度相互匹配，避免螺杆液相螺槽无法容纳熔融物料或者螺杆液相螺槽内熔融物料不满从而影响挤出机内物料压力建立的情况。由于高分子材料固态、液态物性参数，例如材料固相密度和液相密度，存在较大差距，一套确定的螺杆固相螺槽、螺杆液相螺槽和机筒沟槽参数往往只适用于一种材料或者物性参数差距不大的几种材料，因而授权公告号CN103252885B的中国发明专利公开的一种基于径向熔融的沟槽机筒挤出机和申请号为201310261134.4的中国发明专利公开了一种沟槽机筒挤出机其应用范围小，适应性差。

因此，上述手段和措施均无法以从本质上解决单螺杆挤出机的熔融塑化效率问题，塑化问题已经成为当前制约单螺杆挤出机实现高速化、高效化、节能化发展以及大型塑料制品挤出成型的技术瓶颈。

发明内容

为了解决现有技术中挤出机只适用于一种材料或者物性参数的几种材料，熔融塑化效率低、能耗大、应用范围小、适应性差的问题，本发明公开了一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机，将外螺杆固相螺槽和机筒沟槽结构参数与螺杆液相螺槽结构参数脱钩，从而使本发明的挤出机适用于所有材料的加工，不同的物料加工时，仅需要调节不同的加工工艺参数（挤出机的温度设定、内外螺杆转速设定等）即可实现所加工物料的高效熔融，其具有高速化、高效化、节能化的特点。

一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机，包括沟槽机筒、外螺杆和内螺杆，所述沟槽机筒内表面开设螺旋沟槽，螺旋沟槽的容积沿螺杆轴向逐渐减小；外螺杆的熔融段为分离型螺杆，外螺杆的熔融段的固相螺槽容积沿螺杆轴向逐渐减小，外螺杆熔融段液相螺槽的容积沿螺杆轴向逐渐增加。

在上述任一方案中优选的是，所述外螺杆的熔融段开有外螺杆固相螺槽和外螺杆液相螺槽。

在上述任一方案中优选的是，所述内螺杆的上端开有内螺杆螺槽。

在上述任一方案中优选的是，所述外螺杆液相螺槽通过外螺杆液相分离流道与内螺杆螺槽连通。

在上述任一方案中优选的是，所述内螺杆嵌套于外螺杆内孔中，外螺杆嵌套于沟槽机筒内。

在上述任一方案中优选的是，所述沟槽机筒固定，外螺杆相对沟槽机筒能够转动。

在上述任一方案中优选的是，所述沟槽机筒的前端设有加料漏斗；沟槽机筒的中部设有多个加热器。

在上述任一方案中优选的是，所述内螺杆可以静止或转动。

在上述任一方案中优选的是，所述外螺杆与内螺杆由不同的传动机构驱动。

在上述任一方案中优选的是，所述外螺杆包括固体输送段和熔体输送段。

在上述任一方案中优选的是，所述外螺杆的固体输送段的末端开设有副螺纹。

在上述任一方案中优选的是，所述沟槽机筒内设有机筒衬套。

本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的工作过程为：当外螺杆旋转时，机筒沟槽内物料和外螺杆固相螺槽内物料始终保持固相间摩擦，在螺杆熔融段处发生界面熔融，熔融的物料被沟槽机筒和机筒沟槽内物料不断拖曳进入外螺杆液相螺槽，外螺杆固相螺槽内物料和机筒沟槽内固相物料减少，外螺杆液相螺槽内熔融物料通过外螺杆固相分离流道流入内螺杆螺槽；全部熔融物料汇集至内螺杆螺槽，通过内螺杆旋转或者外螺杆旋转拖曳完成物料稳定输送挤出成型。

综上所述，本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机具有以下优点。

本发明中的螺杆液相螺槽可以很窄，从而为螺杆固相螺槽提供充足的空间；此时，螺杆固相螺槽和机筒沟槽内物料能够实现最大的接触面积，而固相物料的接触面积与物料的熔融效率成正比。

