CN107553869B - 一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置 - Google Patents
一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置，包括进料部、压塑螺杆，进料部包括一体成型的旋转支撑部和进料主体，进料主体内设有料腔和压缩锥孔；压塑螺杆包括首尾相接的支撑轴部、导料部、压缩锥部和中心螺杆部，压缩锥部旋转配合在压缩锥孔中，压缩锥部包括连续设置的压缩螺旋槽和塑化螺旋槽，所述压缩螺旋槽的槽深连续由深变浅；压缩锥孔的壳体壁上对应压缩螺旋槽位置设有至少2圈外排气孔；所述导料部包括导料锥体；导料锥体设有导料槽，导料槽连通所述压缩螺旋槽的入料口。料腔连通真空送料系统。所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，适于粘度大原料组分多有不熔颗粒的原料的进料。
Description
技术领域
本发明涉及挤出机的技术领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置。
背景技术
超高分子量聚乙烯是指黏均相对分子质量在1.5×106以上的线性结构聚乙烯。超高分子量塑化原料是粉料。而现实生产中以混合粉料为主，即在主树脂中添加各种加工和改性助剂如：增塑剂、热稳定剂、润滑剂、填料、染料等采用加热混合的方式混合均匀，形成可用于成型加工的混合粉料。对于粉状超高分子量聚乙烯螺杆塑化的加料段，在要求高的输送效率的同时对送料精度要求很高，而从螺杆塑化段角度看，熔融段对加料段的要求是，粉料尽量连续、密实，无夹杂气体。因此，粉状超高分子量聚乙烯的加料段应当充分应用高分散固体输送机理完成对熔融段的正确输入。
现有技术在粉料加料段主要的改进为：
先造粒再塑化先由另外一台螺杆造粒机先将粉体混料初步塑化、挤出造粒，其生产出的颗粒料再进入单螺杆挤出机完成成型过程。操作过程复杂，生产工艺流程长，原料及能源、人工消耗较大，生产成本高。
排气。北京化工大学王克俭的CN102205619A公开了一种排气式差速双螺杆挤出机，在螺杆的熔融段、计量段之间设置排气段，在排气段机筒上设置排气口，排气口连接排气装置，增加排气口有利于水分和其他气体的脱挥，提高制品质量。排气口虽然可设置在任何区段，但是加料时保证无气体夹杂才是最根本的。
锥形转子
北京化工大学王克俭的CN102285087A公开了一种锥形转子加料，锥形体5旋转设置在锥形腔体9内，锥形体5或者锥形腔体9设有螺旋槽，锥形体和锥形腔体相对旋转以便对槽内粉料输送，具有较大的压缩比和较高的建压能力，物料受到剪切、拉伸、法向挤压(捏合)的复合力作用及大锥面的热作用而快速塑化，并受到螺旋槽结构作用而强制混合。锥形转子能加大压缩比，加大压缩比的同时又能向塑化段输送才是解决之道，而不是塑化段、计量段全部采用超大压缩比。
流动改性后塑化压实杨中市星鑫工程管道厂的CN1807062A公开了一种改性超高分子量聚乙烯粉料直接挤出管材的制备方法，并公开了将液晶LCP与超高分子量聚乙烯及专用助剂经搅拌机混合均匀进行原料配混后，送入螺旋角为42°～45°的单螺杆挤出机，直接将粉末物料快速压缩成一定密度的物料，进行熔融塑化后直接挤出管材。采用了一步法生产超高分子量聚乙烯管材，取消了造粒工序，实现LCP与UHMW-PE及专用助剂均匀混合后在挤出机料筒内熔融塑化，直接挤出管材，使生产出来的超高分子量聚乙烯管材的力学性能有了显著提高，并简化了工艺过程。流动改性是一种增加塑性的好方法，但是输送的结构配合也是很重要的。
由此，需要设计一种粉状超高分子量聚乙烯加料装置，有针对性地实现粉料输送的加料段。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置。
