CN106217818A - 一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机 - Google Patents

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瞿金平
杨智韬
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Guangzhou Huaxinke Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机。在异向锥形双螺杆挤出机的螺杆上设置与各自轴线偏心的锥形螺旋转子段，利用两螺旋转子异向啮合旋转时，转子与料筒内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙随螺杆旋转周期性由大变小再由小变大，使物料在锥形螺旋转子段轴向循环连续密炼，强化物料的塑化混合。本发明两锥形转子啮合转动时，纳入物料随转子与定子内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性变化被动态塑化挤压输送，具有提高混炼效果和产品质量，扩大物料适用范围等的特点。

Description

一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机
技术领域
本发明一种螺杆挤出机，特别是涉及一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，属于高分子材料混炼加工领域，该螺杆挤出机可应用于石油、化工、橡胶、塑料、食品、制药等行业。
技术背景
锥形双螺杆挤出机在加工温度和剪切敏感性高分子材料方面具有独特优势，具有强制输送物料、物料停留时间分布窄、自洁性好、适于粉料加工等优点。传统的锥形双螺杆挤出机主要利用螺杆与机筒的之间的间隙和相对运动，对物料施加剪切作用，并在一定温度下使之熔融塑化，再通过螺纹进行搅拌和推动混合物向前运动。目前广泛使用的锥形双螺杆挤出机中的螺杆的结构一般在螺杆本体上设置有多段螺棱，分别实现进料、分流、压缩、排气和均化等功能。使用上述螺杆的锥形双螺杆挤出机适用于加工热敏性塑料——如聚氯乙烯(简称PVC)材料，而对于其他高分子材料如聚烯烃材料，上述螺杆往往导致物料的不能得到很好地塑化和混炼。为了提升锥形双螺杆的塑化混炼能力，一般在锥形螺杆上添加可实现高强度剪切的混炼元件以增强其塑化混合效果，但对于某些剪切过敏性物料却容易导致分子链的降解，降低了材料本身的性能。
因此，如果在避免高强度剪切作用导致物料降解的同时能够大幅提升锥形双螺杆挤出机的塑化混合能力，拓宽锥形双螺杆挤出机的物料适应性，那么对于双螺杆挤出机行业乃至整个高分子材料加工领域都具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，以解决传统锥形双螺杆挤出机的混炼能力较弱、物料适用范围窄等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，在异向锥形双螺杆挤出机的螺杆上设置与各自轴线偏心的锥形螺旋转子段，利用两螺旋转子异向啮合旋转时，转子与料筒内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙随螺杆旋转周期性由大变小再由小变大，使物料在锥形螺旋转子段轴向循环连续密炼，强化物料的塑化混合。
一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，该装置主要由机筒、置于机筒中的第一锥形螺杆和第二锥形螺杆组成；第一锥形螺杆和第二锥形螺杆异向旋转啮合；第一锥形螺杆和第二锥形螺杆的塑化段中间位置分别设置与各自旋转轴线偏心的第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段，第一、第二螺旋转子段与第一、第二锥形螺杆前后螺旋塑化段通过过渡锥面联接；第一、第二锥形转子外表面为与锥形转子轴同心的锥形偏心啮合型凸棱结构，且锥形转子表面凸棱结构外锥角与所在锥形螺杆的外锥角相等；第一、第二锥形螺旋转子段的旋转轴线固定且与所处锥形螺杆同轴，第一、第二锥形螺旋转子的中心线与各自的旋转轴线平行且存在一定的偏心量，偏心量大于0而小于机筒内腔半径与锥形螺旋转子的凸棱结构表面半径之差，第一锥形螺旋转子和第二锥形螺旋转子的水平偏心方向相同排布。
第一锥形螺旋转子和第二锥形螺旋转子均设有排列相同的三块锥形凸棱体，第一螺旋转子分别设有第一锥形螺旋凸棱体、第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体；第二螺旋转子分别设有第二螺旋锥形凸棱体、第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体；第一锥形螺旋凸棱体和第二锥形螺旋凸棱体为绕转子锥形外表面轴向的螺旋体；第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体以及第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体分别为设置在锥形转子两端，顶点相对交错分布的三角状锥形凸棱体；第一锥形螺旋转子上的第一锥形螺旋凸棱体、第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体分别与第二锥形螺旋转子上的第二螺旋锥形凸棱体、第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体形成的间隙啮合。
