CN1126956A - 捏合机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的捏合机即使在高速旋转时，被捏合材料也能连续地粘性流动，能防止切屑的发生并充分发挥排气功能。本发明的捏合机中，转动体3可旋转自如地插入在滚筒2内的捏合室6、7内。在转动体3的周面上，形成被捏合材料进给部10B，在滚筒2中位于进给部10B处，设有通往捏合室7的排气口14；其特征在于，进给部10B的排气区域V中，螺杆梢19的材料输送面19B是凸曲面。本发明还涉及具有排气功能的捏合机(包括捏合挤出机)。

Description

捏合机
【技术领域】
本发明涉及使被捏合材料可塑化而对其进行均匀地捏合并具有排气功能的捏合(混炼)机(包括捏合挤出机)，特别涉及机器中的转动体形状。该被捏合材料是加入了颜料等添加剂、玻璃纤维等加强剂的橡胶、树脂等。
【背景技术】
图12-图15示出了一种公知的捏合机(参照日本专利公报特开平4-28 505号)。
图12中，该捏合机1中备有通过支承腿9横置在底座8上的细长滚筒(外壳)2。在该细长滚筒2的轴向一端，具有被捏合材料(橡胶、树脂等)的供给口13；在轴向的另一端，具有排出口15。在供给口13与排出口15之间，形成轴向的捏合室6、7。转动体插入在该捏合室6、7内，在转动体驱动机构4的驱动下，该转动体绕其轴心旋转自如。
在滚筒2的轴向中间部，设有闸门装置5。在转动体3上形成与该闸门装置5对应的环形阻挡部12，该阻挡部12把捏合室在轴向分为第1级捏合室(第1捏合级)6和第2级捏合室(第2捏合级)7。在闸门装置5附近的滚筒2上，形成有与第2级捏合室7相通的排气口14。
捏合室6、7的横断面形状是眼镜形的，各眼镜部在径向相互连通，左右一对转动体3插入在各眼镜部内，如图15中的箭头所示，转动体3被驱动相互朝内旋转。
在左右一对转动体3的外周面上，在第1捏合室6内，在轴向形成由螺杆梢19构成的进给部10A和由捏合翼构成的捏合部11A；在第2捏合室7内，在轴向形成由螺杆梢19构成的进给部10B和由捏合翼构成的捏合部11B。
第1级捏合室6的进给部10A用于塑化和输送从供给口13投入的被捏合材料；第2级捏合室7的进给部10B用于输送熔融材料。
上述闸门装置5备有上下一对闸门部件16、17，该闸门部件16、17嵌插入形成在滚筒2上下部分形成的滑动导向部16A、17A内，并可自如地接近或背离阻挡部件12。该闸门部件16、17的门部16B、17B如图13所示，是锥形的，在驱动机构1 8的驱动下，能自如地调节树脂流路21。
如图9所示，转动体3插入在直径为D的捏合室6、7内，该转动体3的第1捏合部11A的外径和第2进给部10B的外径大致相同，位于该两者之间的阻挡部12的外径小于它们的外径。这样，如图15所示，在左右阻挡部12、12之间以及在阻挡部12与滚筒2内面之间分别形成横向的冲撞空间S1、S2、S3。如图14所示，进给部10B的螺杆梢19的断面中，一面是材料输送面19B，另一面是反输送面19C，材料输送面19B和反输送面19C都是从其根部的凹状圆角面20竖起的平面状立面。当旋转转动体3时，由材料输送面19B输送(挤出)被捏合材料。
已往，为了防止短路，可以如日本专利公报特开平4-28505号所记载的那样(图15)，在上下闸门部件16、17处闭塞上述的冲撞空间S1、S2、S3，形成完整的双重圆筒。但是这样一来，从阻挡部12的树脂流路21送到排气部的树脂隆起(排气隆起)，造成排气口14被闭塞的问题。
为了防止这种排气隆起以及尽量避免材料粉化的发生，一种公知的做法是：把左右一对捏合室呈左右不同高度倾斜设置，并设置排气口，使该排气口的下端部仅通向该对捏合室内的上层捏合室(参照日本专利公报特开平3-251405号)。
另外，为了提高输送被捏合材料的能力，如图14所示，使螺杆梢19与滚筒2的捏合室7内面间的最小间隙(留空量)HO在旋转时不与金属接触的范围内尽可能地小，例如为捏合室内径(通常就是滚筒内径)的0.01-0.02倍以下，其螺旋角θ约为20°。
