CN106863746A - 一种强剪切挤出机的螺杆与料筒结构 - Google Patents

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Abstract

一种强剪切挤出机的螺杆与料筒结构是在料筒内壁开有内齿结构，在螺杆与料筒内齿配合处未设置螺棱结构，在强剪切段的螺杆在料筒内旋转进行物料的输送和强剪切。本发明通过螺杆旋转实现螺杆螺棱断面与料筒内齿端面间的相对运动，实现了高分子链输送速度矢量变化，达到了对输送物料的强力剪切。

Description

一种强剪切挤出机的螺杆与料筒结构
技术领域
本发明涉及一种挤出机的螺杆与料筒结构，尤其是一种用于高分子聚合物改性的强剪切挤出机的料筒与螺杆结构。
背景技术
高分子聚合物是当今不可或缺的材料，而用于特殊用途的改性高分子聚合物也越来越被市场需要。在改性高分子聚合物中，热熔胶是一种无毒无味，在加热后有流动性的热粘胶，它因粘结强度高、固化速度快而被广泛使用。目前，为了实现金属与非金属的粘接，接枝马来酸酐的聚烯烃热溶胶被生产出来。但现有的生产方法是用过氧化物引发高分子断链，从而接枝上马来酸酐来实现的。这种断链方式会造成热熔胶性能的缺陷，因此一种新型的强剪切力化学反映装置被构想出来。
公开号为CN113054A公开了一种“力化学反应器”。其借鉴了中国传统石磨与磨盘的原理，设计了可用于聚合物和填料的粉碎、混合、及力化学反应的磨盘形力化学反应器。该反应器在物料加工过程中可提供较大的挤压和剪切力，使物料受到各个方面的应力而破碎。实现了在力场技术下制备具有特殊功能和高性能的新材料。但由于该装置中磨盘半径的限制，磨盘转速受限，剪切行程有限，因此对物料的剪切效果有限。北京化工大学研制的CPJ75/135II串联式磨盘挤出机，利用与磨盘相似的原理，将大磨盘变为小磨盘且串联起来，获得了更好的基础效果，主要用于制取特殊高分子合金材料和高填充物料。
发明人先前申报的公开号为CN10356682A和CN104890215A的强剪切力化学反应器结合了“磨盘”结构和螺杆的“螺旋”结构,进一步提高了高分子聚合物热熔胶产品的性能，实现了连续生产。这种“螺旋式”剪切结构增加了物料流的剪切行程，使剪切更充分。但上述剪切结构对某些高分子材料进行挤出加工时，还存在接枝反应不充分，接枝率低等问题。
在通过力化学反应对高分子聚合物接枝改性时，最主要是实现高分子链的断裂，从而需要很强的剪切力，而高分子链只有在受很大的速度梯度时才能实现较强的剪切效果。因此，本发明根据剪切原理设计了一种新型的螺杆及料筒强剪切结构。涉及到本发明中，螺杆螺棱断面的旋转相当于刀片旋转，强剪切料筒的内齿及其流道相当于网栅，利用物料输送过程中较大的速度变化梯度来实现强力剪切。通过加长螺杆的段数增加物料剪切的次数，通过改变螺杆螺棱头数和料筒内齿齿数改变物料受到剪切的比率，通过改变螺杆螺棱断面与料筒内齿端面的距离改变物料收到的剪切力大小。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现较大剪切力，较高物料剪切率，并且能够使物料在运送过程中充分反应以实现接枝改性的强剪切挤出机的螺杆与料筒结构。
本发明的具体任务通过以下技术方案实现的。
一种强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，包括螺杆螺棱和料筒螺槽结构；其特征在于：所述螺杆螺棱是螺旋线型结构，所沿轴向方向每60mm被20mm宽的料筒内齿间隔一次；所述料筒螺槽是螺线型或直线型结构，所沿轴线方向每60.25mm被19.5mm长的内齿隔断一次；所述螺杆螺棱和料筒螺槽的头数均为10，宽度分别为3mm和4mm，螺杆螺棱的高度与料筒螺槽的深度分别为4mm和2mm；若料筒开设螺旋槽，则料筒螺槽与螺杆螺棱的旋转方向相反，螺杆螺棱与料筒螺槽的断面形状均为等腰梯结构；料筒外径≥90mm。
进一步的附加技术特征如下。
所述强剪切挤出机的螺杆是由开设螺棱部分与料筒内齿隔断部分通过反向螺纹链接构成。
所述料筒的内壁开有斜齿时，斜齿的倾角为0度至30度，斜齿的旋向与螺杆螺棱的旋转方向相反。
所述螺杆螺棱部分外，螺杆与料筒的內齿部分构成配合结构，且配合间隙为0.2～0.3mm。
所述螺杆螺棱是多头梯形结构，且螺棱的升角是37度；所述料筒螺槽是多头梯形结构，且螺旋槽的升角是37度。
上述本发明所提供的一种强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，利用速度矢量变化原理对物料实现拉伸和剪断，通过强剪切段中螺杆螺棱断面与料筒内齿端面之间微小间隙的相对移动实现强剪切，在物料从螺杆螺棱间隙流向料筒内齿间隙时会被旋转的螺棱断面剪切。
