CN116330617A - 一种挤出机用螺杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料成型设备技术领域，解决现有挤出机用螺杆的结构设计不合理，不能适用于不同原物料的塑化挤出，混炼效果不佳的技术不足，采用的技术方案为：螺杆由后向前分为进料段、熔融段、混炼段、排气段和均化段，螺杆长度L，公称直径D，进料段长度为0.31L～0.36L，熔融段长度为0.26L～0.30L，混炼段长度为0.074L～0.10L，排气段长度为0.12L～0.15L，均化段长度为0.15L～0.18L；混炼段包括有至少两个混炼元件，每个混炼元件上皆设有至少四条沿螺杆轴线由后向前旋绕180°以内的混炼螺棱，混炼螺棱间的螺棱导程由后向前逐渐增加。本发明优化了各分段结构，保证不同材料塑化挤出效率的同时，优化了混炼元件结构，促进熔融物料混合，保证了不同种类物料混炼、塑化的效果。

Description

一种挤出机用螺杆

技术领域

本发明涉及可塑性高分子材料的成型设备技术领域，更具体的涉及一种挤出机用螺杆。

背景技术

可塑性高分子材料广泛用于生产、生活中的各个领域，其成型加工方法主要包括注塑成型、挤出成型、模压成型、吹塑成型、压延成型及发泡成型等，其中，挤出成型的效率高、连续性好，适于大规模连续生产、制造，有利于降低可塑性高分子材料的成型成本，因此应用特别广泛。螺杆挤出机是挤出成型工艺中使用的关键塑化设备，其结构简单、工作稳定、塑化效果好，适用于多种可塑性高分子材料如PP、PA、PE、PVC等的挤出成型。

为了提高挤出塑化成型的效率，优化改进挤出机螺杆结构和与之配合的机筒结构成为必然。目前，大多数挤出机的机筒采用与螺杆螺纹反向的沟槽结构，利用耦合双槽的剪切作用提高物料的塑化效率。挤出机常用的螺杆沿其轴向由后向前一般分为进料段、熔融段、混炼段、排气段和均化段，处理的原料种类不同，螺杆各分段的长度与螺杆总长度的比值及各分段螺棱的螺距、棱深一般不同，这就导致塑化挤出不同原料时，需要更换不同的螺杆，影响生产的连续性。另外，现有挤出机用螺杆其混炼段的混合元件结构较复杂，例如同时具有正向或反向捏合块，或者兼具捏合块和大导程螺纹元件，使得混炼段长度占螺杆总长度的比值较大，影响了其他分段结构的优化设计，导致挤出机针对不同可塑性高分子材料塑化挤出的效率、效果差距较大，且混炼效果不佳。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于解决现有挤出机用螺杆的结构设计不合理，不能适用于不同种类可塑性高分子原料的塑化挤出，且混炼段结构复杂、长度占比大、不同物料混炼效果差别较大、效果不佳的技术问题，而提供一种改进型的，能够适用于多种可塑性高分子材料塑化挤出，且混炼段结构简单、长度占比小、混炼效果佳的挤出机用螺杆。

为解决本发明所提出的技术不足，采用的技术方案为，一种挤出机用螺杆，同轴线转动设于螺杆挤出机的机筒中，所述螺杆由后部进料端向前部挤出端顺次划分为进料段、熔融段、混炼段、排气段和均化段，螺杆的长度L与螺杆的公称直径D的比值为16～20；其特征在于：所述进料段的长度为0.31L～0.36L，所述熔融段的长度为0.26L～0.30L，所述混炼段的长度为0.074L～0.10L，所述排气段的长度为0.12L～0.15L，所述均化段的长度为0.15L～0.18L；混炼段包括有至少两个前后间隔设置的、结构相同的混炼元件，每个所述的混炼元件上皆设有至少四条沿螺杆轴线由后向前旋绕180°以内的混炼螺棱，所述混炼螺棱间的螺棱导程由后向前逐渐增加。