本发明的目的是这样实现的，一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置，包括进料部、压塑螺杆，压塑螺杆旋转设置在进料部中，进料部包括一体成型的旋转支撑部和进料主体，进料主体内设有料腔和压缩锥孔；
压塑螺杆包括首尾相接的支撑轴部、导料部、压缩锥部和中心螺杆部，压塑螺杆为一体设计的旋转体；压缩锥部旋转配合在压缩锥孔中，压缩锥部的圆锥面具有第一锥度；
压缩锥部的圆锥面上设有螺旋槽，所述螺旋槽包括连续设置的压缩螺旋槽和塑化螺旋槽，所述压缩螺旋槽的槽深连续由深变浅,压缩螺旋槽由初始深度连续变化为旋送深度；塑化螺旋槽的螺旋槽维持为旋送深度不变；压缩锥孔的壳体壁上对应压缩螺旋槽位置设有至少2圈外排气孔，所述排气孔连接抽真空设备；
所述导料部包括导料锥体，所述导料锥体具有第三锥度；所述第三锥度大于所述压缩锥部的第一锥度且锥度方向相反；导料锥体设有导料槽，导料槽连通所述压缩螺旋槽的入料口。
进一步地，所述进料部还包括旋转支撑部和与进料部一体成型的壳体，所述壳体的顶板设有上旋转定位孔，旋转支撑部内设有下旋转定位孔，所述支撑轴部旋转设置在上旋转定位孔和下旋转定位孔中。
进一步地，所述上旋转定位孔设有止推轴承和垫片，调整垫片厚度可调整压缩锥部相对于压缩锥孔旋转的松紧程度。
进一步地，排气孔中装设有气针，压缩锥孔外设有外负压室，排气孔位于外负压室(30)内，所述外负压室连接抽真空设备。
进一步地，进料主体对应塑化螺旋槽位置设有加热油孔。
进一步地，还包括塑化剪切机构，所述塑化剪切机构包括行星螺杆、机筒，所述塑化剪切机构连接在所述进料主体的出口，至少3根行星螺杆旋转啮合在所述中心螺杆部和机筒之间。
进一步地，所述中心螺杆部包括螺杆本体表面设有连续螺棱的减压锥部和剪切混炼部，减压锥部的螺杆本体从压缩锥孔出口起具有20°～30°的第二锥度，所述第二锥度小于第一锥度且锥度方向相反；剪切混炼部的螺杆本体为圆柱体。
进一步地，所述行星螺杆包括一体成型、首尾连接的行星减压螺杆部和行星剪切螺杆部，行星减压螺杆部为与减压锥部配合的倒锥体螺杆，行星剪切螺杆部为与剪切混炼部配合的圆柱体螺杆。
进一步地，所述压缩锥孔出口设有出口定位部，机筒通过顶端法兰固定在出口定位部上；在出口定位部和顶端法兰之间设有螺杆固定架，所述螺杆固定架包括主体上环和主体下环，主体下环间隔设有多个定位导柱；主体上环固定在所述出口定位部，所述定位导柱以至少小于0.01mm的导向精度配合在行星螺杆顶端的旋转轴线定位孔中。
进一步地，所述压缩锥部包括中空冷却腔，所述压塑螺杆从旋转支撑部到中心螺杆部的下部设有加热油孔，加热油管穿过中空冷却腔并穿设在加热油孔中，冷却液循环流通在中空冷却腔中。
所述强制均化可调速螺杆挤出机，为了解决“粉料输送”的技术问题，主要采取了如下改进措施：
1)粉料腔填充前提下的导料部导料
料腔4中充填粉料，保证料腔充满粉料；粉料在导料部7的导料槽的引导下持续进入螺旋槽入口，保证了螺旋槽的粉料的持续输入。
2)压缩螺旋槽10的压缩配合排气
压缩锥部8的螺旋槽18，通过前3-5圈的螺旋槽体积连续减小，对旋入的粉料持续进行压缩作用，但是，由于压缩锥部8和压缩锥孔5是锥面旋转配合，螺旋槽中的粉料和粉料之间的空气同时被压缩，因此，螺旋槽需要排出气体；于是，在压缩螺旋槽10对应位置的进料主体40的壁上开设有排气孔，排气孔的排气使得粉料得到了紧密的压实。
3)塑化螺旋槽的继续压缩和塑化
螺旋槽18的后段螺旋槽是塑化螺旋槽，在粉料被彻底压实后，由于有锥度，塑化螺旋槽对其中的粉料仍然有持续的压缩作用和塑化作用。
同时，压缩螺旋槽的冷却和塑化螺旋槽及中心螺杆部的加热，保证了压缩和塑化对温度的相反要求。
4)正向锥压缩结合反向锥释压
从压缩锥部出口出来的是半固态的螺旋固体，该螺旋固体承受着很大的等静压力，通过减压锥部12的作用，螺旋槽中的螺旋固体一边减压一边被剪切拉伸成片状并持续塑化地向前螺旋前进。压缩锥部8是正向压缩，而减压锥部12是逐渐放大的锥体，对压缩进行压力释放。