本发明强剪切段螺杆的不同段之间通过反向螺纹链接。
本发明实现的剪切有两处，第一处：螺杆的梯形螺棱与旋向与之相反的梯形料筒螺槽组合结构使高分子聚合物在向前输送时，由于较大的相对速度变化而产生的剪切。第二处：螺杆的螺棱断面与料筒的内齿端面之间的配合结构使高分子聚合物在流经此处时速度矢量发生了较大的变化且受到微小间隙挤压实现的剪切。本发明设计的强剪切料筒与螺杆结构中，增加螺杆的段数对于强剪切效果会有一定的提高，增加转速对于这种剪刀型剪切效果更明显，更改料筒内齿倾斜度以增加螺杆螺棱与料筒螺槽之间的矢量变化幅度对于剪切效果也有较大程度提高。
附图说明
图1是本发明强剪切挤出机强剪切段的装配结构示意图。
图2是本发明强剪切挤出机的第I部分结构示意图。
图3是本发明强剪切挤出机的第II部分结构示意图。
图4是本发明强剪切挤出机的料筒结构装配结构示意图。
图5是本发明强剪切挤出机的第III部分结构示意图。
图6是本发明强剪切挤出机的第IV部分结构示意图。
图中：
1：装配好的料筒内螺槽部分，此处两段螺槽长度均为60.25mm，螺槽均为直线型。
2：装配好的螺杆螺棱部分，此处两段螺棱长度均为60mm，螺棱升角均为37o
3：料筒上开的内齿部分，图中空白处为齿间通道，斜线处为内齿剖面。
4：强剪切螺杆螺棱间隔段与料筒内齿配合的部分。
5：I段螺杆内开的反向内螺纹。
6：II段螺杆上开的反向外螺纹。
7：III段料筒上开的左旋外螺纹。
8：IV段料筒内开的左旋内螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案的具体实施方式做出进一步的说明，这些附图仅为简化示意结构图，仅以示意方式说明发明的基本结构，所举实例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如附图1所示为本发明强剪切挤出机的强剪切部分螺杆与料筒配合的结构示意图。其中I和II通过反向螺纹连接组成强剪切螺杆，2为螺杆上的右旋螺棱。III和IV通过螺纹连接组成强剪切料筒，1为料筒内壁开的直槽，3为料筒的内齿结构。本发明为了便于说明结构，在此以两段螺杆与两段料筒一个內齿结构作为实施例，螺杆与料筒长度均为140mm。本发明的范围包括多段螺杆和多段料筒的组合体，需要在对应的螺杆及料筒后加工螺纹以实现后续部分连接。当螺杆与料筒节数加大时，安装时应该按照螺杆-料筒-螺杆-料筒的顺序或者料筒-螺杆-料筒-螺杆的顺序依次安装，此时强剪切段中內齿数增多，强剪切效果更好。料筒外径≥90mm。
如附图2所示为螺杆I部分的半剖视图，4为强剪切螺杆上与料筒内齿配合的螺棱间断部位。5为I部分螺杆上开的反向内螺纹。
如附图3所示为螺杆II部分示意图，6为与I部分螺杆上的反向螺旋孔连接的反向螺旋头。
如附图4所示为强剪切段料筒的剖视图。2为该料筒的直线螺槽。3为该料筒上的内齿结构。
如附图5所示为强剪切料筒III部分的示意图，7为右旋外螺纹，与下一段料筒实现连接。此处螺纹大径80mm，小径75mm。
如附图6所示为强剪切料筒IV部分的示意图，8为右旋内螺纹，与III部分料筒实现连接，此处螺纹大径80mm，小径75mm。
本实施方式料筒内槽为直槽，同时可以根据本发明人之前发明的强剪切力化学反应器选择反向螺旋槽。本强剪切段主要根据料筒内齿3的两个侧端面与螺杆螺棱的断面之间的相对旋转实现强剪切。螺杆转速为200-600r/min，电机功率22kw，加工原料为高密度聚乙烯，牌号：抚顺石化2911。
如附图1所示，本发明的料筒外表面为圆筒形，以便在外表面安装电加热器和散热器。所述螺杆外壁开有螺槽和內齿隔断，所述料筒内壁开有直槽和內齿。如附图2所示，螺杆的內齿隔断部分轴向长度20mm，其直径为56.5mm。附图4中，料筒内齿齿顶圆直径57mm，轴向长度20mm，齿顶宽度5mm，齿数为20mm。
本实施例中，物料由I段螺杆的最左端输送入强剪切段，经过梯形螺杆螺棱和梯形料筒槽的剪切运送至I段螺杆螺棱的断面处，进一步，经过螺杆螺棱断面和料筒内齿端面的强剪切，物料沿III段料筒內齿间隙向前输送，进一步，经过料筒內齿右端面和II段螺杆螺棱断面的强剪切，物料输送至II段螺杆进行后续作用，最终由挤出口挤出。所述过程仅为本实施例的物料剪切过程。
按照该方法和结构参数所设计的强剪切挤出机新型螺杆与料筒结构，可实现在180゜C下，物料的最大剪切速率2400S-1，物料所受的最大剪切速率区间集中在1400S-1左右。专利CN104890215A所述的剪切结构最大剪切速率为1450S-1，由此可见，相同的设置和条件下，本发明的剪切效果比之前本人发明的剪切结构的剪切强度更好，最大剪切速率区间值也更高。