进一步的，所述混炼元件的各混炼螺棱的螺槽深度一致，皆为0.10D～0.14D。

进一步的，所述的进料段上设有不等宽、不等深的单螺旋进料螺棱，所述进料螺棱的螺距沿螺杆轴向由后向前逐渐缩小，进料螺棱的螺槽深度沿螺杆轴向由后向前逐渐增大。

进一步的，所述的熔融段上设有等宽不等深的单螺旋熔融螺棱，所述熔融螺棱的螺槽深度沿螺杆轴向由后向前逐渐缩小，且最后一位熔融螺棱的螺槽深度同与之相邻的最前一位所述进料螺棱的螺槽深度相同，熔融螺棱与进料螺棱的螺旋升角相同。

进一步的，最后一位所述进料螺棱的螺槽深度为0.12D～0.13D，最前一位进料螺棱及与之相邻的最后一位所述的熔融螺棱的螺槽深度皆为0.13D～0.14D，最前一位熔融螺棱的螺槽深度为0.06D～0.10D。

进一步的，所述熔融段的压缩比为1.6～2。

进一步的，所述的排气段上设有等宽等深的单螺旋排气螺棱，所述排气螺棱的螺槽深度为0.15D～0.18D。

进一步的，所述排气段的排气螺棱的螺距是所述混炼元件长度的一半。

进一步的，所述的均化段上设有等宽等深的单螺旋均化螺棱，所述均化螺棱的螺槽深度为0.05D～0.07D。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：对螺杆的各功能分段结构进行了优化改进，其中，进料段、熔融段、混炼段、排气段和均化段的长度分别占螺杆总长度的31%～37%，26%～30%，7.5%～10%，12%～15%，15%～18%，此种设计在保证不同可塑性高分子材料的塑化挤出效率的同时，最大程度的降低了混炼段长度，为其他各功能段机构的优化设计提供了长度空间，可适用于多种不同材料的塑化挤出。而且，本发明螺杆结构设计改善不同材料塑化挤出效率的同时，优化了混炼元件的结构，通过混炼元件上的混炼螺棱促进熔融物料的混合，利用导程逐渐增加的混炼螺棱增加物料的剪切作用，促进物料的进一步塑化，同时降低了焦料及气泡的产生，提降低了原料浪费及排气段的排气难度，保证了不同种类物料混炼、塑化的效果。另外，本发明挤出机用螺杆的结构简单，运行可靠，适用性强，塑化效果好，适于在大规模可塑性高分子材料的成型加工企业中推广应用。

附图说明

图1为本发明螺杆的整体结构示意图；

图2为本发明螺杆的进料段局部结构放大示意图；

图3为本发明螺杆的熔融段局部结构放大示意图；

图4为本发明螺杆的混炼段局部结构放大示意图；

图5为本发明螺杆的排气段局部结构放大示意图；

图6为本发明螺杆的均化段局部结构放大示意图。

图中：1.进料段，11.进料螺棱，2.熔融段，21.熔融螺棱，3.混炼段，31.混炼元件，311.混炼螺棱，4.排气段，41.排气螺棱，5.均化段，51.均化螺棱。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明技术方案，以下通过具体实施例对本发明作进一步地说明，且以下实施例中所采用的具体实施方式仅只是本发明技术方案中的一部分优选的实施方式，并不是对本发明的限定。

参照图1及图4所示，本发明一种挤出机用螺杆，同轴线转动设于螺杆挤出机的机筒中，该螺杆由后部进料端向前部挤出端顺次划分为进料段1、熔融段2、混炼段3、排气段4和均化段5，且螺杆的长度L与螺杆的公称直径D的比值为20，螺杆的螺旋升角优选的为17°40′。

具体的，该螺杆的进料段1的长度L1=0.35L，熔融段2的长度L2=0.3L，混炼段3的长度L3=0.08L，排气段4的长度L4=0.12L，均化段5的长度L5=0.15L，其中，混炼段3包括有两个前后间隔设置的、结构相同的混炼元件31，每个混炼元件31上皆设有六条沿螺杆轴线由后向前旋绕180°以内的混炼螺棱311，所述混炼螺棱311间的螺棱导程由后向前逐渐增加。