通过以上四个结构的相互配合，共同做到了在原料引导和压缩、塑化、释压、剪切，同时设计了压缩螺杆2的驱动结构，既能使压缩螺杆能够旋转配合在压缩锥孔中，又能做到压缩后释放并强制混炼，结构简单巧妙，适于粘度大原料组分多有不熔颗粒的原料的进料。
附图说明
图1为本发明超高分子量聚乙烯粉料加料装置实施例的主剖视图。
图2为本发明超高分子量聚乙烯粉料加料装置的压缩锥部主视图。
上述图中的附图标记：
1进料部，2压塑螺杆，3旋转支撑部，4料腔，5压缩锥孔，6支撑轴部，7导料部，8压缩锥部，8.1中空冷却腔，8.2加热油孔，9中心螺杆部，10压缩螺旋槽，11塑化螺旋槽,12减压锥部,13剪切混炼部,14行星螺杆，15行星减压螺杆部，16行星剪切螺杆部，17出口定位部，18螺旋槽，19加热装置
20机筒，21定位导柱，22旋转轴线定位孔，23台阶支撑孔,24轴承孔,25顶端法兰，26机筒螺棱，27驱动齿轮，29螺杆固定架
30外负压室，31外排气孔，40进料主体，50壳体，51底板，52顶板，53压紧调整器，60送料系统，70导料槽，71导料锥体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。
如图所示，一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置，包括进料部1、压塑螺杆2，压塑螺杆2旋转设置在进料部1中。进料部1包括一体成型的旋转支撑部3、进料主体40和出口定位部17，进料主体40内设有料腔4和压缩锥孔5；压塑螺杆2包括首尾相接的支撑轴部6、导料部7、压缩锥部8和中心螺杆部9，压塑螺杆2为一体设计的旋转体；压缩锥部8的圆锥面具有第一锥度α。压缩锥部8旋转配合在压缩锥孔5中，压缩锥部8的圆锥面上设有螺旋槽18，所述螺旋槽18包括连续设置的压缩螺旋槽10和塑化螺旋槽11，所述压缩螺旋槽10从螺旋入料处起始连续3-5个螺距结束，螺旋槽的槽深连续由深变浅，压缩螺旋槽10由初始深度H0连续变化为旋送深度H1。优选的是，旋送深度H1为初始深度H0的至少1/2。塑化螺旋槽11的螺旋槽深度不变，仍然维持为旋送深度H1不变。压缩锥孔5出口设有出口定位部17。出口定位部17设有轴承孔24。出口定位部17的表面与压缩锥孔5的轴线垂直度小于0.01。连接入料处的第一圈压缩螺旋槽10螺旋宽度由宽逐渐变窄。进料主体40对应塑化螺旋槽11位置设有加热油孔8.2。
所述进料部1还包括一体成型的壳体50，出口定位部17设置在壳体50的底板51上。所述壳体50的顶板52设有上旋转定位孔，旋转支撑部3内设有下旋转定位孔，所述上旋转定位孔的轴线与下旋转定位孔同轴度小于0.02。在上旋转定位孔和下旋转定位孔内分别过盈配合有圆锥滚子方向相反的两组叠置的圆锥滚子轴承，所述压塑螺杆2旋转设置在上旋转定位孔和下旋转定位孔中，具体地,压塑螺杆2过盈配合在圆锥滚子轴承的内圈中。压缩螺杆2顶部设有台阶部，所述台阶部旋转压配在推力轴承上。所述推力轴承过盈配合在上旋转定位孔的底部。压紧调整器53压紧在圆锥滚子轴承上，正反旋转压紧调整器53，能够压紧或放松压塑螺杆2的压缩锥部8与压缩锥孔5的旋转配合直到运转正常。压塑螺杆2上设有驱动齿轮27。
所述进料部1的压缩锥孔5的壳体壁上对应压缩螺旋槽10位置设有至少2圈外排气孔31，排气孔31中装设有排气装置，压缩锥孔5外设有外负压室30，排气孔31位于外负压室30内，所述外负压室30连接抽真空设备。料腔4连通送料系统60。
导料部7包括导料锥体71，所述导料锥体71具有第三锥度γ，导料锥体71的第三锥度γ大于压缩锥部8的第一锥度且锥度方向相反，导料锥体设有导料槽70，导料槽70连通所述压缩螺旋槽10的入料口，所述导料槽70从导料锥体71顶部将粉料导入入料口。
