CN1202943C - 同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置 - Google Patents

Abstract

一种同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，在树脂材料供给部与排出部之间设置通气部，在该通气部与所述供给部之间的螺杆区域形成熔化搅拌螺杆，并在该螺杆附设加热装置构成熔化搅拌部，以分离蒸发高熔点树脂材料中所含的水分，并使该水蒸气与其它挥发成分向所述通气部诱导排出，从而达到装置小型化与高效率、高能率且连续稳定的运转操作。

Description

同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置

本发明是申请日为1997年7月24日、申请号为97115582.8、发明名称为同方向旋转双轴挤出机的高熔点树脂脱水系统的分案申请。

技术领域

本发明涉及熔点200°以上的含有水分的高熔点树脂材料的脱水装置，尤其涉及通过在同方向旋转的双螺杆之间将这种高熔点树脂材料熔化搅拌、除去所述含有的水分而挤出成形的、同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂的脱水装置。

背景技术

一般，由于热塑性树脂的聚合物制造工序中的树脂材料或这些塑料制品的废物再循环工序中的粉碎物等(以下称树脂材料)含有较多的水分，故在所述各工序末尾必须进行除去所述含有水分的脱水工序。

因此，作为现有的这种脱水处理，例如，在ABS(丙烯腈·丁二烯·苯乙烯)树脂的制造工序中一般采用使用流动干燥炉等的方法。可是，用乳液聚合制造的ABS胶乳经凝固、水洗而获得含有多水分的泥浆状。因此，作为这种情况的脱水方法，首先将所述泥浆状供给到离心脱水机来进行脱水，以获得含水率30~40％左右的含水粉末或湿饼。为防止这种含水粉末在最后工序的挤出机中的混合、在造粒工序中的排出或起泡现象，使用干燥管或流动干燥炉等利用热能而使其干燥到含水率为1％左右。

在这种干燥工序中，由于利用热能使30~40％的水分蒸发，故需要巨大的能源和时间。另外，由于含水率低下的接近于干燥状态的粉末有粉尘爆炸的危险，故需要利用加热状态的氮气将整个装置与氧气阻断，因此，设备规模大。

含水率为1％左右的材料，供给到单螺杆或双螺杆的螺杆挤出机，最后进行干燥、混合，并进行造粒。

另外，从使装置小型化的观点出发，提出了同方向旋转双螺杆挤出机的脱水方法。作为这种脱水方法，大致区别于压榨方式的脱水方法和蒸发方式的脱水方法。

因此，作为前者压榨方式的脱水方法，如图9所示，考虑了如下的结构：对于将同方向旋转的双螺杆14插装在机筒12内的双螺杆挤出机10，向其材料供给部(供给口)16供给混合物，该混合物由例如事先用离心脱水机32进行预脱水的树脂材料30的含水粉末30a、颗粒30b及加工辅助剂30c所构成的，并且，通过用螺杆14的脱水螺杆部(未图示)对所述混合物中的树脂材料进行压榨脱水，从排出部(排出口)18将其成形挤出成固形物。

在这种情况下，经离心脱水机32而成为含水率为30~40％的ABS含水粉末30a，与其它材料例如SAN(苯乙烯·丙烯腈异分子聚合物)颗粒30b和加工辅助剂30c一起被供给到同方向旋转的双螺杆挤出机10的最上游侧的材料供给部16。这样，向材料供给部16供给的所述材料通过具有自动清洁功能的双螺杆14而高效率地无滞留地向下游侧输送。输送的所述材料被由在所述双螺杆14中设置的捏合片和逆螺旋的螺杆构成的脱水螺杆部24所压榨，这里，因所述材料进行弹性变形或塑性变形而材料的容积率减少，故可将材料中含有的水分分离为水的状态。

由于脱水螺杆部24的下游侧压力较高，故分离的水从脱水螺杆部的压力最高点通过面向材料供给口16的压力梯度而向上游侧逆流到螺杆槽内，再从在由脱水过滤网部24的上游侧与材料供给部16之间设置的排出口(脱水过滤网)20排出。在这部分中，在材料中含有的整个水分的30~90％左右被分离、排出，剩余10~70％左右的水在设于脱水螺杆部下游侧的通气部22的出口22a、22b、22c处分离蒸发而被排出。并在最后，从出口22c脱水、挥发，从排出部18挤出固形物。

因此，由于这种脱水方法不会使材料中到达一定程度为止的水分分离为水的状态，故水的蒸发能效率良好。另外，由于对湿润状态的材料进行操作，故无粉尘爆炸的危险性，也不需阻断氧气用的设备，从而可使设备规模小型化。所以，采用这种脱水方法，可使制造工序的连续化、多级工序的省工序化，从而可达到大幅度制造工序的合理化。

另外，如图10所示，作为这种压榨方式的脱水方法，水的分离方法与所述脱水方法相同，但在排水方面也揭示了由不相同的结构所构成的技术。即，在所述脱水方法中，使分离的水逆流，从处于比脱水螺杆部34再上游侧的脱水过滤网部排出，在这种脱水方法中，由于在脱水螺杆部34将水分离蒸发，故在将压缩力作用于材料的部分设置排出口35，用填料器装置36防止从排出口流出材料。其它结构与所述脱水方法相同。因此，在这种脱水方法中，由于象所述脱水方法那样不会使水逆流，故有运转条件适用面广的优点。另外，这种脱水方法适用于塑料废物再循环工程。

