CN110014613A - 一种单螺杆精密挤出机螺杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单螺杆精密挤出机螺杆，其包括有：沿所述尾部至所述螺杆头的方向，该单螺杆精密挤出机螺杆依次连接有加料段、压缩段、计量段和平行段；所述加料段、压缩段和计量段的表面均设置有单螺纹；所述加料段和所述压缩段的螺纹外径连线与螺杆轴线的圆锥角度为0.8‑1.5°；所述加料段、所述压缩段以及所述计量段的螺纹外径和螺槽宽度相等；所述加料段、所述压缩段以及所述计量段的螺纹升角为16‑18°；沿螺杆的周向，所述平行段的表面环设有多圈间距排列设置的菱形销钉；所述菱形销钉具有与螺杆轴线平行的对角线。本发明的单螺杆精密挤出机螺杆，结构简单合理，挤出稳定性良好且塑化能力强。

Description

一种单螺杆精密挤出机螺杆

技术领域

本发明涉及一种用于单螺杆精密挤出机内的螺杆，尤其是涉及塑料精密挤出机用于制备精密医疗导管和线材的挤出螺杆。

背景技术

据有关资料统计，有60％以上的塑料制品是用挤出法加工成型的。然而挤出成型存在制品的成型精度较低的问题，由此造成的浪费是十分惊人的，采用常规挤出装备生产的板、片、膜、管的壁厚不均匀度一般可达8％至10％，由此造成的材料浪费一般可达8％左右。此外，挤出精度不高还限制了一些高精密度产品的应用领域，如以聚碳酸酯(PC)为原料的光导纤维，设计上要求产品直径的公差不能超过其公称直径的1％，常规挤出机是不能满足这一要求的；医用特种管材制品、微孔发泡制品等对挤出精密性要求极高，常规挤出工艺及设备也很难达到要求。

挤出过程的精密化是现代挤出成型技术发展的重要方向。精密挤出成型是通过对挤出过程要素的精确控制，实现挤出制品几何尺寸高精密化和材料微观形态高均匀化的成型过程。精密挤出的主要特征是：挤出装备工作状态极为稳定，加工工艺条件可以得到严格的保障，挤出制品的几何精度比常规挤出成型方法提高50％以上。

螺杆是影响挤出过程精密化的关键因素，是挤出成型设备的″心脏″，它的功能是对聚合物物料的塑化、混炼及输送。普通螺杆是指常规全螺纹螺杆，分为等距变深、等深变距和变距变深螺杆。普通螺杆在使用过程中，会出现固体输送能力不高，转速提高后塑化不良、熔料过热及波动加剧等缺点，这些缺点严重影响挤出成型制品的质量，特别是对性能、尺寸稳定性要求特别高的医疗级导管和线材制品。如果不改变螺杆结构，仅通过调整螺杆参数、生产工艺条件等手段，将不会对挤出制品的挤出产量、质量有根本性的改观。于是人们在挤出理论的指导下，通过不断地实践探索，对普通螺杆的结构进行重大改良，于是出现了各式各样的螺杆。

目前螺杆的种类有普通螺杆、分离型(BM)螺杆、Barr螺杆、混炼型螺杆、屏障螺杆、屏障螺杆、波形螺杆等，螺杆的品种很多，但是适合的才是最好的。每种螺杆都有自己的优点与不足，在设计和选择螺杆时，需扬长避短，既可使用单一形式的螺杆，也可使用多种形式进行设计，但需要根据自身需求、加工难易程度等进行选择。

1.分离型(BM)螺杆克服了普通螺杆的不少缺点，如转速明显提高、熔融效率高，是一次质的飞跃，但也存在以下的不足：其固相槽越来越窄，使固体床与机筒壁的热交换面积越来越小，不利于固体的熔融；而液相槽越来越宽，熔料反而得到机筒越来越大的加热面积，不利于降低熔体的温度。