在相同螺杆公称直径的情况下，本发明中的外螺杆固相螺槽的宽度可以实现最大化设计，因而可以获得更高的挤出机产量。

本发明的挤出机将外螺杆固相螺槽和机筒沟槽结构参数与螺杆液相螺槽结构参数脱钩，因而使该挤出机适用于多种材料的加工，在应用到不同的物料加工时，仅需要调节不同的加工工艺参数（挤出机的温度设定、内外螺杆转速设定等）即可实现所加工物料的高效熔融。

本发明的挤出机将挤出机内物料的固体输送、物料熔融、熔融物料输送三个功能从传统的沿单根螺杆轴向依次连接转换成了外螺杆实现固相物料输送和物料的熔融，而内螺杆实现熔融物料的输送，这样设计有如下两方面的优势：

a)设备长度得到极大的压缩，从而使设备体积减少，有利于工业应用；

b)内螺杆熔体输送到挤出机机头之后加工成型作为挤出机加工物料最终的目的，可以灵活的调节内螺杆的结构，从而实现挤出压力、速度的灵活调节，适用于不同产品的成型。

附图说明

图1为按照本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的一优选实施例的主视图。

图2为按照本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的图1所示的侧向局部断面图。

附图中标号：

机筒沟槽1，外螺杆液相螺槽2，沟槽机筒3，外螺杆4，内螺杆5，内螺杆螺槽6，外螺杆液相分离流道7，外螺杆固相螺槽8，加热器9，加料漏斗10。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的具体实施方式作进一步的说明。

如图1、图2所示，按照本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的一优选实施例的结构示意图。

一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机，包括沟槽机筒3、外螺杆4和内螺杆5，所述沟槽机筒3内表面开设螺旋沟槽1，螺旋沟槽1的容积沿螺杆轴向逐渐减小；外螺杆4的熔融段为分离型螺杆，外螺杆4的熔融段的固相螺槽容积沿螺杆轴向逐渐减小，外螺杆4熔融段液相螺槽的容积沿螺杆轴向逐渐增加。

本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的工作过程为：当外螺杆4旋转时，机筒沟槽1内物料和外螺杆固相螺槽8内物料始终保持固相间摩擦，在螺杆熔融段处发生界面熔融，熔融的物料被沟槽机筒3和机筒沟槽1内物料不断拖曳进入外螺杆液相螺槽2，外螺杆固相螺槽8内物料和机筒沟槽1内固相物料减少，外螺杆液相螺槽2内熔融物料通过外螺杆4固相分离流道流入内螺杆螺槽6；全部熔融物料汇集至内螺杆螺槽6，通过内螺杆5旋转或者外螺杆4旋转拖曳完成物料稳定输送挤出成型。挤出过程中的固相分离，可大大提高挤出效率并降低能耗。

在本实施例中，所述外螺杆4的熔融段开有外螺杆固相螺槽8和外螺杆液相螺槽2；外螺杆4的熔融段为分离型螺杆，外螺杆4的熔融段的固相螺槽容积沿螺杆轴向逐渐减小，外螺杆4熔融段液相螺槽的容积沿螺杆轴向逐渐增加。