又，作为后者蒸发方式的脱水方法，如图11所示，揭示了如下的结构：将SAN颗粒和含水ABS粉末从别的场所供给到双螺杆挤出机10。

即，作为这种脱水方法，先将SAN(苯乙烯·丙烯腈异分子聚合物)颗粒30b供给到所述挤出机10并将其马上熔化。通过在所述挤出机中途设置的具有预热装置的侧加料器37，一面将含水ABS粉末30a预热一面与加工辅助剂30c一起供给到所述熔化的SAN颗粒中。因此，水分被熔化SAN具有的焓所汽化，分离蒸发的水蒸气从通气部22的出口22a、22b、22c排出。

因此，即使在这种脱水方法中，因对湿润材料进行操作，故无粉尘爆炸的危险性，也不需阻断氧气用的设备，从而可使设备小型化。另外，从出口22c脱水、挥发而得到的剩余单体值就比前述的压榨方式的脱水方法好。而且，这种脱水方法适于对如用SAN来稀释ABS那样的2组分系以上的材料进行操作。

但是，在前述的现有压榨方式的脱水方法中，熔点或玻化点或热变形温度与水的沸点相比极高，且在对树脂材料含水率超过10％以上的固体树脂材料用同方向旋转双螺杆挤出机进行脱水时，与ABS等低熔点材料相比就需要很多的动力。即，这种脱水方法，因在设于挤出机中的捏合片及/或由逆螺旋螺杆构成的压榨脱水螺杆部中，利用螺杆的推进力来强制压缩(压榨)含水材料，并使其弹性变形或者塑性变形，故将水分离。可是，由于ABS等低熔点材料的熔点与水的沸点大致相同或较低，故用较低的温度且较低的压力使材料弹性变形或者塑性变形，从而由螺杆作用到材料上的能量就小，挤出机本身的必要功率就小。

但是，工程塑料等高熔点材料，其熔点或玻化点或热变形温度比水的沸点非常高，不能容易地使材料弹性变形或者塑性变形。若欲使其容易变形，则提高压榨脱水螺杆部的材料温度即可，但不能将热量供给到作为必要的水的蒸发潜热。因此，只有极大地提高所述压榨脱水螺杆部的压力，这就必须从螺杆部将更多的能量作用于材料上，结果，就必须很大的功率。在这种情况下，从机械强度角度出发，在其螺杆转矩被限制的同方向旋转的双螺杆挤出机中，在将材料进行脱水时必须很大的功率，这就意味着其处理能力低下，导致功效恶化，从而失去前述的优点。

因此，不使用例如象可提高压榨脱水螺杆部压力那样的特殊螺杆或者提高必要功率而获得的装置，在进行如此高熔点树脂脱水的情况下，从排出口部不能排出水，并发生从下游侧的通气部喷出材料的现象。因此，用如此的现有的脱水方法对高熔点树脂进行脱水，则以改善功效为最大目的的由双螺杆构成的挤出机的脱水成形的优点就会失去，从而失去作为工业设备的价值。

另外，前述的现有的蒸发方式的脱水方法，对于组合含水材料和其以外的树脂的2组分系以上的材料是有效的。但不能适用于往往是1成分系的由高熔点构成的工程塑料等。

另外，这种脱水方法由含水材料和其以外材料的能量平衡组成。一般，水的蒸发潜热与熔化树脂具有的焓相比非常大，因此，因含水率越大、含水材料的混合比就越大等，故当树脂材料的含水率变大时，能量平衡被破坏，脱水成形就不能成立。在这种情况下，仍发生从下游侧通气部喷出材料的现象。一般在ABS脱水成形时的热平衡计算中，树脂材料的含水率以8~10％为界限。

因此，对于往往是1成分系的工程塑料的脱水成形不可能使用现有的蒸发方式的脱水方法，即使可能，因其能量平衡的关系，可能处理的范围极其狭小。

发明内容

因此，鉴于上述存在的缺点，本发明的目的在于，提供一种可达到装置小型化和既可高效率、高能率又可连续稳定地运转操作的、同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂的脱水系统、即脱水装置。

为达到上述目的，在本发明中，同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，在同方向旋转双螺杆挤出机的树脂材料供给部与排出部之间具有通气部，所述挤出机通过在同方向旋转双螺杆之间对含有水分的高熔点树脂材料进行挤压来除去所含水分而进行挤出成形所述通气部与所述供给部之间的螺杆区域的螺杆成为不进行压缩而只进行熔化与/或搅拌的熔化搅拌螺杆，在该螺杆上附设有加热装置而构成熔化搅拌部，其特征在于，所述通气部包括促进通气功能的大气开放出口与/或真空出口，熔化搅拌部包括：由将来自供给部的树脂材料进行高效率输送的全刮板螺杆构成的第1螺杆区域；由一面将树脂材料熔化搅拌一面使含有的水分分离蒸发的搅拌块构成的第2螺杆区域；由一面将分离后的所述水蒸气与其它挥发成分向所述通气部诱导一面使树脂材料的熔化状态稳定化的搅拌块构成的第3螺杆区域；由将所述水蒸气与其它挥发成分向大气开放出口排出的全刮板螺杆构成的第4螺杆区域；由通过所述排出而将最后剩余的所述水蒸气及挥发成分在真空下排出的搅拌块与/或逆螺旋全刮板螺杆构成的密封用的第5螺杆区域；通气部与排出部之间的螺杆区域由升压螺杆区域构成，所述升压螺杆区域由对脱水挥发后的树脂材料在真空下进行成形挤出的全刮板螺杆构成。