2.针对分离型(BM)螺杆的缺陷，人们通过将副螺棱导程增大，液相槽的副螺棱与主螺棱平行的方式对分离型(BM)螺杆进行改良，得到Barr螺杆。固相槽宽度保持恒定，固体物料始终有较大面积与机筒接触，有利于熔融。

3.混炼型螺杆是在熔融段设置一些按一定方式排列的圆柱销形的、菱形的或者方形的混炼元件，增加固、液相的接触面积，促进熔融，但是这种混炼元件如果排布、大小不合理，可能会导致熔体阻塞。

4.屏障型螺杆的屏障元件一般分为直槽屏障段和斜槽屏障段。其结构特点是：在一段外径等于螺杆直径的圆柱上，交替开有数量相等的进料槽和出料槽，而槽的法向截面形状根据需要可以是半圆形或者是倒梯形。矮筋是物料从进料槽进入出料槽的唯一通道，亦可称之为屏障筋。当物料到达屏障段起始端后，即被分成若干股进入进料槽，其中只有熔料和粒度小于屏障间隙的固体小颗粒，才能越过矮筋(屏障筋)，进入出料槽，小颗粒在矮筋上受到了剪切作用，大量的机械能变成热能，使小颗粒熔融，但屏障端可能会出现卡料的现象。

5.波形螺杆可分为单槽波形螺杆和双槽波形螺杆。单槽波形螺杆，采用单螺棱等距，螺槽深度沿螺杆轴向按一定的规律变化，由浅变深再变浅(槽底呈波浪形)，并以2个螺槽宽度的周期出现。物料在该段螺槽中移动，会受到重复的压缩和膨胀，从而加速固体床的崩溃，对物料的塑化和混合非常有利。双槽波形螺杆是在主螺槽中间引入一条副螺棱(外径低于主螺棱)，将主螺槽分成两部分，每个螺槽深度沿螺杆轴向按一定的规律变化，由浅变深再变浅，并以一个螺槽的周期出现，相邻螺槽峰谷交错。双槽波形螺杆除了对物料有压缩和膨胀的作用外，物料在越过副螺棱时，还要经受短暂而强烈的剪切，其效果要好于单槽波形螺杆。然而波浪形的槽底会增加熔体压力的不稳定性。

上述五种螺杆主要侧重对普通螺杆的塑化能力的改良，对挤出螺杆稳定性能改良涉及较少，有些设计可能会增加螺杆挤出的不稳定性。尤其是针对一些长径比较小、长度较短的精密挤出机螺杆，对其塑化能力、挤出稳定性同时实现改良的设计比较稀缺。此外上述几种螺杆的设计对于小型螺杆来说，加工难度较大且不太适用。

发明内容

针对以上现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种单螺杆精密挤出机螺杆，结构简单合理，挤出稳定性良好且塑化能力强。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种单螺杆精密挤出机螺杆，其包括有：沿所述尾部至所述螺杆头的方向，该单螺杆精密挤出机螺杆依次连接有加料段、压缩段、计量段和平行段；所述加料段、压缩段和计量段的表面均设置有单螺纹；所述加料段和所述压缩段的螺纹外径连线与螺杆轴线的圆锥角度为0.8-1.5°；所述加料段、所述压缩段以及所述计量段的螺纹外径和螺槽宽度相等；所述加料段、所述压缩段以及所述计量段的螺纹升角为16-18°；沿螺杆的周向，所述平行段的表面环设有多圈间距排列设置的菱形销钉；所述菱形销钉具有与螺杆轴线平行的对角线。