但是，通过阻挡部12送到排气口14的被捏合材料是熔融状态，而且各转动体3高速旋转着，在上述现有技术中，由于排气区域中的螺杆梢19的材料输送面19B为平面状立面，螺杆梢19的齿顶19A起着刀子的作用，切断被捏合材料而产生切屑，这些切屑付着在排气口14的周围，最终会阻塞排气口14，损坏排气功能。这种现象在高粘度材料时尤为显著。
这是由于从树脂流路21流出的形为薄膜的熔融树脂是高粘性的，没有很好的粘性流动性，不能很顺利地流过螺杆的材料输送面19B的缘故。
上述现有技术中的后者，在转动体3低速旋转(200rpm以下)且低粘度材料时，使被捏合材料有连续粘性流动性，可以防止产生切屑。但是，在高速旋转时，不能防止切屑的产生。
另外，由于螺杆梢19的反输送面19C是平面状立面，一边在螺杆槽19D内回流、一边往逆行方向输送的树脂量多，使输送效率降低。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于，提供一种即使在高速旋转时，被捏合材料也能连续地粘性流动，能防止切屑的产生并充分发挥排气功能的捏合机。
【发明内容】
为了实现上述目的，本发明的捏合机备有：带有沿轴向形成的捏合室和与该捏合室相通的排气口的滚筒、可旋转自如地插入捏合室并且外周面具有由螺杆梢构成的进给部的转动体；该转动体的进给部位于包含排气口的排气区域内；在这种捏合机中公开了下述装置。
即在本发明第一方案中，上述排气区域中的进给部的螺杆梢断面中的材料输送面形成为凸曲面。
在本发明第2方案中，上述排气区域中的进给部的螺杆梢断面中的材料输送面和反输送面都形成为凸曲面。
另外，本发明中，在滚筒的轴向中间位置处备有闸门装置；在与该闸门装置对应的转动体上备有阻挡部，把上述捏合室分为第1级捏合室和与其相接的第2级捏合室，上述排气口与第2级捏合室连通。
本发明中，上述进给部与捏合室内面的最小间隙可为捏合室内径的0.03-0.08倍；材料输送面和反输送面的凸曲面中，其材料输送面的曲率半径可小于反输送面的曲率半径。
排气区域中的进给部的螺杆梢，可为朝着材料输送方向直径增大的锥形；进给部的螺杆的螺旋角可为15°-60°。
根据本发明，由于螺杆梢19的材料输送面19B是凸曲面，从由阻挡部12和闸门部件16、17形成的树脂流路21送来的熔融、均质化的被捏合材料在螺杆梢与滚筒2内面之间一边被研碎一边连续地粘性流动，在螺杆槽19D内不被切断而被送出到排出口15。因此，被捏合材料不会成为切屑而飞散，不会阻塞排气口14，能持续运行。被捏合材料中含有的水分等挥发成分通过排气口14有效地被除去，提高了产品质量。
另外，从树脂流路21出来的形为薄膜状的熔融树脂即使是高粘性材料，由于螺杆材料输送面19B是凸曲面，薄膜在这里也能很好地粘性流动，不会阻塞排气口14。另外，上述进给部10B与捏合室7内面之间的最小间隙(梢尖留空量)HO为捏合室内径的0.03-0.08倍，通过使转动体3高速旋转，不会降低输送被捏合材料的能力，能确保所需的生产率。
由于进给部10B的螺杆梢19的螺旋角θ为15°-60°，所以能用适当的速度输送被捏合材料，能提高防止“排气隆起”的效果。
根据本申请的另一方案，由于材料输送面19B和反输送面19C都是凸曲面，可以使一边在螺杆槽19D内回流、一边通过梢尖留空量的树脂量增加，这样，降低了熔融树脂的飞散，减少“排气隆起”量。
由于在梢尖部的树脂通过量增加，熔融树脂被可靠地研碎，提高了捏合质量(凝胶的消除)。
由于反输送面19C为凸曲面，材料被挤压向滚筒内面，更促进凝胶的消除。
【附图说明】
图1是本发明第1实施例主要部分的局部剖视侧面图。
图2是图1的A-A线断面图。
图3是图1的B-B线断面图。
图4是本发明第1实施例与现有技术的“排气隆起”(vent-up)比试验结果图。
图5是本发明第2实施例主要部分的局部剖视侧面图。
图6是本发明中，采用2条螺杆梢(screw tip)时的断面图。
图7是本发明中，采用1条螺杆梢时的断面图。
图8是表示二轴连续捏合机的概略构造的局部剖视整体侧面图。
图9是权利要求2所述本发明实施例主要部的局部剖视侧面图。
图10是图9的轴向断面图。
图11是图9的F-F线横断面图。