在这种情况下，所述第1螺杆区域可使用使螺杆槽内的树脂材料充满率提高的顶宽宽大的全刮板型单螺纹式螺杆。

另外，用于所述第1螺杆区域的全刮板型单螺纹式螺杆的结构是：为缓慢地压缩、输送树脂材料，朝向下游侧螺旋螺距相对其直径D在1.5D~0.7D范围内变小，与此对应，刮板顶宽在0.4D~0.2D范围内变小。

另外，与所述第2螺杆区域相接的第1螺杆区域的最后部，为不发生树脂材料的滞留，设计成从单螺纹形状连续变化到双螺纹形状、不会影响用一个螺杆刮取另一个螺杆表面的自动清洁功能的单螺纹-双螺纹连接螺杆的结构。

另外，所述第2螺杆区域包括：进行密封、以防止在其下游侧发生的水蒸气逆流的前半部；一面高效率地向前方输送因含有大量空气与水而容积率大的固体材料一面进行熔化搅拌的后半部。

另外，在所述第2螺杆区域的前半部，为了进行可防止在其下游侧发生的水蒸气逆流的密封，且提高螺杆槽内树脂材料的充满率，并通过增大与机筒壁面的接触面积而能够对树脂材料急剧加热，而使用在螺杆刮板部大致与螺杆的螺旋方向成直角地设置多个槽的槽型全刮板螺杆的结构。

另外，在所述第2螺杆区域的后半部，为了不因含有大量空气与水而导致容积率变大的固体材料或半熔化的树脂材料充满在螺杆槽内而妨碍将已发生的水蒸气向前方排出用的通道的形成，且促进可使容积率减少的急剧熔化，在L/D比大致4~10的范围内使用相对螺杆直径D而具有0.3D~0.5D厚度的搅拌片，并使用在与所述第1螺杆区域的全刮板螺杆的螺旋方向相同的方向以18°~30°的螺旋角多级组合成螺旋阶梯状的宽幅型的搅拌块。

另外，所述第3螺杆区域包括：在树脂材料与水蒸气分离的状态下谋求树脂材料的熔化稳定化与温度上升且可良好地排出已发生的水蒸气的前半部；吸收因供给树脂材料的含水率变动导致的树脂材料的熔化起始点或水的分离蒸发起始点的移动而谋求运转稳定性的作为缓冲区域的后半部。

另外，在所述第3螺杆区域，由于在第2螺杆区域中树脂材料因分离成水蒸气与熔化或半熔化状态的树脂而容积率减少，为了防止在第4螺杆区域树脂材料与水蒸气一起从通气部喷出而谋求树脂材料的熔化稳定化与树脂温度上升，同时将已分离蒸发的水蒸气良好地排出，且吸收供给树脂材料的含水率变动导致的树脂材料熔化起始点或水的分离蒸发起始点或水的分离蒸发结束点的移动而形成与树脂材料含水率变动相对应的缓冲区域，在L/D比大致4~12的范围内使用搅拌块，这种搅拌块是将搅拌片在与所述第1螺杆区域的全刮板螺杆的螺旋方向相同方向以30°~90°的螺旋角多级组合成螺旋阶梯状而成。

另外，在通气部，在为了将所述第2螺杆区域与第3螺杆区域发生的水蒸气排出而在从顶端部到L/D比为5~20的位置上至少设有1个的大气开放出口与/或真空出口的上游侧，为防止熔化树脂与大量且高速排出的水蒸气一起以碎片状飞出的喷出现象而在其通气部与所述第3螺杆区域之间设置由单螺杆或双螺杆的立式或卧式全刮板螺杆构成的排气式填料器装置。

另外，为防止因树脂材料的滞留导致成形品质量恶化或运转稳定性恶化，所述排气式填料器装置在其螺杆顶端从挤出机的螺杆外周设置大约1~3mm间隙。

另外，设在从顶端部到L/D比为5~20的位置上至少设有1个以上的大气开放出口与/或真空出口的上游侧的排气式填料器装置，为了防止大量发生的水蒸气集中在最上游侧的1个大气开放出口与/或真空出口，根据树脂材料的含水率或所发生的水蒸气量而控制其螺杆转速，利用由螺杆的旋转力而发生的向挤出机侧的推进力来控制从所述各出口的排出水蒸气量或水蒸气的排出速度。

另外，所述排气式填料器装置的水蒸气与水的排出口为了将高温的水蒸气与在排气式填料器装置的机筒内面及/或与它连接的排气管内的液化水高效率地排到外部，在排气式填料器装置的机筒上面与下面的两方设置排出开口部。

另外，所述排气式填料器装置的水蒸气与水的排出口为了将高温的水蒸气与在排气式填料器装置的机筒内面及/或与它连接的排气管内的液化水高效率地排到外部，从双螺杆的右侧螺杆与左侧螺杆的各垂直方向中心线向各自的外侧设置排出开口部。

另外，为捕捉飞出来的熔化树脂的碎片，在所述排气式填料器装置的排出开口部设置手动或自动变换的过滤器。

附图说明

图1是表示本发明的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置的一

实施例的示意剖视图。

图2是表示图1所示的第1螺杆区域的单螺纹式螺杆62a结构的示意侧视图。

图3是表示图1所示的第2螺杆区域的搅拌块64b结构的示意说明图。

图4是表示图1所示的第3螺杆区域的搅拌块66a、66b结构的示意说明图。

图5是表示图1所示的脱水装置的第1试验装置的示意结构图。

图6是表示图5所示的第1试验装置的运转试验结果的工作特性表。

图7是表示图1所示的脱水装置的第2试验装置的示意结构图。

图8是表示图7所示的第2试验装置的运转试验结果的工作特性表。

图9是表示现有的同方向旋转双螺杆挤出机的树脂材料脱水方式的示意结构图。

图10是表示现有的同方向旋转双螺杆挤出机的另一树脂材料脱水方式的示意结构图。

图11是表示现有的同方向旋转双螺杆挤出机的又一树脂材料脱水方式的示意结构图。

具体实施方式

接着，就本发明的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水方法、与实施该方法的装置的关系，一面参照附图一面详细说明如下。