Claims (5)

1.一种强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，包括螺杆螺棱和料筒螺槽结构；其特征在于：所述螺杆螺棱是螺旋线型结构，所沿轴向方向每60mm被20mm宽的料筒内齿间隔一次；所述料筒螺槽是螺线型或直线型结构，所沿轴线方向每60.25mm被19.5mm长的内齿隔断一次；所述螺杆螺棱和料筒螺槽的头数均为10，宽度分别为3mm和4mm，螺杆螺棱的高度与料筒螺槽的深度分别为4mm和2mm；若料筒开设螺旋槽，则料筒螺槽与螺杆螺棱的旋转方向相反，螺杆螺棱与料筒螺槽的断面形状均为等腰梯结构；料筒外径≥90mm。
2.根据权利要求1所述的强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，其特征在于：所述强剪切挤出机的螺杆是由开设螺棱部分与料筒内齿隔断部分通过反向螺纹链接构成。
3.根据权利要求1所述的强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，其特征在于：所述料筒的内壁开有斜齿时，斜齿的倾角为0度至30度，斜齿的旋向与螺杆螺棱的旋转方向相反。
4.根据权利要求1所述的强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，其特征在于：所述螺杆螺棱部分外，螺杆与料筒的內齿部分构成配合结构，且配合间隙为0.2～0.3mm。
5.根据权利要求1或4所述的强剪切挤出机的螺杆与料筒结构，其特征在于：所述螺杆螺棱是多头梯形结构，且螺棱的升角是37度；所述料筒螺槽是多头梯形结构，且螺旋槽的升角是37度。
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