图12是现有技术的局部剖视整体侧面图。
图13是现有技术的主要部分局部剖视侧面图。
图14是图13的C-C线断面图。
图15是图13的E-E线断面图。
【最佳实施例】
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1-图3表示本发明第1实施例的主要部分。捏合机的基本构造与已参照图12描述过的捏合机相同，其共同的部分采用相同标记表示，这里说明本发明的特征部分。
本发明中的被捏合(混炼)材料是橡胶、塑料等，也可以是在橡胶、塑料等中掺入了颜料、玻璃纤维等增强材料的混合物。
第1实施例中的转动体3是左右一对，可自如旋转地插入滚筒2内的第1及第2捏合室6、7内。在其外周面上，通过具有小直径圆柱面的阻挡部12在轴向分成被捏合材料的进给部10A、10B和捏合部11A、11B。进给部与捏合部的外径大致相等。在进给部，备有螺旋角θ为30°的螺杆梢19。
在第2捏合室7的上侧并靠近阻挡部12处，设有贯穿滚筒2中捏合室7的排气口(vent port)14。在滚筒2上位于阻挡部12外周处，设有上下一对闸门部件16、17，该对闸门部件16、17可相对于阻挡部12相互移近或相互移离，以此来自如地调节由阻挡部12外周的间隙界定的流路21。
第2捏合室7内的进给部10B的螺杆梢19至少在排气区V内的材料输送面19B是光滑的凸曲面(弯曲曲率中心在转动体3的内侧或在输送面19B的内侧)，反输送面。19C是平面状立面。螺杆梢齿顶19A与滚筒2的内径D之间的最小间隙HO(梢尖留空量)为滚筒内径D的0.03-0.08倍。凸曲面的材料输送面19B一边研碎被捏合材料，一边使其连续地粘性流动，被捏合材料在螺杆槽19D可不被切断地流动。
上述螺旋角θ最好定为15°-60°。即，当螺旋角θ小于15°时，虽然排气隆起比(排气隆起量/生产量)降低，但在排气区的滞留时间增长，树脂异常隆起。当螺旋角θ大于60°时，沿螺杆梢19输送被捏合材料的速度降低，排气隆起比增大，容易形成排气隆起。
当上述最小间隙HO小于0.03D时，排气隆起比增大，螺杆梢19的齿顶19A的切削作用增大，增加了切屑的产生。当该最小间隙HO大于0.08D时，螺杆梢19的材料输送能力大为降低。因此，把该最小间隙HO定为0.03D-0.08D。
其中，以把HO定为0.03D、θ角定为15°或30°，把HO定为0.04D、θ角定为30°为最佳。
本发明第1实施例的效果可从图4所示的与现有技术的比较试验结果得知。图4表示现有技术(试验No.1，2)和本发明第1实施例(试验No.3，4，5，6)的排气隆起树脂量相对于生产量的比，即排气隆起比(％)。试验材料是采用线型低密度聚乙烯(L-LDPE)，试验条件是：转动体3的旋转数为450rpm，生产量为440kg/h。
从图4可知，现有技术的排气隆起比是0.07％以上，而本发明的排气隆起比是0.02％以下，除了试验No.5以外，其它的试验No.3，4，6的排气隆起比都在最大容许值0.01％以下。
图5表示本发明的第2实施例，与第1实施例的不同之处是：第2捏合室7内的排气区V中，进给部10B的螺杆梢19的外径朝排出口侧(材料输送方向)扩径成锥状。这样可以抑制材料过度发热。其它方面与第1实施例具有相同的效果。因此，标注了与图1相同的标记，其说明从略。
本发明并不限于上述的实施例，不仅可以如图6所示采用2条螺杆梢19，也可以如图7所示，采用1条螺杆梢19。另外，也可以把第2捏合室7内的捏合部11B做成与第1捏合室6内的捏合部11A不同的形状。例如可以如图8所示那样，在第2捏合室7内延伸螺杆梢。另外，用于2轴捏合机(也包括2轴捏合挤出机)、单轴捏合机(也包括单轴捏合挤出机)时，可作适当的设计变更。
在2轴形式的情况下，转动体具有螺杆的啮合部，该转动体可以变化成圆周方向旋转、不同方向旋转、完全啮合、不完全啮合、非啮合等各种形式。
图9-图11表示本发明权利要求2涉及的实施例。构成排气区中进给部10B的螺杆梢19的断面中的材料输送面(挤出面)19B和反输送面(牵拉面)19C都是凸曲面，其它的构造与已述的内容相同，其相同的部分用同一标记表示。
