CN108437400A - 一种两级七段式高转速高产pp挤出螺杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，沿进料至螺杆头方向顺次设有加料段、压缩段、第一计量段、剪切段、减压段、第二计量段和多面体混合段，所述加料段设有单螺纹构成的加料槽，所述第一及第二计量段设有单螺纹形成的计量槽，所述减压段设有单螺纹形成的减压槽，所述压缩段设有主螺纹及附加螺纹，所述主螺纹与加料段的单螺纹连接形成固相槽，所述附加螺纹与第一计量段的单螺纹连接形成液相槽，所述剪切段设有多对进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽，所述进料螺旋盲槽的入口与第一计量段连接，所述出料螺旋盲槽与减压段连接。本发明熔融效率高、塑化均匀、混炼均匀且高转速下产量高。

Description

一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆

技术领域

本发明涉及高转速高产PP挤出螺杆，具体涉及一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆。

背景技术

现有常见的PP挤出螺杆的结构示，其螺杆为单螺纹结构，从进料到螺杆头的方向一般包括加料段、压缩段、计量段和螺杆头，当塑料从料斗进入料筒中，从而物料进入到加料段，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦作用逐渐向前输送到压缩段，压缩段的螺槽深度变浅，固体料被进一步压实，同时在料筒外加热，并在螺杆和料筒内壁摩擦剪切作用下，物料升温并开始熔融，熔融后的物料进入计量段，此段将物料定量的从螺杆头挤出塑料熔体。

目前常用的挤出螺杆，在加工PP时，一般存在物料均化程度差，混炼效果差，导致产品质量差，其产量受机头压力影响比较明显，产量波动大，尤其是在高的机头压力下，产量明显下降，生产效率较低，产量波动大，此外在高产量或在螺杆高转速下，物料没有达到熔融。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，本发明熔融效率高、塑化均匀、混炼均匀且高转速下产量高和产量稳定的PP挤出螺杆，在不同转速和机头压力下，流量稳定的螺杆。

本发明采用如下技术方案：

一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，沿进料至螺杆头方向顺次设有加料段、压缩段、第一计量段、剪切段、减压段、第二计量段和多面体混合段，所述加料段、压缩端、第一计量段和剪切段构成第一级螺杆，所述减压段、第二计量段和多面体混合段构成第二级螺杆，所述加料段设有单螺纹构成的加料槽，所述第一及第二计量段设有单螺纹形成的计量槽，所述减压段设有单螺纹形成的减压槽，所述压缩段设有主螺纹及附加螺纹，所述主螺纹与加料段的单螺纹连接形成固相槽，所述附加螺纹与第一计量段的单螺纹连接形成液相槽，所述剪切段设有多对进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽，所述进料螺旋盲槽的入口与第一计量段连接，所述出料螺旋盲槽与减压段连接。

所述加料槽的宽度0.05-0.1倍螺杆外径，加料槽的深度为0.09-0.15倍螺杆外径，加料段的总长度为5-10倍螺杆外径。

所述主螺纹的导程为1.1-2.1倍的螺杆外径，其宽度为0.05-0.1倍螺杆外径；所述附加螺纹的导程0.8-1.8倍的螺杆外径，其宽度为0.03-0.06倍螺杆外径，长度为10-21倍螺杆外径。

所述固相槽的宽度从加料段到第一级计量段方向逐渐减小，其槽底是沿着加料段槽底向第一级计量段方向延伸；所述液相槽的槽底从附加螺纹外表面向第一级计量段的计量槽槽底方向延伸。

第一计量段的计量槽的宽度大于螺杆外径，且保持不变，计量槽的深度为0.05-0.11倍螺杆外径，小于加料槽的深度，单螺纹宽度为0.05-0.09倍螺杆外径，第一计量段的总长度为2-6倍螺杆外径。

所述剪切段的圆柱面还设有共用螺纹及非共用螺纹，所述进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽为偶数对，所述进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽的垂直截面形状为半圆形。

所述共用螺纹的外径比非共用螺纹的外径小0.6-1.5mm，所述剪切段的长度为1-4倍螺杆外径。

所述第二级计量段的计量槽宽度大于螺杆外径，其深度为0.05-0.09倍螺杆外径，且小于减压段的深度。

所述多面体混合段的表面设有多个等间距排列的螺旋多面体，在螺杆圆周上环形排列的个数为4-30个，在螺杆轴向上排列的排数为4-10排，螺旋多面体的截面形状为平行四边形，多面体混合段的长度为2-8倍螺杆外径。