在本实施例中，所述内螺杆5的上端开有内螺杆螺槽6。

在本实施例中，所述外螺杆液相螺槽2通过外螺杆液相分离流道7与内螺杆螺槽6连通。

在本实施例中，所述内螺杆5嵌套于外螺杆4内孔中，外螺杆4嵌套于沟槽机筒3内。

在本实施例中，所述沟槽机筒3固定，外螺杆4相对沟槽机筒3能够转动。

如图1所示，按照本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机的主视图。

在本实施例中，所述沟槽机筒3的前端设有加料漏斗10；沟槽机筒3的中部设有多个加热器9，对物料进行加热。

在本实施例中，所述内螺杆5可以静止或转动。

在本实施例中，所述外螺杆4与内螺杆5由不同的传动机构驱动，转速和转向可以自由调节且互不干涉。

在本实施例中，所述外螺杆4的公称直径为90mm，导程为90mm，螺纹头数为1，长径比为30，旋转方向为右旋。

在本实施例中，所述外螺杆4包括固体输送段和熔体输送段。

在本实施例中，所述外螺杆4的固体输送段的末端开设有副螺纹。

在本实施例中，所述外螺杆4的转速为120r/min。

在本实施例中，所述内螺杆5的公称直径为60mm，长径比为45，螺杆槽深为3mm，导程为60mm,螺纹头数为1，旋转方向为左旋。

在本实施例中，所述内螺杆5的沟槽螺纹升角为51.8°。

在本实施例中，所述内螺杆5的转速为150r/min。

在本实施例中，所述沟槽机筒3内设有机筒衬套。

在本实施例中，挤出机公称直径为90mm，长径比为30(2700mm)，其中固体输送段长8D(720mm),熔融段长度为10.5D(945mm)，熔体输送段长度为11.5D(1035mm)。外螺杆4的公称直径为90mm，导程为90mm，螺纹头数为1，长径比为30，外螺杆4的的旋转方向为右旋，主螺棱宽度7.2mm，固体输送段螺槽槽深为5.0mm，长度为7.5D,熔体输送段螺槽槽深为13.9mm，长度为10.5D,熔融段为分离型螺杆，长度为10.5D，固体输送段的末端开设有副螺纹,副螺纹宽度为5.4mm，分隔成的固相螺槽槽宽为46.0mm，固相螺槽槽深从6.0mm减小到0mm,液相螺槽槽宽为22.4mm，槽深从20.2mm增加到30.0mm，外螺杆内孔直径为60.5mm；内螺杆5的公称直径为60mm，长径比为45，螺杆槽深为3mm，导程为60mm,螺纹头数为1，内螺杆5的旋转方向为左旋，主螺棱宽度为4.8mm；机筒衬套内径为90.5mm，沟槽数为12，机筒衬套的旋转方向为左旋，沟槽螺纹升角为51.8°，机筒衬套沟槽固体输送段初始端槽深为4.0mm，槽宽为10.0mm，机筒衬套沟槽熔融段末端槽深为0mm。

外螺杆转速为120r/min，内螺杆转速为150r/min,总驱动功率为250kW，加工原料为高密度聚乙烯。

通过按照上述方法和结构参数设计的挤出机的最高产量为1190kg/h，名义比功率为0.2101kW/(kg/h),比流量为9.92(kg/h)/rpm，熔体温度为185℃，熔融塑化效果良好。

本领域技术人员不难理解，本发明的嵌套式固液分离沟槽式挤出机包括本说明书中各部分的任意组合。限于篇幅且为了是使说明书简明，在此没有将这些组合一一详细介绍，但看过本说明书后，由本说明书构成的各部分的任意组合构成的本发明的范围已经不言自明。

Claims (10)

1.一种嵌套式固液分离沟槽式挤出机，包括沟槽机筒（3）、外螺杆（4）和内螺杆（5），其特征在于：沟槽机筒（3）内表面开设螺旋沟槽（1），螺旋沟槽（1）的容积沿螺杆轴向逐渐减小；外螺杆（4）的熔融段为分离型螺杆。

2.如权利要求1所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：外螺杆（4）的熔融段的固相螺槽容积沿螺杆轴向逐渐减小，外螺杆（4）熔融段液相螺槽的容积沿螺杆轴向逐渐增加。

3.如权利要求1或2所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：外螺杆（4）的熔融段开有外螺杆固相螺槽（8）和外螺杆液相螺槽（2）。

4.如权利要求1所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：内螺杆（5）的上端开有内螺杆螺槽（6）。

5.如权利要求3所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：外螺杆液相螺槽（2）通过外螺杆液相分离流道（7）与内螺杆螺槽（6）连通。

6.如权利要求1或4所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：内螺杆（5）嵌套于外螺杆（4）内孔中，外螺杆（4）嵌套于沟槽机筒（3）内。

7.如权利要求1所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：沟槽机筒（3）固定，外螺杆（4）相对沟槽机筒（3）能够转动。

8.如权利要求1所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：沟槽机筒（3）的前端设有加料漏斗（10）；沟槽机筒（3）的中部设有多个加热器（9）。

9.如权利要求1或5所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：内螺杆（5）可以静止或转动。

10.如权利要求1所述的嵌套式固液分离沟槽式挤出机，其特征在于：外螺杆（4）与内螺杆（5）由不同的传动机构驱动。