作为一种具体的实施例，所述菱形销钉的顶端和底端与螺杆轴线的夹角为30-60°。

作为一种具体的实施例，所述菱形销钉的高度与所述计量段的螺纹高度相同。

作为一种具体的实施例，每圈所含的所述菱形销钉等间距排列。

进一步地，相邻两圈所述菱形销钉相互错开；相邻两圈所述菱形销钉的轴向重合度为0％-30％。

作为一种具体的实施例，所述菱形销钉的轴向长度为3-8mm。

作为一种具体的实施例，所述菱形销钉的顶端具有R0.3mm的圆角。

本发明的一种单螺杆精密挤出机螺杆相对现有技术具备以下有益技术效果：

塑料原料由所述加料段进入该螺杆的螺槽后，由于该螺杆整体呈锥形，塑料原料随着所述螺杆的旋转而被逐渐推向所述螺杆头。在所述加料段，通过物料与该螺杆的相互摩擦，螺杆螺旋带动物料，物料从所述加料段推送到所述压缩段，所述压缩段的螺槽逐渐变浅，该螺杆推送并将物料逐步压实，同时在外加热以及该螺杆与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，大约在所述压缩段的结束处，塑料基本熔融。在所述计量段的均化作用下，将熔融物料被螺旋形挤入所述平行段。在所述平行段，熔体通过所述平行段表面的所述菱形钉梢时被反复地分开和汇合，因物料与所述菱形销钉之间的摩擦作用而产生的热量有利于加速固体小碎块的熔融，物料被菱形销钉破碎成小碎块以及运动过程中其方向和位置上的变化，使物料中的不同组分能够很好地被分散和混合，熔体组分与温度也更加均化；其次，所述平行段上的多圈所述菱形钉梢的存在还将原本所述计量段螺旋挤出的熔体转换成平流直线型熔体，减弱熔体螺旋挤出过程的压力波动，最终使得熔体能稳定、均匀地挤出，得到性能和尺寸稳定性优异的产品。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明实施例的一种单螺杆精密挤出机螺杆的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的一种单螺杆精密挤出机螺杆的加料段、压缩段和计量段螺纹细节示意图；

图3是本发明实施例的一种单螺杆精密挤出机螺杆的菱形钉梢的径向截面图；

图4是本发明实施例的一种单螺杆精密挤出机螺杆的平行段的菱形钉梢及其内熔体流动示意；

附图标记

1---加料段； 2---压缩段； 3---计量段；

4---平行段； 41---菱形销钉； 5---螺杆头。

具体实施方式

请参阅图1-4，一种单螺杆精密挤出机螺杆，其包括有尾部和螺杆头5，其中，沿尾部至螺杆头5的方向该单螺杆精密挤出机螺杆依次连接有加料段1、压缩段2、计量段3和平行段4；加料段1、压缩段2和计量段3的表面均设置有单螺纹；加料段1和压缩段2的螺纹外径连线与螺杆轴线的圆锥角度为0.8-1.5°；加料段1、压缩段2以及计量段3的螺纹外径和螺槽宽度相等；加料段1、压缩段2以及计量段3的螺纹升角为16-18°；沿螺杆的周向，平行段4的表面环设有多圈间距排列设置的菱形销钉41；菱形销钉41具有与螺杆轴线平行的对角线。

加料段1的长度为5-9倍螺杆平均外径，压缩段2的长度为4-8倍螺杆平均外径，计量段3的长度为4-8倍螺杆平均外径，平行段4的长度为1-5倍螺杆平均外径。平行段4表面上的的菱形钉梢共设置2-5圈，每圈设置8-12个，每圈菱形销钉41的重复单元相互间形成错位排布，两排重复单元错位时，轴向重合度为0％-30％。螺杆头5为圆锥形，锥角为120-150°。

在本实施例中，采用加料段1的长度为6倍螺杆平均外径，压缩段2的长度为4倍螺杆平均外径，计量段3的长度为4倍螺杆平均外径，平行段4的长度为1倍螺杆平均外径。平行段4表面上的菱形钉梢共设置2圈，每圈设置8个，每圈菱形销钉41的重复单元相互间形成错位排布，两排重复单元错位时，轴向重合度为0％。螺杆头5为圆锥形，锥角为150°。