所述螺杆头为圆锥角，锥角为20-60度，螺杆的有效长度为螺杆外径的38倍。

本发明的有益效果：

(1)在高转速下，与同规格的通用单螺杆相比，挤出产量提高了30～90％；

(2)在高转速下，与同规格的通用单螺杆相比，能耗降低了10～30％；

(3)在高转速下，与同规格的通用单螺杆相比，熔体温度降低了5℃；

(4)在高转速下，与同规格的通用单螺杆相比，螺杆的使用寿命提高了10～50％。

附图说明

图1是本发明一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆结构示意图；

图2是图1中压缩段的结构示意图；

图3是图1中剪切段的结构示意图；

图4是图1中多面体混合段的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图4所示，一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，沿进料至螺杆头12方向顺次设有加料段5、压缩段6、第一计量段7、剪切段8、减压段9、第二计量段10和多面体混合段11。

所述加料段、压缩段、第一计量段和剪切段构成第一级螺杆，所述减压段、第二计量段和多面体混合段构成第二级螺杆，所述加料段设有单螺纹构成的加料槽，所述第一及第二计量段设有单螺纹形成的计量槽，所述减压段设有单螺纹形成的减压槽，所述压缩段设有主螺纹及附加螺纹，所述主螺纹与加料段的单螺纹连接形成固相槽，所述附加螺纹与第一计量段的单螺纹连接形成液相槽，所述剪切段设有多对进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽，所述进料螺旋盲槽的入口与第一计量段连接，所述出料螺旋盲槽与减压段连接。

所述螺杆头12为圆锥形，锥角为20～60°。螺杆的有效长度为螺杆外径的38倍。

所述加料段为单头螺纹设计，加料槽的宽度小于螺杆外径，且保持不变，加料槽的深度为0.09-0.15倍螺杆外径，且保持不变，螺纹宽度为0.05-0.1倍螺杆外径，加料段5的总长度为5-10倍螺杆外径，优选为6倍螺杆外径。

所述加料槽的深度大于第一计量段的计量槽的深度，以形成足够的压缩比，

所述压缩段设有导程不相等的主螺纹63和附加螺纹64，并形成分别与加料槽相连的固相槽和与计量槽相连的液相槽，主螺纹的导程为1.1-2.1倍螺杆外径，附加螺纹64的导程为0.8-1.8倍螺杆外径。

压缩段长度为10～21倍螺杆外径。有利于保证主螺纹推动固态物料移动和促使其熔融，同时方便已经熔融的固体物料被附加螺纹分离。

所述固相槽62的宽度从加料段至第一计量段方向逐渐变小，固相槽的槽底沿加料槽的槽底向第一计量段的槽底方向延伸。

从加料槽进入的固相物料可以顺畅的进入压缩段，不会对进料产生阻碍，在螺杆运转下以及料筒外加热下，固相物料熔融后越过附加螺纹进入液相槽，改善了物料在料筒内的熔融塑化效果，而且固相槽内的物料可以持续受到加热，增大固相物料的热交换面积，少量未熔融的固相物料也可以顺畅的进入计量段内，不会产生强烈的剪切力或者阻碍进料，从整体上缩短熔融长度和相对降低熔料温度，有利于低温挤出，避免物料过热。

在加料段一侧的固相槽的宽度与加料槽宽度相同，在计量段一侧的固相槽宽度为计量槽宽度的0.08-0.2倍，在加料段一侧的液相槽宽度为加料槽宽度的0.05-0.15倍，在计量段一侧的液相槽宽度为计量槽宽度的0.7-0.9倍，附加螺纹的外径比主螺纹外径小0.7-1.5mm。固相槽宽度逐渐减小，液相槽宽度逐渐增大，可以有效提高物料在螺杆内运行的稳定性，有利于高速运转。

第一计量段的计量槽的宽度大于螺杆外径，且保持不变，计量槽的深度为0.05-0.11倍螺杆外径，小于加料槽的深度，单螺纹宽度为0.05-0.09倍螺杆外径，第一计量段的总长度为2-6倍螺杆外径。

剪切段长度为1～5倍螺杆外径；在剪切段内设置多对进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽，每对进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽被分开，且进料螺旋盲槽的入口与第一计量段连接，出料螺旋盲槽的出口与减压段连接，可以加强对物料的推动效果，物料能通过的螺纹可以阻挡未熔融的固相物料进入出料，同时可以通过剪切和摩擦促使固相物料熔融或塑化；物料能通过的螺纹的外径比物料不能通过的螺纹的外径小0.6-2mm，可以充分对固相物料进行剪切摩擦，同时又能避免形成较大阻力，保证物料通过的顺畅。

减压段的减压槽的深度大于第一计量段的计量槽的深度，在整个速度范围内螺杆在精确恒定产量下运转，并且不受压力和速度的影响。

本实施例中，设有偶数个进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽，其中进料螺旋盲槽的槽底沿液相槽槽底向共用螺纹81表面方向延伸，出料螺旋盲槽的槽底沿共用螺纹81的表面向减压段的槽底方向延伸，共用螺纹81的外径比非共用螺纹84的外径小0.6-1.5mm，螺纹的宽度为3-5mm。剪切段8的长度为1-4倍螺杆外径，优选为2倍螺杆外径。进料螺旋盲槽82和出料螺旋盲槽83的垂直截面形状为半圆形。