由于材料输送面19B和反输送面19C都是凸曲面，所以，可增加一边在螺杆槽19D内回流、一边通过梢尖留空量HO的树脂量，这样，降低了熔融树脂的飞散，抑制排气隆起量。
通过增加在梢尖留空量HO的树脂通过量，与第1实施例相比，溶融树脂在与滚筒2内面之间更加被研碎，因消除凝胶而提高捏合质量。
特别是，由于把反输送面19C做成凸曲面，在闸门装置5附近(流路21的出口)，凸曲面把材料往滚筒内面挤压，更促使凝胶的消除。
从这一点考虑，虽然也可以把材料输送面19B和反输送面19C的曲率半径作成相等的，但是，如图11所示，使反输送面19C的曲率半径大于输送面19B的曲率半径，也就是说，输送面19B的曲率半径小于反输送面19C的曲率半径是有利的。
另外，由于把材料输送面19B和反输送面19C都做成凸曲面，螺杆齿顶19A也就形成为曲面。
在图9-图11的实施例中，表示采用了3条螺杆梢19的2轴捏合机，但是也可以采用2条或1条螺杆梢；也可适用于单轴形转动体，也可适用于图5和图8所示的构造。
虽然，在第2捏合级中，把螺杆梢的输送面做成凸曲面，或者把输送面和反输送面都做成凸曲面，是有特别有用的。但是，在第1捏合级中，也可以把螺杆梢的断面做成凸曲面。
根据本发明的第1方案，即使在高速旋转时，被捏合材料也不会被切断，其连续粘性流动可防止切屑的发生。因此，排气口不会被阻塞，可以连续运行。能有效地除去被捏合材料中含有的水分等挥发成分，充分发挥排气功能，可提高质量。
根据本发明的第2方案，由于螺杆梢断面中的材料输送面和反输送面都是凸曲面，与滚筒内面共同动作，材料的研碎功能更加提高，能消除凝胶，提高捏合质量。
【产业上的实用性】
本发明可用于捏合机，该捏合机具有排气功能，这种功能可使被捏合材料可塑化并均匀捏合，该被捏合材料是加入了颜料等添加剂、玻璃纤维等加强剂的橡胶、树脂等。
                  附图标记的说明
1       捏合机
2       滚筒
3       转动体
5       闸门装置6           捏合室7           捏合室10A，10B    进给部11A，11B    捏合部12          阻挡部14          排气口16          闸门部件17          闸门部件19          螺杆梢19B         材料输送面19C         材料反输送面D           滚筒内径V           排气区θ                       螺旋角

Claims (7)

1，一种捏合机，备有：带有沿轴向形成的捏合室和与该捏合室相通的排气口的滚筒、可旋转自如地插入捏合室并且外周面具有由螺杆梢构成的进给部的转动体；该转动体的进给部位于包含排气口的排气区域内；其特征在于，上述排气区域(vent zone)中的进给部的螺杆梢断面中的材料输送面形成为凸曲面。
2，一种捏合机，备有：带有沿轴向形成的捏合室和与该捏合室相通的排气口的滚筒、可自如旋转地插入捏合室并且外周面具有由螺杆梢构成的进给部的转动体；该转动体的进给部位于包含排气口的排气区域内；其特征在于，上述排气区域中的进给部的螺杆梢断面中的材料输送面和反输送面都形成为凸曲面。
3，如权利要求1或2所述的捏合机，其特征在于，在滚筒的轴向中间位置处备有闸门装置；在与该闸门装置对应的转动体上备有阻挡部，把捏合室分为第1级捏合室和与其相接的第2级捏合室，上述排气口与第2级捏合室连通。
4，如权利要求1至3中的任一项所述的捏合机，其特征在于，  上述进给部与捏合室内面的最小间隙为捏合室内径的0.03-0.08倍。
5，如权利要求2所述的捏合机，其特征在于，材料输送面和反输送面的凸曲面中，其材料输送面的曲率半径小于反输送面的曲率半径。
6，如权利要求1至5中的任一项所述的捏合机，其特征在于，排气区域中的进给部的螺杆梢朝着材料输送方向直径增大形成锥形。
7，如权利要求1至6中的任一项所述的捏合机，其特征在于，进给部的螺杆的螺旋角为15°-60°。
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