在图1中，本发明的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，首先基本上包括同方向旋转双螺杆挤出机40和其附设装置。

也就是说，所述挤出机40系在机筒42内插装同方向旋转双螺杆44，并在其树脂材料供给部(供给口)46与成形品排出部(排出口)48之间设置通气部50。该通气部50与供给部46之间的螺杆区域由做成熔化搅拌螺杆并在该螺杆44的机筒42处附设适合的加热装置(未图示)而构成熔化搅拌部60。而且，在所述树脂材料供给部46设有压入器(强制供给装置)80。

通气部50在促进通气功能的同时，具有抑制喷出现象的排气式填料器装置52、大气开放出口54、真空出口56。另外，所述的装置与构件的安装数与结构由处理树脂材料的含水率或处理能力等决定。另外，排气式填料器装置52在本实施例中，由同方向旋转双螺杆的全刮板螺杆52a构成，并且其驱动装置52e的转速做成可调节的。

螺杆44在所述熔化搅拌部60中，分别形成：高效率地输送来自供给部46的树脂材料的由全刮板螺杆构成的第1螺杆区域62；一面熔化搅拌树脂材料一面使含有水分分离蒸发的由搅拌块构成的第2螺杆区域64；一面将分离的水蒸气与其它含有气体向下游侧通气部50诱导一面使树脂材料的熔化状态稳定化的由搅拌块构成的第3螺杆区域66；将所述水蒸气等排向大气开放出口54的由全刮板螺杆构成的第4螺杆区域68；在真空状态下由所述排出而排出最后剩余的所述水蒸气等与挥发成分的由搅拌块与/或逆螺旋全刮板螺杆构成的真空密封用的第5螺杆区域70。另外，在通气部50与排出部48之间形成在真空状态下成形挤出被脱水挥发后的树脂材料的由全刮板螺杆构成的升压螺杆区域72。

这里，搅拌块是将使多个搅拌片组合的块再做成具有多个块的形态。另外，从所述供给口46供给的树脂材料具有百分之几十的含水率。

所述第1螺杆区域62，更详细地说，包括由刮板顶宽的宽大全刮板型的单螺纹式螺杆62a所构成的前半部和由单螺纹-双螺纹连接螺杆62b所构成的后半部。

即，在所述第1螺杆区域62中，是以防止分离蒸发后的水蒸气或空气向树脂材料供给部46逆流、谋求处理量增大为目的的，且在其前半部中输送效率优异，结果螺杆槽内的树脂材料充满率提高。而所述单螺纹式螺杆62a设置长度L与直径D之比L/D(以下称为L/D比)约在8~16的范围内，如图2所示，以缓慢压缩树脂材料为目的，构成的结构是，向下游侧螺旋螺距P1~P3在约1.5D~0.7D的范围内变小，随之刮板顶宽W1~W3在0.4D~0.2D范围内变小。另外，这些数值由材料处理量或含水率来适当决定。

另外，在与第2螺杆区域64相接的第1螺杆区域62的最后部，以不发生成形品质量降低或成为影响运转状态稳定性原因的树脂材料的滞留为目的而使用单螺纹-双螺纹连接螺杆62b。该单螺纹-双螺纹连接螺杆62b从单螺纹形状连续变化到双螺纹形状，而且，做成不影响一个螺杆刮取另一个螺杆表面的自动清洁功能那样的形状。

更详细地说，所述第2螺杆区域64包括由槽型全刮板螺杆64a所构成的前半部和由搅拌块64b所构成的后半部。

即，在所述第2螺杆区域64的前半部，以进行用于防止在其下游侧发生分离蒸发的水蒸气和水的逆流的密封为目的，使用在螺杆刮板部大致与螺杆螺旋方向成直角地设置多个槽的槽型全刮板螺杆64a。由于在凹槽部分发生树脂材料的逆流，故所述螺杆64a可提高螺杆槽内的充满率、用较低的压力实现充满状态。因此，可密封逆流的水蒸气与水，且因与机筒的接触面积增大，树脂材料的加热也变好。此外，由于螺杆之间的啮合长度也减少，故从螺杆作用于树脂材料的能量就变小，在该部分被分离的水就少。

另外，在第2螺杆区域64的后半部，因含有大量的空气、水蒸气与水，故以一面将容积率大的固体树脂材料高效率地向前方输送一面进行熔化搅拌为目的，如图3所示，使用输送能力即移动速度迅速且熔化搅拌能力也优异的具有0.3D~0.5D厚度的搅拌片，并使用L/D比大致4~10的范围内、与槽型全刮板螺杆64a的螺旋方向同方向地以18°~30°的螺旋角α多级组合成螺旋阶梯状的宽幅型的搅拌块64b。在该搅拌块64b开始发生水蒸气，但树脂材料还是含有很多水分的固体或半熔化的状态，其容积率较大。因此，如图4所示，由于邻接的搅拌片的间隙S较大，当使用树脂材料移动速度缓慢的搅拌块时，螺杆槽内就容易充满树脂材料，就难以形成将发生的水蒸气向前方排出用的通道。但是，如图3所示，因邻接的搅拌片的间隙S较小，故当使用移动速度迅速的、搅拌片宽度狭小的搅拌块时，树脂材料的熔化搅拌不充分，水的分离蒸发不足，则向下游侧的负荷变大。另一方面，由于所述的宽幅型搅拌块其螺旋角较小且所述间隙S较小，故逆流就小，且移动速度迅速，充满率降低。此外，由于搅拌片的宽度较大，故材料的熔化搅拌能力就大。