减压段9为单头螺纹设计，加料槽的宽度大于螺杆外径，且保持不变，螺槽的深度比第一级计量段的螺槽深，且保持不变，螺纹宽度为0.05-0.1倍螺杆外径，减压段9的总长度为1-5倍螺杆外径，优选为2倍螺杆外径。

第二计量段10为单头螺纹设计，计量槽的宽度大于螺杆外径，且保持不变，计量槽的深度为0.05-0.09倍螺杆外径，小于减压段的螺槽的深度，且保持不变，螺纹宽度为0.05-0.09倍螺杆外径，第二计量段10的总长度为5-11倍螺杆外径，优选为7倍螺杆外径。

所述多面体混合段长度为2-8倍螺纹外径，其表面设置多个等间距排列的螺旋多面体，多面体混合段的截面形状为平行四边形，其底面的面积大于顶面的面积，多面体混合段的多面体可以将熔体打散破坏，打乱固相和液相物料的流动，是物料反复的被分开和汇合，增加对物料混炼、均化效果，提高添加剂的分散性，提高混炼的均匀性。

所述螺旋多面体在螺旋杆圆周上环形排列的个数为4-30个，在螺杆轴向上排列的排数为4-10排。螺旋多面体91的截面形状为平行四边形，多面体混合段优选为3倍螺杆外径。

较大的长径比可以保证在螺杆高转速状态下物料在料筒中的停留时间，使其充分塑化。

加料段采用单头螺纹，提高了加料能力；压缩段采用优化的双头螺纹结构，增强了熔融塑化效果，改善了物料在压缩段的堵塞现象，提高了塑化能力；

剪切段采用数对螺旋槽结构，加强熔融塑化和混合能力，并增加了对物料的推进作用；

减压段采用较深螺槽的单头螺纹，减少了机头压力对加料段加料能力的影响，减少了机筒内的压力，减少了螺杆与机筒的磨损；

多面体混合段采用螺旋多面体型结构，对物料有推进和混合作用，螺杆的分布混合能力加强，提高了纵横方向上的均匀性、混炼效果好、分散性好。挤出螺杆采取大的长径比，可以提高螺杆的转速，从而提高挤出量。整根螺杆设计合理，可以获得高转速、高比产量、塑化质量好、计量准确、熔体温度低的PP产品。

本发明的工作过程：

物料从料斗进入螺杆的加料段5，在螺杆转速作用下，被逐渐推向螺杆头12并被压实，同时在螺杆和料筒的剪切和外部加热器作用下逐渐熔融。在螺杆的压缩段6，物料在输送过程中开始熔融，在螺杆的推动下，已熔融的物料越过附加螺纹64进入液相槽61中，而未熔融的固体粒子被附加螺纹64挡住，仍然在固相槽62中，从而实现已熔融的物料和未熔融的物料分离，在固相槽62与液相槽61汇合的地方基本熔融完成；已经熔融的塑料和固体塑料被分开，使得已经熔融的塑料受到的剪切减小，从而实现低温挤出，这也为实现螺杆的高速运转提供了条件。在剪切段8，一方面共用螺纹81阻挡一定大小的固相通过，使其留在进料螺旋盲槽82内继续经受螺纹的剪切、挤压或加热，促使熔融；另一方面共用螺纹81对越过共用螺纹81的物料进行较强的剪切，物料又得到进一步的熔融或塑化；越过共用螺纹81的物料在出料螺旋盲槽83中产生涡流运动，物料又得到混合。这些剪切和混合将机械能转变为热能，从而加强物料的熔融均化。物料流过共用螺纹81时，料流各层间具有较大的速度差，产生层间滑移而产生摩擦热，因而促进了物料的塑化；物料在进入进料螺旋槽82时，物料由带状层流被分割成若干股，在流过出料螺旋盲槽83后，物料由若干股汇合在一起，料流易产生涡流和料流的方向改变，这样各部分物料重新分布混合，有利于添加剂和色母的分散。在减压段9，由于机头的压力不会象普通螺杆那样沿着螺杆向加料段移动，使加料困难，使沿螺杆压力明显减小，尤其加喂料段更明显，在整个速度范围内螺杆在精确恒定产量下运转，并且不受压力和速度的影响，计量更加精确。在第二计量段10，熔体在螺纹的推动下，建立较高的熔体压力，像计量泵那样准确、定量输送熔体物料，增加正流，减少压力流和漏流，使塑化得更充分更均匀。在多面体混合段11，一方面是多面体混合段将固体物料打碎，破坏熔体，打乱固体和液体的两相流动，并将料流反复地分开和汇合，改变料流在料筒内的方向和速度分布，使固相和液相充分混合，增大固相与液相之间的传热面积，并对物料产生一定阻力和摩擦剪切，使固相熔融；另一方面是将物料进行多次分割、分流和汇合，从而增加对添加剂、色母的分散性。