一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，所述锥形螺旋转子段可以根据加工需要，设置一段、两段或者多段于锥形螺杆塑化混合段。
本发明中锥形螺杆的塑化段中间位置设置了与螺杆旋转轴线偏心的锥形螺旋转子段，加料段输送的物料进入塑化段初步塑化，接着进入与螺杆旋转轴线偏心的锥形螺旋转子段，锥型双螺杆异向啮合旋转时，转子与机筒内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性由大变小再由小变大，从而物料所处的容积也跟随由大变小再由小变大的周期性变化，物料反复地承受剪切力场和拉伸力场的作用塑化均化，从而物料的塑化混连续密炼过程得到强化。
本发明采用一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，解决了传统锥形双螺杆挤出机等混炼能力较弱、物料适用范围窄等问题，与传统锥形双螺杆挤出机相比，具有如下优点：
1)物料适应性大幅提升，可加工包括热敏性材料在内的多种高分子材料。
2)物料混炼过程连续，加工过程稳定型提升，能耗降低；
3)在避免物料降解的同时，大幅提升了物料分散混合效果，制品性能提升。
附图说明
图1为一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机的结构示意图；
图2为图1的A--A向剖视图；
图3为图1的偏心锥形螺旋转子结构的局部视图；
图4为两段锥形螺杆塑化混合段的锥形双螺杆挤出机结构示意图；
图5为三段锥形螺杆塑化混合段的锥形双螺杆挤出机结构示意图。
图中示出：第一锥形螺杆Ⅰ、第二锥形螺杆Ⅱ、机筒Ⅲ、第二锥形螺旋转子段Ⅳ、第一锥形螺旋转子段Ⅴ、第四锥形螺旋转子段Ⅵ、第三锥形螺旋转子段Ⅶ、第六锥形螺旋转子段Ⅷ、第五锥形螺旋转子段Ⅸ、第三过渡锥面1、第三三角状锥形凸棱体2、啮合间隙3、第二间隙4、第二锥形螺旋转子段中心线5、第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线6、第四三角状锥形凸棱体7、第二锥形螺旋凸棱体8、第四过渡锥面9、第二过渡锥面10、第二三角状锥形凸棱体11、第一锥形螺旋转子段中心线12、第一螺旋锥形凸棱体13、第一间隙14、第一三角状锥形凸棱体15、第一锥形螺杆旋转轴线16、第一过渡锥面17、啮合间隙18。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
如图1、图2、图3、所示，一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，主要由机筒Ⅲ、置于机筒Ⅲ中的第一锥形螺杆Ⅰ和第二锥形螺杆Ⅱ组成；第一锥形螺杆Ⅰ和第二锥形螺杆Ⅱ异向旋转啮合；第一锥形螺杆Ⅰ和第二锥形螺杆Ⅱ的进料螺旋段后分别设置与第一锥形螺杆旋转轴线16和第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线6偏心的第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ；第一锥形螺旋转子段Ⅴ通过第一过渡锥面17与第一锥形螺杆Ⅰ的进料螺旋段联接，通过第二过渡锥面10与第一锥形螺杆Ⅰ的出料螺旋段联接；第二锥形螺旋转子段Ⅳ通过第三过渡锥面1与第二锥形螺杆Ⅱ的进料螺旋段联接，通过第四过渡锥面9与第二锥形螺杆Ⅱ的出料螺旋段联接；第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ外表面均为与第一锥形螺杆旋转轴线16和第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线6偏心的锥形啮合型凸棱结构，且第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ的转子表面凸棱结构外锥角与第一锥形螺杆Ⅰ和第二锥形螺杆Ⅱ的外锥角相等；第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ的旋转轴线固定且与所处第一锥形螺杆旋转轴线16和第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线6同轴；第一锥形螺旋转子段Ⅴ中心线12和第二锥形螺旋转子段Ⅳ中心线5分别与第一锥形螺杆Ⅰ旋转轴线16和第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线6平行且存在偏心量e，偏心量e大于0而小于机筒Ⅲ内腔半径与第一锥形螺旋转子段Ⅴ或第二锥形螺旋转子段Ⅳ的凸棱结构表面半径之差，且第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ的水平偏心方向相同。