所述中心螺杆部9的螺杆本体表面设有螺棱，包括减压锥部12、剪切混炼部13，减压锥部12的螺杆本体从压缩锥孔5出口起具有20°～30°的第二锥度β，所述第二锥度β小于第一锥度α且锥度方向相反。所述减压锥部12的螺棱在压缩锥孔5出口处最大，减压锥部12的初始螺旋槽深度为旋送深度H1+3～5mm，然后连续变浅到剪切深度H2；剪切混炼部13为螺旋槽深度为剪切深度H2，中心螺杆部9设置在机筒20中。机筒20通过顶端法兰25固定在出口定位部17上。所述顶端法兰25的表面与机筒20旋转轴线的垂直度小于0.01。机筒20内壁设有机筒螺棱26，所述中心螺杆部9和机筒20之间啮合有至少3根行星螺杆14，所述行星螺杆14包括一体成型、首尾连接的行星减压螺杆部15和行星剪切螺杆部16。机筒20周围设有加热装置19。行星减压螺杆部15为与减压锥部12配合的倒锥体螺杆，行星剪切螺杆部16为与剪切混炼部13配合的圆柱体螺杆；行星减压螺杆部15顶端设有旋转轴线定位孔22，所述旋转轴线定位孔22外设有大直径的台阶支撑孔23，旋转轴线定位孔22内过盈配合有圆锥滚子方向相反的两组叠置的圆锥滚子轴承，在出口定位部17和顶端法兰25之间设有螺杆固定架29，所述螺杆固定架29包括主体上环和主体下环，主体下环间隔设有多个定位导柱21；主体上环固定在所述出口定位部17，所述定位导柱以至少小于0.01mm的导向精度配合在行星螺杆14顶端的旋转轴线定位孔22中。主体上环和主体下环之间设有轴承；下环旋转设置在台阶支撑孔23内。具体地，定位导柱21以至少小于0.01mm的导向精度配合在所述圆锥滚子轴承的内圈中。螺杆固定架29保证了行星螺杆14相对于出口法兰17旋转，同时两组叠置的圆锥滚子轴承又保证了行星螺杆14与中心螺杆部9的旋转轴线平行。
所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，通过真空送料系统、导料部、压缩锥部、减压锥部、行星螺杆部共同做到了在原料引导和压缩、塑化、释压、剪切，同时设计了压缩螺杆2的驱动结构，既能使压缩螺杆能够旋转配合在压缩锥孔中，又能做到压缩后释放并强制混炼，结构简单巧妙，适于粘度大原料组分多有不熔颗粒的原料的进料。
Claims (10)
1.一种超高分子量聚乙烯粉料加料装置，包括进料部(1)、压塑螺杆(2)，压塑螺杆(2)旋转设置在进料部(1)中，其特征在于，
进料部(1)包括一体成型的旋转支撑部(3)和进料主体(40)，进料主体(40)内设有料腔(4)和压缩锥孔(5)；
压塑螺杆(2)包括首尾相接的支撑轴部(6)、导料部(7)、压缩锥部(8)和中心螺杆部(9)，压塑螺杆(2)为一体设计的旋转体；压缩锥部(8)旋转配合在压缩锥孔(5)中，压缩锥部(8)的圆锥面具有第一锥度(α)；
压缩锥部(8)的圆锥面上设有螺旋槽(18)，所述螺旋槽(18)包括连续设置的压缩螺旋槽(10)和塑化螺旋槽(11)，所述压缩螺旋槽(10)的槽深连续由深变浅,压缩螺旋槽(10)由初始深度(H0)连续变化为旋送深度(H1)；塑化螺旋槽(11)的螺旋槽维持为旋送深度(H1)不变；压缩锥孔(5)的壳体壁上对应压缩螺旋槽(10)位置设有至少2圈外排气孔(31)，所述排气孔连接抽真空设备；
所述导料部(7)包括导料锥体(71)，所述导料锥体(71)具有第三锥度(γ)；所述第三锥度(γ)大于所述压缩锥部(8)的第一锥度且锥度方向相反；导料锥体设有导料槽(70)，导料槽(70)连通所述压缩螺旋槽(10)的入料口。
2.如权利要求1所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，所述进料部(1)还包括与进料部一体成型的壳体(50)，所述壳体(50)的顶板(52)设有上旋转定位孔，旋转支撑部(3)内设有下旋转定位孔，所述支撑轴部(6)旋转设置在上旋转定位孔和下旋转定位孔中。
3.如权利要求2所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，所述上旋转定位孔设有止推轴承和垫片，调整垫片厚度可调整压缩锥部(8)相对于压缩锥孔(5)旋转的松紧程度。