塑料原料由加料段1进入该螺杆的螺槽后，由于该螺杆整体呈锥形，塑料原料随着螺杆的旋转而被逐渐推向螺杆头5。在加料段1，通过物料与该螺杆的相互摩擦，螺杆螺旋带动物料，物料从加料段1推送到压缩段2，压缩段2的螺槽逐渐变浅，该螺杆推送并将物料逐步压实，同时在外加热以及该螺杆与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2的结束处，塑料基本熔融。在计量段3的均化作用下，将熔融物料被螺旋形挤入平行段4。在平行段4，熔体通过平行段4表面的菱形钉梢时被反复地分开和汇合，因物料与菱形销钉41之间的摩擦作用而产生的热量有利于加速固体小碎块的熔融，物料被菱形销钉41破碎成小碎块以及运动过程中其方向和位置上的变化，使物料中的不同组分能够很好地被分散和混合，熔体组分与温度也更加均化；其次，平行段4上的多圈菱形钉梢的存在还将原本计量段3螺旋挤出的熔体转换成平流直线型熔体，减弱熔体螺旋挤出过程的压力波动，最终使得熔体能稳定、均匀地挤出，得到性能和尺寸稳定性优异的产品。

以下通过对比实验说明本发明的所产生的积极效果：

加工医疗级别的PA11管材，本实例使用长径比19，长度为390左右的小型螺杆进行试验，在相同工艺条件下，分别使用无混炼段螺杆和本发明实施例螺杆挤出，对熔体进行温度、压力波动范围进行检测，结果如下表：

从试验数据结果可以看出，螺杆增加平行段4表面设置菱形钉梢的设计，挤出熔体压力波动范围可减少54.8％，产品合格率提高了18％，物料被菱形销钉41破碎成小碎块以及运动过程中其方向和位置上的变化，使物料中的不同组分能够很好地被分散和混合，熔体组分与温度也更加均化；原本计量段3螺旋挤出的熔体转换成平流直线型熔体，减弱熔体螺旋挤出过程的压力波动，最终使得熔体能稳定、均匀地挤出，因而有效提高产品合格率。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种单螺杆精密挤出机螺杆，包括尾部和螺杆头，其特征在于：

沿所述尾部至所述螺杆头的方向，该单螺杆精密挤出机螺杆依次连接有加料段、压缩段、计量段和平行段；

所述加料段、压缩段和计量段的表面均设置有单螺纹；

所述加料段和所述压缩段的螺纹外径连线与螺杆轴线的圆锥角度为0.8-1.5°，

所述加料段、所述压缩段以及所述计量段的螺纹外径和螺槽宽度相等；

所述加料段、所述压缩段以及所述计量段的螺纹升角为16-18°；

沿螺杆的周向，所述平行段的表面环设有多圈间距排列设置的菱形销钉；

所述菱形销钉具有与螺杆轴线平行的对角线。

2.根据权利要求1所述的单螺杆精密挤出机螺杆，其特征在于：

所述菱形销钉的顶端和底端与螺杆轴线的夹角为30-60°。

3.根据权利要求1所述的单螺杆精密挤出机螺杆，其特征在于：

所述菱形销钉的高度与所述计量段的螺纹高度相同。

4.根据权利要求1所述的单螺杆精密挤出机螺杆，其特征在于：

每圈所含的所述菱形销钉等间距排列。

5.根据权利要求4所述的单螺杆精密挤出机螺杆，其特征在于：

相邻两圈所述菱形销钉相互错开；

相邻两圈所述菱形销钉的轴向重合度为0％-30％。

6.根据权利要求1所述的单螺杆精密挤出机螺杆，其特征在于：

所述菱形销钉的轴向长度为3-8mm。

7.根据权利要求1所述的单螺杆精密挤出机螺杆，其特征在于：

所述菱形销钉的顶端具有R0.3mm的圆角。