第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ均设有排列相同的三块锥形凸棱体；其中，第一锥形螺旋转子段Ⅴ分别设有第一螺旋锥形凸棱体13、第一三角状锥形凸棱体15和第二三角状锥形凸棱体11；第二锥形螺旋转子段Ⅳ分别设有第二锥形螺旋凸棱体8、第三三角状锥形凸棱体2和第四三角状锥形凸棱体7；第一锥形螺旋凸棱体13和第二锥形螺旋凸棱体8分别绕锥形的第一螺旋转子段Ⅴ和第二螺旋转子段Ⅳ外表面轴向螺旋布置；第一三角状锥形凸棱体15和第二三角状锥形凸棱体11分别设置在第一锥形螺旋转子段Ⅴ的两端，第三三角状锥形凸棱体2和第四三角状锥形凸棱体7分别设置在第二锥形螺旋转子段Ⅳ的两端，第一三角状锥形凸棱体、第二三角状锥形凸棱体、第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体均为顶点相对交错分布的三角状锥形凸棱体；第一锥形螺旋转子段Ⅴ上的第一锥形螺旋凸棱体13与第二锥形螺旋转子段Ⅳ上的第三三角状锥形凸棱体2和第四三角状锥形凸棱体7之间的空间形成间隙啮合；第二锥形螺旋转子段Ⅳ上的第二锥形螺旋凸棱体8与第一锥形螺旋转子段Ⅴ上的第一三角状锥形凸棱体15和第二三角状锥形凸棱体11之间的空间形成间隙啮合；第一锥形螺杆Ⅰ和第二锥形螺杆Ⅱ异向啮合旋转时，第一锥形螺旋转子段Ⅴ与第二锥形螺旋转子段啮合旋转导致偏心方向相对位置的变化，使得第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ与机筒Ⅲ内壁面之间形成的第一间隙14和第二间隙4呈周期性由大变小再由小变大变化，同时第一锥形螺旋转子段Ⅴ上的第一锥形螺旋凸棱体13与第二锥形螺旋转子段Ⅳ上的第三三角状锥形凸棱体2和第四三角状锥形凸棱体7之间的空间形成的啮合间隙18，以及第二锥形螺旋转子段Ⅳ上的第二锥形螺旋凸棱体8与第一锥形螺旋转子段Ⅴ上的第一三角状锥形凸棱体15和第二三角状锥形凸棱体11之间的空间形成的啮合间隙3也呈周期性由大变小再由小变大变化。由于第一锥形螺旋转子段Ⅴ、第二锥形螺旋转子段Ⅳ与机筒Ⅲ内壁的空间以及第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ间隙啮合时的空间，均处于由大到小和由小到大的周期性变化，处于其中的物料在流动和变形过程中也由小到大再由大到小周期性变化，因此物料的速度梯度与其流动和变形方向一致，这种流动与变形主要受拉伸力场支配，使得物料表现拉伸流变行为，可大幅度的提升物料的密炼塑化效果。
实施例2
如图4所示，类似于实施例1，形成一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机。不同处在于：第一锥形螺杆Ⅰ上沿挤出方向在第一锥形螺旋转子段Ⅴ之后增设了第三锥形螺旋转子段Ⅶ；第二锥形螺杆Ⅱ上沿挤出方向在第二锥形螺旋转子段Ⅳ之后增设了第四锥形螺旋转子段Ⅵ；第三锥形螺旋转子段Ⅶ和第四锥形螺旋转子段Ⅵ与第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子段Ⅳ的结构及工作过程相同。在锥形螺杆上设置两段锥形螺旋转子段可加强物料分布混合，提升塑化效率。
实施例3
如图5所示，类似于实施例1、实施例2，形成一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机。不同处在于：第一锥形螺杆Ⅰ上沿挤出方向在第一锥形螺旋转子段Ⅴ、第三锥形螺旋转子段Ⅶ之后增设了第五锥形螺旋转子段Ⅸ；第二锥形螺杆Ⅱ上沿挤出方向在第二锥形螺旋转子段Ⅳ、第四锥形螺旋转子段Ⅵ之后增设了第六锥形螺旋转子段Ⅷ；第五锥形螺旋转子段Ⅸ和第六锥形螺旋转子段Ⅷ分别与第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第三锥形螺旋转子段Ⅶ以及第二锥形螺旋转子段Ⅳ和第四锥形螺旋转子段Ⅵ的结构及工作过程相同。在锥形螺杆上设置三段或多段锥形螺旋转子段可以更有利于物料分布混合，塑化均化。

Claims (5)

1.一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，其特征在于：在异向锥形双螺杆挤出机的螺杆上设置与各自轴线偏心的锥形螺旋转子段，利用两螺旋转子异向啮合旋转时，转子与料筒内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙随螺杆旋转周期性由大变小再由小变大，使物料在锥形螺旋转子段轴向循环连续密炼，强化物料的塑化混合。