上述螺杆各功能分段的长度皆进行了优化改进，使之能够适应不同种类原料的挤出成型，同时对混炼元件31结构进行了优化改进，相邻混炼螺棱311之间构成用于液相物料流动、混合的流道，且由后一混炼元件31的流道出料端口（导程大）处流出的液相物料经两混炼元件31间的间隙后，会在前一混炼元件31的流道入料端口（导程小）处被部分分流，完成液相物料在两混炼元件31间的流道转换。

进一步的，参照图4所示，本发明螺杆的两混炼元件31的各混炼螺棱311的螺槽深度一致，皆为0.10D。

进一步的，参照图2至图3所示，本发明螺杆的进料段1上设有不等宽、不等深的单螺旋进料螺棱11，所述进料螺棱11的螺距沿螺杆轴向由后向前逐渐缩小，进料螺棱11的螺槽深度沿螺杆轴向由后向前逐渐增大。同时，该螺杆的熔融段2上设有等宽不等深的单螺旋熔融螺棱21，所述熔融螺棱21的螺槽深度沿螺杆轴向由后向前逐渐缩小，且最后一位熔融螺棱21的螺槽深度同与之相邻的最前一位所述进料螺棱11的螺槽深度相同，熔融螺棱21与进料螺棱11的螺旋升角相同。

具体的，最后一位所述进料螺棱11的螺槽深度为0.12D，最前一位进料螺棱11及与之相邻的最后一位所述的熔融螺棱21的螺槽深度皆为0.14D，最前一位熔融螺棱21的螺槽深度为0.06D。

优选的，该螺杆的熔融段2的压缩比为1.8。

进一步的，参照图5所示，本发明螺杆的排气段4上设有等宽等深的单螺旋排气螺棱41，所述排气螺棱41的螺槽深度为0.16D，且排气螺棱41的螺距是混炼元件31长度的一半。

进一步的，参照图6所示，本发明螺杆的均化段5上设有等宽等深的单螺旋均化螺棱51，所述均化螺棱51的螺槽深度为0.06D。

使用过程中，挤出机驱动该螺杆正向旋转，通过进料段1的进料螺棱11将经由挤出机的物料入口连续进入的可塑性高分子颗粒材料或粉料向前输送至熔融段2，同时，槽深逐渐增加的渐进式的进料螺棱11提高了物料输送效率，降低了物料与螺杆和机筒间的摩擦，促进了物料的混合程度，增加了物料挤出量，且防止了物料塑化的过早进行。而且，相较于现有螺杆进料段1的等螺距、等螺槽深度的结构设计，本发明螺杆进料段1的进料螺棱11螺距由后向前逐渐缩小，可以在一定程度上增加物料向熔融段2连续进料的压力，提高熔融效率，降低熔融过程中气泡的产生。

物料移动至熔融段2后，槽深逐渐缩小的熔融螺棱21不断对物料施加一定的挤压力，增加物料与螺杆和机筒间的摩擦及剪切作用，物料熔膜、熔池形成。另外，机筒外壁上辅以加热装置提供额外热量，促使物料逐渐由固相向液相转变，实现物料的熔融，熔池不断增长。

熔融物料移动至混炼段3后，顺次在两个混炼元件31的各混炼螺棱311构成的流道中持续地进行流道转换，熔融物料首先经由后一混炼螺棱311后部构成的进料端口进入混炼流道，并经其前部构成的出料端口排出，再通过两混炼元件31间的间隙经前一混炼螺棱311后部构成的进料端口进入混炼流道，并经其前部构成的出料端口送至排气段4，实现熔融物料的流道转换，促进了熔融物料的混合并进一步塑化熔融，显著提高了熔融物料的混合效果，使物料中的组分进一步细化与均化，提高物料组分的分散性与均一性，保证了产品成型后的均质性，混炼效果较佳。另外，本发明混炼段3的结构设计较为简单，该分段长度占螺杆总长度比值较小，利于其它各分段结构的优化设计，使得本发明螺杆能够适用于多种不同可塑化高分子材料的挤出成型。