4.如权利要求3所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，排气孔(31)中装设有气针，压缩锥孔(5)外设有外负压室(30)，排气孔(31)位于外负压室(30)内，所述外负压室(30)连接抽真空设备。
5.如权利要求4所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，进料主体(40)对应塑化螺旋槽(11)位置设有加热油孔(8.2)。
6.如权利要求1所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，还包括塑化剪切机构，所述塑化剪切机构包括行星螺杆(14)、机筒(20)，所述塑化剪切机构连接在所述进料主体(40)的出口，至少3根行星螺杆(14)旋转啮合在所述中心螺杆部(9)和机筒(20)之间。
7.如权利要求6所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，所述中心螺杆部(9)包括螺杆本体表面设有连续螺棱的减压锥部(12)和剪切混炼部(13)，减压锥部(12)的螺杆本体从压缩锥孔(5)出口起具有20°～30°的第二锥度(β)，所述第二锥度(β)小于第一锥度(α)且锥度方向相反；剪切混炼部(13)的螺杆本体为圆柱体。
8.如权利要求7所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，所述行星螺杆(14)包括一体成型、首尾连接的行星减压螺杆部(15)和行星剪切螺杆部(16)，行星减压螺杆部(15)为与减压锥部(12)配合的倒锥体螺杆，行星剪切螺杆部(16)为与剪切混炼部(13)配合的圆柱体螺杆。
9.如权利要求6所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，所述压缩锥孔(5)出口设有出口定位部(17)，机筒(20)通过顶端法兰(25)固定在出口定位部(17)上；在出口定位部(17)和顶端法兰(25)之间设有螺杆固定架(29)，所述螺杆固定架(29)包括主体上环和主体下环，主体下环间隔设有多个定位导柱(21)；主体上环固定在所述出口定位部(17)，所述定位导柱以至少小于0.01mm的导向精度配合在行星螺杆(14)顶端的旋转轴线定位孔(22)中。
10.如权利要求9所述超高分子量聚乙烯粉料加料装置，其特征在于，所述压缩锥部(8)包括中空冷却腔(8.1)，所述压塑螺杆(2)从旋转支撑部(3)到中心螺杆部(9)的下部设有加热油孔(8.2)，加热油管穿过中空冷却腔并穿设在加热油孔(8.2)中，冷却液循环流通在中空冷却腔(8.1)中。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221214 Address after: 516000 Hantang Village Group, Sanhe Village, Tonghu Town, Zhongkai High tech Zone, Huizhou City, Guangdong Province Patentee after: Huizhou jinliangli plastic products Co.,Ltd. Address before: 318050 No. 59, Nongken Xinjian branch, Jinqing Town, Luqiao District, Taizhou City, Zhejiang Province Patentee before: Xu Mengyan |
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| TR01 | Transfer of patent right |