2.根据权利要求1所述的动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，其特征在于：所述锥形双螺杆挤出机主要由机筒、置于机筒中的第一锥形螺杆和第二锥形螺杆组成；第一锥形螺杆和第二锥形螺杆异向旋转啮合；第一锥形螺杆和第二锥形螺杆的进料螺旋段后至少分别设置与第一锥形螺杆旋转轴线和第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线偏心的第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子；第一锥形螺旋转子段通过第一过渡锥面与第一锥形螺杆的进料螺旋段联接，通过第二过渡锥面与第一锥形螺杆的出料螺旋段联接；第二锥形螺旋转子段通过第三过渡锥面与第二锥形螺杆的进料螺旋段联接，通过第四过渡锥面与第二锥形螺杆的出料螺旋段联接；第一锥形螺旋转子段Ⅴ和第二锥形螺旋转子外表面均为与第一锥形螺杆旋转轴线和第二锥形螺杆旋转轴线偏心的锥形啮合型凸棱结构，且第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段的转子表面凸棱结构外锥角与第一锥形螺杆和第二锥形螺杆的外锥角相等；第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段的旋转轴线固定且与所处第一锥形螺杆旋转轴线和第二锥形螺杆旋转轴线同轴；第一锥形螺旋转子段中心线和第二锥形螺旋转子段中心线分别与第一锥形螺杆旋转轴线和第二锥形螺杆Ⅱ旋转轴线平行且存在偏心量，偏心量大于0而小于机筒Ⅲ内腔半径与第一锥形螺旋转子段或第二锥形螺旋转子段的凸棱结构表面半径之差，且第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段的水平偏心方向相同；
第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段均设有排列相同的三块锥形凸棱体；其中，第一锥形螺旋转子段分别设有第一螺旋锥形凸棱体、第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体；第二锥形螺旋转子段分别设有第二锥形螺旋凸棱体、第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体；第一锥形螺旋凸棱体和第二锥形螺旋凸棱体分别绕锥形的第一螺旋转子段和第二螺旋转子段外表面轴向螺旋布置；第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体分别设置在第一锥形螺旋转子段的两端，第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体分别设置在第二锥形螺旋转子段的两端，第一三角状锥形凸棱体、第二三角状锥形凸棱体、第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体均为顶点相对交错分布的三角状锥形凸棱体；第一锥形螺旋转子段上的第一锥形螺旋凸棱体与第二锥形螺旋转子段上的第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体之间的空间形成间隙啮合；第二锥形螺旋转子段上的第二锥形螺旋凸棱体与第一锥形螺旋转子段上的第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体之间的空间形成间隙啮合；第一锥形螺杆和第二锥形螺杆异向啮合旋转时，第一锥形螺旋转子段与第二锥形螺旋转子段啮合旋转导致偏心方向相对位置的变化，使得第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段与机筒内壁面之间形成的第一间隙和第二间隙呈周期性由大变小再由小变大变化，同时第一锥形螺旋转子段上的第一锥形螺旋凸棱体与第二锥形螺旋转子段上的第三三角状锥形凸棱体和第四三角状锥形凸棱体之间的空间形成的啮合间隙，以及第二锥形螺旋转子段上的第二锥形螺旋凸棱体与第一锥形螺旋转子段上的第一三角状锥形凸棱体和第二三角状锥形凸棱体之间的空间形成的啮合间隙也呈周期性由大变小再由小变大变化。
3.根据权利要求1所述的一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，其特征在于：所述第一锥形螺杆和第二锥形螺杆沿挤出方向设有多段锥形螺旋转子段。
4.根据权利要求3所述的一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，其特征在于：所述第一锥形螺杆上沿挤出方向在第一锥形螺旋转子段之后增设第三锥形螺旋转子段；第二锥形螺杆Ⅱ上沿挤出方向在第二锥形螺旋转子段之后增设了第四锥形螺旋转子段；第三锥形螺旋转子段和第四锥形螺旋转子段与第一锥形螺旋转子段和第二锥形螺旋转子段的结构相同。
5.根据权利要求4所述的一种具有动态连续密炼功能的锥形双螺杆挤出机，其特征在于：所述第一锥形螺杆上沿挤出方向在第一锥形螺旋转子段、第三锥形螺旋转子段后增设第五锥形螺旋转子段；第二锥形螺杆上沿挤出方向在第二锥形螺旋转子段、第四锥形螺旋转子段之后增设第六锥形螺旋转子段；第五锥形螺旋转子段和第六锥形螺旋转子段分别与第一锥形螺旋转子段和第三锥形螺旋转子段以及第二锥形螺旋转子段和第四锥形螺旋转子段的结构相同。
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