熔融后的液相物料移动至排气段4后，通过排气螺棱41实现物料中气相成分、水分及易挥发杂质的排出，降低了物料杂质含量，进一步提升了产品成型后的均质性，保证了成型产品的品质。

液相物料经排气段4排出气相成分、水分及挥发性杂质后被螺杆推至均化段5（计量检定），在均化段5等宽等深的均化螺棱51作用下，在定压状态下定量、定温地从螺杆及机筒前端挤出，从而以稳定状态连续进入模压容器中进行成型。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

首先，本发明对螺杆的各功能分段结构进行了优化改进，其中，进料段1、熔融段2、混炼段3、排气段4和均化段5的长度分别占螺杆总长度的31%～37%，26%～30%，7.5%～10%，12%～15%，15%～18%，此种设计在保证不同可塑性高分子材料的塑化挤出效率的同时，最大程度的降低了混炼段3长度，为其他各功能段机构的优化设计提供了长度空间，可适用于多种不同材料的塑化挤出。

另外，本发明螺杆结构设计改善不同材料塑化挤出效率的同时，优化了混炼元件的结构，促进熔融物料混合，保证了不同种类物料混炼、塑化的效果。

上述各实施例仅为了表述清楚本发明的技术方案，并不是对本发明实施方式的限定。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种挤出机用螺杆，同轴线转动设于螺杆挤出机的机筒中，所述螺杆由后部进料端向前部挤出端顺次划分为进料段、熔融段、混炼段、排气段和均化段，螺杆的长度L与螺杆的公称直径D的比值为16～20；其特征在于：所述进料段的长度为0.31L～0.36L，所述熔融段的长度为0.26L～0.30L，所述混炼段的长度为0.074L～0.10L，所述排气段的长度为0.12L～0.15L，所述均化段的长度为0.15L～0.18L；混炼段包括有至少两个前后间隔设置的、结构相同的混炼元件，每个所述的混炼元件上皆设有至少四条沿螺杆轴线由后向前旋绕180°以内的混炼螺棱，所述混炼螺棱间的螺棱导程由后向前逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述混炼元件的各混炼螺棱的螺槽深度一致，皆为0.10D～0.14D。

3.根据权利要求1所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述的进料段上设有不等宽、不等深的单螺旋进料螺棱，所述进料螺棱的螺距沿螺杆轴向由后向前逐渐缩小，进料螺棱的螺槽深度沿螺杆轴向由后向前逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述的熔融段上设有等宽不等深的单螺旋熔融螺棱，所述熔融螺棱的螺槽深度沿螺杆轴向由后向前逐渐缩小，且最后一位熔融螺棱的螺槽深度同与之相邻的最前一位所述进料螺棱的螺槽深度相同，熔融螺棱与进料螺棱的螺旋升角相同。

5.根据权利要求4所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：最后一位所述进料螺棱的螺槽深度为0.12D～0.13D，最前一位进料螺棱及与之相邻的最后一位所述的熔融螺棱的螺槽深度皆为0.13D～0.14D，最前一位熔融螺棱的螺槽深度为0.06D～0.10D。

6.根据权利要求4所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述熔融段的压缩比为1.6～2。

7.根据权利要求1所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述的排气段上设有等宽等深的单螺旋排气螺棱，所述排气螺棱的螺槽深度为0.15D～0.18D。

8.根据权利要求7所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述排气段的排气螺棱的螺距是所述混炼元件长度的一半。

9.根据权利要求1所述的一种挤出机用螺杆，其特征在于：所述的均化段上设有等宽等深的单螺旋均化螺棱，所述均化螺棱的螺槽深度为0.05D～0.07D。

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