所述第3螺杆区域66，更详细地说在其前半部与后半部，分别包括搅拌块66a与66b。

即，在第3螺杆区域66的前半部中，是以在树脂材料与水蒸气分离蒸发的状态下可谋求树脂材料的熔化稳定化与温度上升、且可良好地排出所发生的水蒸气为目的的，在可确保分离蒸发后的水蒸气排出通道的范围内，为提高螺杆槽内的充满率，使用移动速度一定程度缓慢且熔化搅拌能力优异的搅拌片，并使用如图4所示、L/D比大致4~12的范围内、与所述搅拌块64b同方向地以30°~90°的螺旋角α组合成螺旋阶梯状的搅拌块66a。由于在第2螺杆区域64的树脂材料被分离成水蒸气与熔化或半熔化的树脂，故在所述搅拌块66a中其容积率减少。因此，在所述搅拌块66a中移动速度比第2螺杆区域64的后半部慢，即，使用螺旋角大的搅拌块就可充分确保水蒸气的通道。另外，在下个的第4螺杆区域68中，使发生的水蒸气从通气部排出。因此，为了防止此时的树脂材料从通气部喷出的现象，谋求树脂材料的熔化稳定化与在适当的范围内树脂温度上升就显得重要，而上述那样的螺旋角大的搅拌块符合这种目的。

另外，在第3螺杆区域66的后半部中，是以吸收因供给树脂材料的含水率变动(尤其增大)带来的树脂材料的熔化起始点或水的分离蒸发起始点(结束)点的移动(尤其下游侧)、谋求运转状态的稳定性为目的的，作为树脂材料的含水率变动的缓冲区域而使用由与所述前半部的搅拌块66a相同结构构成的搅拌块66b。假如，当树脂材料的含水率变动较小时，就不用这部分。

所述第4螺杆区域68以使分离蒸发的水蒸气高效率地从大气开放出口54排出为目的，且不使熔化树脂充满螺杆槽内那样，仅构成移动速度快的全刮板螺杆。假如，当使用移动速度慢的螺杆或搅拌块时，不仅螺杆槽内的充满率提高、妨碍水蒸气有效的排出，而且，会发生排出或喷出现象。

所述第5螺杆区域70以在下个的真空出口56处的用于有效的脱水挥发与除去最后水分的形成真空密封为目的，使用移动速度极慢而螺杆槽内的熔化树脂充满率提高的搅拌块或逆螺旋的全刮板螺杆。

所述升压螺杆区域72是由第5螺杆区域70的真空密封所形成的真空区域，为通过真空出口56进行脱水挥发或除去最后的水分、再从成形品排出部48成形挤出树脂材料，而由移动速度快的(输送效率优异的)全刮板螺杆构成。

而在本实施例中，排气式填料器装置52设在第4螺杆区域68，用于防止从大气开放出口54排出大量的水蒸气与熔化树脂喷出的现象。作为该排气式填料器装置52的形式，可做成单螺杆或双螺杆、同方向旋转或不同方向旋转、且立式或卧式。另外在图示例子中，具有由卧式同方向旋转双螺杆式螺杆构成的结构。

该排气式填料器装置52包括：以捕捉并压回与水蒸气一起飞出来的树脂碎片为目的的全刮板螺杆52a；插入、配置该螺杆的填料器机筒52b；排出蒸气用的排出开口部52c；仅捕捉飞出来的碎片用的网部52d；螺杆的驱动装置52e。

另外，排气式填料器装置52的螺杆52a，将其螺杆的顶端与同方向旋转双螺杆挤出机40的螺杆44外周的距离L设成约1~3mm左右的间隔是重要的。即，在该距离L大的情况下，在该部分发生树脂材料的异常滞留，并引起因成形品的质量低劣或排气排出不良带来的运转状态稳定性的恶化。另一方面，在距离L过分小的情况下，有可能产生排气式填料器装置52的螺杆52a与挤出机40的螺杆44的机械性接触、或在过分小的间隙中的异常发热。

此外，排气式填料器装置52的螺杆52a，通过驱动装置52e而构成能自如地调整转速的结构。即，通过调整螺杆52a的旋转，可使向挤出机40方向的推进力偏转。另外，因每批或不同种类树脂材料的含水率的变动，则从该排气式填料器装置52排出的水蒸气量就不同。在现有技术中，在将螺杆转速固定于高速旋转的情况下，在水蒸气量较少时压回大部分的水蒸气而不被排出，因下游侧的通气部54、56负荷大，故有可能发生喷出。另外，在设定于低转速的情况下，在水蒸气量较多时也不能抑制从排气式填料器装置52本身中喷出。

另外，为高效率地排出水蒸气和在填料器机筒52b的内部或连接配管部(未图示)液化的水，将所述排气式填料器装置52的排出开口部52c分别设在填料器机筒52b的上面和下面。作为代替方案，所述排出开口部52c也可设成比排气式填料器装置52的螺杆52a垂直中心线还朝向各自的外侧。而且，为仅捕捉飞出来的碎片等，在所述排出开口部52c的外侧设成可手动或自动更换过滤器的网部52d。

另外，在本实施例中，在同方向旋转双螺杆挤出机40的树脂材料供给部46设有压入器80，并由皮带式或失重补偿式给料器82将固体状态的含水树脂材料定量供给于所述压入器80。该压入器80的螺杆84既可是单螺杆又可是双螺杆，但为不将额外的能量给予树脂材料，以单螺杆较好。