塑料原料进入螺杆的螺槽后，随着锥形螺杆的旋转而被逐渐推向螺杆头12方向。在加料段5，螺槽被松散的固体粒子所充填，由于螺槽深，故加料量较大，。当物料进入压缩段6后，由于螺槽逐渐变浅，螺距变小，在物料中形成了较高的压力，物料被压得很密实，并把物料中混有的空气和其它挥发物通过螺槽被迫向螺杆加料段5方向移去并排出，同时在外加热和螺杆、机筒对物料的剪切作用所产生的摩擦热的作用下，塑料的温度逐渐升高，当物料温度达到一定温度后，塑料原料逐渐开始熔融。随着物料的向前输送，熔融的塑料逐渐增多，而未熔融的塑料逐渐减少，大约在压缩段6的结束处，塑料基本熔融。在第一计量段7的均化作用下，螺杆将熔融物料挤入剪切段8。在多面体混合段11，多面体将将物料反复地分开和汇合，使固相和液相充分混合，并同时增大了固相与液相之间的传热面积，有利于加速固相熔融过程，同时固相在熔融过程中不断从熔体上吸取热量，有可能降低熔体的温度。

根据实验，与普通螺杆相比，挤出物的径向温差可减小1～3℃，横向温差可减小2～5℃；将物料进行多次分割、分流和汇合，物料在运动过程中其方向和位置上的变化，使物料中不同组分能能够很好地被分散和混合，因而可以得到混合均匀和低温的挤出物。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，沿进料至螺杆头方向顺次设有加料段、压缩段、第一计量段、剪切段、减压段、第二计量段和多面体混合段，所述加料段、压缩端、第一计量段和剪切段构成第一级螺杆，所述减压段、第二计量段和多面体混合段构成第二级螺杆，所述加料段设有单螺纹构成的加料槽，所述第一及第二计量段设有单螺纹形成的计量槽，所述减压段设有单螺纹形成的减压槽，所述压缩段设有主螺纹及附加螺纹，所述主螺纹与加料段的单螺纹连接形成固相槽，所述附加螺纹与第一计量段的单螺纹连接形成液相槽，所述剪切段设有多对进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽，所述进料螺旋盲槽的入口与第一计量段连接，所述出料螺旋盲槽与减压段连接。

2.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述加料槽的宽度0.05-0.1倍螺杆外径，加料槽的深度为0.09-0.15倍螺杆外径，加料段的总长度为5-10倍螺杆外径。

3.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述主螺纹的导程为1.1-2.1倍的螺杆外径，其宽度为0.05-0.1倍螺杆外径；所述附加螺纹的导程0.8-1.8倍的螺杆外径，其宽度为0.03-0.06倍螺杆外径，长度为10-21倍螺杆外径。

4.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述固相槽的宽度从加料段到第一级计量段方向逐渐减小，其槽底是沿着加料段槽底向第一级计量段方向延伸；所述液相槽的槽底从附加螺纹外表面向第一级计量段的计量槽槽底方向延伸。

5.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，第一计量段的计量槽的宽度大于螺杆外径，且保持不变，计量槽的深度为0.05-0.11倍螺杆外径，小于加料槽的深度，单螺纹宽度为0.05-0.09倍螺杆外径，第一计量段的总长度为2-6倍螺杆外径。

6.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述剪切段的圆柱面还设有共用螺纹及非共用螺纹，所述进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽为偶数对，所述进料螺旋盲槽和出料螺旋盲槽的垂直截面形状为半圆形。

7.根据权利要求6所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述共用螺纹的外径比非共用螺纹的外径小0.6-1.5mm，所述剪切段的长度为1-4倍螺杆外径。

8.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述第二级计量段的计量槽宽度大于螺杆外径，其深度为0.05-0.09倍螺杆外径，且小于减压段的深度。

9.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述多面体混合段的表面设有多个等间距排列的螺旋多面体，在螺杆圆周上环形排列的个数为4-30个，在螺杆轴向上排列的排数为4-10排，螺旋多面体的截面形状为平行四边形，多面体混合段的长度为2-8倍螺杆外径。

10.根据权利要求1所述的一种两级七段式高转速高产PP挤出螺杆，其特征在于，所述螺杆头为圆锥角，锥角为20-60度，螺杆的有效长度为螺杆外径的38倍。