该压入器80的使用目的是，防止因水分带来的在挤出机40的树脂材料供给部46附近附着树脂材料(架桥现象)和对因空气或水蒸气的逆流而不进到挤出机40内的树脂材料进行强制压入。因此，不是用该压入器80进行定量供给，而是在稳定状态下近于供料不足(饥饿供给)的状态。即，将挤出机40的树脂材料供给部46中螺杆44的输送能力设定得比压入器80螺杆84的输送能力大，以使树脂材料不充满压入器80螺杆84的槽内部。

以防止附着树脂材料或架桥现象为目的，该压入器80的螺杆84嵌合、贯通插入到挤出机40的机筒42内部为止。另外，为防止在料斗80a内的附着树脂材料等，在该压入器80的螺杆84上可设置刮片84a。又，为防止因来自挤出机40的机筒42的热传递或热辐射等带来压入器80的缸80b的温度上升，可设置合适的冷却水套86等，以进行冷却。

而利用所述压入器80，供给于挤出机40的含水树脂材料，一面由同方向旋转双螺杆44向前方输送，一面进行水的分离、蒸发并进行熔化可塑化，由设在螺杆44顶端部的成形品排出部48成形挤出。

又，在本发明中，对于前述的基本装置结构，通过如后述的监视或控制，可达到脱水成形运转状态中的监视与最佳化及自动化。

在本发明中，使用的树脂材料含有多量的水分。但是，在含有极多的水分(一般超过40％)的情况下，作为工业机械的成本特性，相对现有的方法就恶化，并难以向挤出机供给树脂材料。因此，在供给于脱水用挤出机前，利用离心脱水方法等，使树脂材料所含有的水分降低到40％以下。

但是，这些的脱水方法是分批方式，因离心脱水机的过滤器等堵塞，其含水率每批在5％左右变动。这样的含水率变动，对使用同方向旋转双螺杆挤出机的脱水挤出机的性能影响很大。

一般，水的蒸发潜热极大，在挤出机内部发生水的蒸发的情况下，有必要给予很多的能量。在如图1所示的装置中，在第2螺杆区域64与第3螺杆区域66进行水的分离蒸发。因此，在这些部分中，从挤出机40给予的能量大部分用于水的蒸发，故用加热器或热介质加热的挤出机40的机筒42的温度下降，相对其设定的温度(设定在材料的熔点附近)有较大的偏差。另一方面，在结束水的分离与材料的完全熔化的部分，其偏差变小，大致为设定温度的附近。

因此，当例如树脂材料含水率增大时，由于必需更多的水的蒸发潜热，故发生水的分离蒸发的区域变大。即，当水的分离蒸发结束时，就偏于挤出机的下游侧。此时，相对机筒42的设定温度具有较大偏差的部分也向下游侧延伸。具有这种较大偏差的部分，在延伸到最初大气开放出口54所处的部分时，因树脂材料不完全熔化，故从其大气开放出口54喷出树脂材料。

因此，通过监视从最初的大气开放出口54或真空出口56过来1至2个机筒的上游侧、即第3螺杆区域66后半部的机筒设定温度的变动(尤其温度下降的偏差)，可把握树脂材料含水率的变动(增大)，从而将从大气开放出口54的树脂材料的喷出防患于未然。

因此，在第3螺杆区域66的后半部中，设置机筒温度控制器74，并在该机筒温度控制器74上设置下限与下下限的报警输出器，以各自的设定温度发生报警。而用下限信号识别有可能从大气开放出口54喷出树脂材料的情况，进入对其进行处理的准备状态。另外，用下下限信号确定树脂材料的喷出，进行运转条件的变更。

一般，使给料器供给量降低，根据需要也使螺杆速度降低。给料器供给量的降低标准是，上游侧的离心脱水机的平均含水率变动若设成+5％左右，此时的树脂材料供给量就为-(10~20)％。由于该温度下降是随着供给树脂材料的含水率增加而引起的，故也可将供给树脂材料的含水率设定在同水平以下。而在使树脂材料供给量降低后，监视机筒设定温度的偏差的动向，若温度下降结束而有上升的趋势，则阶段性地增加树脂材料供给量，若再发生温度下降，则在进一步降低树脂材料供给量的同时降低螺杆转速。

另外，用所述操作方法是容易将脱水成形的运转过渡到自动控制。在这种情况下，始终监视第3螺杆区域66后半部的机筒设定温度的下降偏差与下降速度等的动向。在设定温度下降到下限值以下后，当在一定时间内设定温度不回复到下限值以上或继续下降的情况下，就每隔一定时间阶段性地降低给料器供给量。此时，螺杆速度相对给料器供给量的阶段性降低具有某一定的延迟时间，就使其与稳定运转时的Q/Ns值(Q为挤出量，Ns为螺杆速度)相同地阶段性地降低。

一面进行这种变更一面监视所述第3螺杆区域66后半部的机筒设定温度的变化，在下降速度消失、转变成上升的状态下停止所述阶段性降低。另外，当所述机筒设定温度处于下限值以上且继续上升时，一面监视一面更缓慢地进行与降低相反的阶段性上升。通过进行以上的控制，可根据控制树脂材料的含水率变动为原因的挤出特性的长周期变动的、最佳运转条件进行脱水成形的自动运转。

另外，通过将通常成形用的设定温度设成(树脂材料的熔点+α)℃、将随着树脂材料的含水率的增大所产生的熔化不足而警告喷出危险性的报警温度设定为(树脂材料的熔点+β)℃、将因喷出危险性增大而把阶段性地降低向挤出机的材料供给量的指令输出到树脂材料供给部的控制起始温度设定为(树脂材料的熔点+γ)℃且设定成α≥β≥γ，则在控制所述机筒设定温度时，就可容易进行。

接着，参照图5、图6与图7、图8，就实施本发明的脱水方法的使用2个试验装置的运转试验结果进行说明。

实施例1(图5与图6)

首先，第1试验装置，螺杆的长度L与直径D之比是：L/D＝44，将含水率20~30％的粉末状工程塑料供给于只有大气开放出口54的同方向旋转双螺杆挤出机40，并对其进行脱水、成形挤出。

在该第1试验装置中，在螺杆速度Ns＝350rpm、材料挤出量Q＝120kg/H的情况下，若含水率为20％，则不会发生从通气部50的喷出，可稳定运转。但是，当含水率上升到30％时，所述喷出剧烈，不能稳定运转。

另外，在含水率20％时的所述运转试验结果中，电动机功率Z、功率消耗率Z/Q与材料最高(熔化)温度Tr分别是：Z＝39kW、Z/Q＝0.325kWH/kg及Tr＝307℃。

实施例2(图7与图8)

而第2试验装置，螺杆的长度L与直径D之比是：L/D＝60，将含水率30％的粉末状工程塑料从单螺杆压入器80供给于由排气式填料器装置52、大气开放出口54与真空出口56构成的具有通气部50的同方向旋转双螺杆挤出机40，并对其进行脱水、成形挤出。

在该第2试验装置中，在螺杆速度Ns＝370~500rpm、材料供给量F＝215~275kg/H及材料挤出量Q＝155~199kg/H的所有情况下，不会发生从通气部50的喷出，可良好地稳定运转。

另外，在所述运转试验结果中，电动机功率Z、功率消耗率Z/Q、材料最高(熔化)温度Tr、头部树脂压力Ph及真空出口56的真空度VI分别是：Z＝55~77.9kW、Z/Q＝0.348~0.391kWH/kg、Tr＝304~309℃、Ph＝1.0~2.1kg/cm²及VI＝-40~-50cmHg的范围。

从这些运转试验结果得知，在本发明中，对于高熔点的树脂材料可达到稳定的连续运转。另外，在这种情况下，从前述的两试验结果也可得知，由于将螺杆长度与直径之比(L/D)设定得大，故应注意对含水率变动是可容易处理的。即，可在对含水率分离蒸发的螺杆区域具有余量。

以上就本发明的最佳实施例进行了说明，但本发明不限于所述实施例，在不脱离其精神的范围内，可有更多的设计变更。

这里，对如上说明的本发明的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水方法与装置，简要说明之，在螺杆之间熔化搅拌树脂材料并除去含有的水分，对于将其成形为固形物的同方向旋转双螺杆挤出机，在其树脂材料供给部与成形品排出部之间设置通气部，并且，通过将该通气部与供给部之间的螺杆区域形成规定的熔化搅拌部，构成使含有的水分在熔化搅拌部分离蒸发、同时将该水蒸气与其它挥发成分向所述通气部诱导的结构，故即使树脂材料为高熔点材料在脱水过程中发生多量的水蒸气，该水蒸气也可向所述通气部诱导排出，即不会阻碍树脂材料和所发生的水蒸气等的流动性。

因此，采用本发明，由于不会发生螺杆功能降低或喷出现象等，故可确保挤出机脱水装置所具有的本来的优点、即装置小型化与高效率、高能率且连续稳定的运转作业。

另外，本发明方法与装置，可给予聚合物制造工序中脱水与干燥工序的合理化。在这种情况下，作为处理对象的材料，是在大约常温下保持具有例如粉末、颗粒、蛤蜊、碎片等形状的、熔点或玻化点或热变形温度与水的沸点相比极高的工程塑料等的高熔点树脂材料。

又，本发明方法与装置，还可给予塑料废物的再循环工序中脱水工序与干燥工序的合理化。在这种情况下，作为处理对象的材料，是在大约常温下保持具有塑料废物粉碎后的碎片、绒毛状、块状等形状的固体状态的、熔点或玻化点或热变形温度与水的沸点相比极高的工程塑料等的高熔点树脂材料。

Claims (15)

1.一种同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，在同方向旋转双螺杆挤出机的树脂材料供给部与排出部之间具有通气部，所述挤出机通过在同方向旋转双螺杆之间对含有水分的高熔点树脂材料进行挤压来除去所含水分而进行挤出成形，所述通气部与所述供给部之间的螺杆区域的螺杆成为不进行压缩而只进行熔化与/或搅拌的熔化搅拌螺杆，在该螺杆上附设有加热装置而构成熔化搅拌部，其特征在于，

所述通气部包括促进通气功能的大气开放出口与/或真空出口，熔化搅拌部包括：由将来自供给部的树脂材料进行高效率输送的全刮板螺杆构成的第1螺杆区域；由一面将树脂材料熔化搅拌一面使含有的水分分离蒸发的搅拌块构成的第2螺杆区域；由一面将分离后的所述水蒸气与其它挥发成分向所述通气部诱导一面使树脂材料的熔化状态稳定化的搅拌块构成的第3螺杆区域；由将所述水蒸气与其它挥发成分向大气开放出口排出的全刮板螺杆构成的第4螺杆区域；由通过所述排出而将最后剩余的所述水蒸气及挥发成分在真空下排出的搅拌块与/或逆螺旋全刮板螺杆构成的密封用的第5螺杆区域；通气部与排出部之间的螺杆区域由升压螺杆区域构成，所述升压螺杆区域由对脱水挥发后的树脂材料在真空下进行成形挤出的全刮板螺杆构成。

2.如权利要求1所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，所述第1螺杆区域使用使螺杆槽内的树脂材料充满率上升的顶宽宽大的全刮板型单螺纹式螺杆。

3.如权利要求2所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，用于所述第1螺杆区域的全刮板型单螺纹式螺杆的结构是：为缓慢地压缩、输送树脂材料，朝向下游侧螺旋螺距相对其直径D在1.5D~0.7D范围内变小，与此对应，刮板顶宽在0.4D~0.2D范围内变小。

4.如权利要求2所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，与所述第2螺杆区域相接的第1螺杆区域的最后部，为不发生树脂材料的滞留，设计成从单螺纹形状连续变化到双螺纹形状、不会影响用一个螺杆刮取另一个螺杆表面的自动清洁功能的单螺纹-双螺纹连接螺杆的结构。

5.如权利要求1所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，所述第2螺杆区域包括：进行密封、以防止在其下游侧发生的水蒸气逆流的前半部；一面高效率地向前方输送因含有大量空气与水而容积率大的固体材料一面进行熔化搅拌的后半部。

6.如权利要求5所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，在所述第2螺杆区域的前半部，为了进行可防止在其下游侧发生的水蒸气逆流的密封，且提高螺杆槽内树脂材料的充满率，并通过增大与机筒壁面的接触面积而能够对树脂材料急剧加热，而使用在螺杆刮板部大致与螺杆的螺旋方向成直角地设置多个槽的槽型全刮板螺杆的结构。

7.如权利要求5所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，在所述第2螺杆区域的后半部，为了不因含有大量空气与水而导致容积率变大的固体材料或半熔化的树脂材料充满在螺杆槽内而妨碍将已发生的水蒸气向前方排出用的通道的形成，且促进可使容积率减少的急剧熔化，在L/D比大致4~10的范围内使用相对螺杆直径D而具有0.3D~0.5D厚度的搅拌片，并使用在与所述第1螺杆区域的全刮板螺杆的螺旋方向相同的方向以18°~30°的螺旋角多级组合成螺旋阶梯状的宽幅型的搅拌块。

8.如权利要求1所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，所述第3螺杆区域包括：在树脂材料与水蒸气分离的状态下谋求树脂材料的熔化稳定化与温度上升且可良好地排出已发生的水蒸气的前半部；吸收因供给树脂材料的含水率变动导致的树脂材料的熔化起始点或水的分离蒸发起始点的移动而谋求运转稳定性的作为缓冲区域的后半部。

9.如权利要求8所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，在所述第3螺杆区域，由于在第2螺杆区域中树脂材料因分离成水蒸气与熔化或半熔化状态的树脂而容积率减少，为了防止在第4螺杆区域树脂材料与水蒸气一起从通气部喷出而谋求树脂材料的熔化稳定化与树脂温度上升，同时将已分离蒸发的水蒸气良好地排出，且吸收供给树脂材料的含水率变动导致的树脂材料熔化起始点或水的分离蒸发起始点或水的分离蒸发结束点的移动而形成与树脂材料含水率变动相对应的缓冲区域，在L/D比大致4~12的范围内使用搅拌块，这种搅拌块是将搅拌片在与所述第1螺杆区域的全刮板螺杆的螺旋方向相同方向以30°~90°的螺旋角多级组合成螺旋阶梯状而成。

10.如权利要求1所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，在通气部，在为了将所述第2螺杆区域与第3螺杆区域发生的水蒸气排出而在从顶端部到L/D比为5~20的位置上至少设有1个的大气开放出口与/或真空出口的上游侧，为防止熔化树脂与大量且高速排出的水蒸气一起以碎片状飞出的喷出现象而在其通气部与所述第3螺杆区域之间设置由单螺杆或双螺杆的立式或卧式全刮板螺杆构成的排气式填料器装置。

11.如权利要求10所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，为防止因树脂材料的滞留导致成形品质量恶化或运转稳定性恶化，所述排气式填料器装置在其螺杆顶端从挤出机的螺杆外周设置大约1~3mm间隙。

12.如权利要求10所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，设在从顶端部到L/D比为5~20的位置上至少设有1个以上的大气开放出口与/或真空出口的上游侧的排气式填料器装置，为了防止大量发生的水蒸气集中在最上游侧的1个大气开放出口与/或真空出口，根据树脂材料的含水率或所发生的水蒸气量而控制其螺杆转速，利用由螺杆的旋转力而发生的向挤出机侧的推进力来控制从所述各出口的排出水蒸气量或水蒸气的排出速度。

13.如权利要求10所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，所述排气式填料器装置的水蒸气与水的排出口为了将高温的水蒸气与在排气式填料器装置的机筒内面及/或与它连接的排气管内的液化水高效率地排到外部，在排气式填料器装置的机筒上面与下面的两方设置排出开口部。

14.如权利要求10所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，所述排气式填料器装置的水蒸气与水的排出口为了将高温的水蒸气与在排气式填料器装置的机筒内面及/或与它连接的排气管内的液化水高效率地排到外部，从双螺杆的右侧螺杆与左侧螺杆的各垂直方向中心线向各自的外侧设置排出开口部。

15.如权利要求13或14所述的同方向旋转双螺杆挤出机的高熔点树脂脱水装置，其特征在于，为捕捉飞出来的熔化树脂的碎片，在所述排气式填料器装置的排出开口部设置手动或自动变换的过滤器。

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