CN1231633A - 多头螺旋挤压机 - Google Patents

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福里斯特·巴斯比
理查德·O·柯克
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Abstract

一种多头螺旋挤压机,在该挤压机中配成对的螺旋或其部分包括数目不等的螺纹;本发明还涉及一种用在这种挤压机中的螺旋。

Description

多头螺旋挤压机
发明领域
本发明涉及多头螺旋挤压机及螺旋，该螺旋包括其上供使用的各部分。
发明背景
多头螺旋挤压机是一种通常使用的机器，用于塑化、混合和/或泵送可挤压材料，例如聚合物材料或其它类型的粘性材料像生面团。聚合物材料可用于制作各个各样模制的或加工成一定形状的用品。在聚合物材料是晶体的情况下，塑化与熔化是同义的。在聚合物材料是非晶体的情况下，约在其玻璃化转变温度(“Tg”)下发生塑化。(下面说“聚合物材料”在适当意义上可以看作为是指其它类型的可挤压材料)。
多头螺旋挤压机包括两个或多个螺旋，每个螺旋在各个基本方面类似于用在单头螺旋挤压机中的螺旋。这种螺旋一般加工成为细长圆柱形状，一个或多个凸起的脊部螺旋式绕在该圆柱上，各个脊部是“螺纹”。螺纹具有正向或反向的螺距，螺距度可以改变。凸起螺纹的螺旋的表面是螺旋的根部。在观看螺旋的横切面(即在垂直于其纵轴的平面)时，特定螺纹在与平行于螺旋轴线的一条直线的一个交点和该螺纹与此直线的下一个最近交点之间的路线构成一个360°的圆。伸到圆形横截面圆周的尖的或倒圆的末端形成在螺旋根部上面的“叶片”。图1中示出双螺纹螺旋横截面图中的叶片10。沿螺线的纵方向(轴线方向)在特定螺纹与一条直线的一个交点和该螺纹与这条直线的下一个最近的交点之间的距离是螺旋的一圈。由螺旋根部和任何两个螺纹的侧壁形成的空间是螺旋的槽。如果需要，螺纹的侧壁可以切去下部，使得螺槽在如此改变后不符合Erdmenger曲线。螺旋可以在筒或套筒内绕其纵轴线转动，该筒一般可以看作为环形圆柱的中心孔。
塑化螺旋一般具有起始输送部分，该起始输送部分开始将固体聚合物材料向前输送到挤压机的圆筒内。聚合物材料用注入圆筒的料斗倒入到挤压机中，或可通过一个滑槽或侧部送料器计量地输送到圆筒中。当圆筒中的聚合物材料由螺旋输送离开进料口时，该聚合物的移动方向被认为是“向下游”的方向。在螺旋的传送部分后面通常是熔化部分，中间有或没有其它的居间部分，在熔化部分中发生聚合物材料的部分或完全塑化。由于传导热和螺旋作用在聚合物材料上而形成的物理形变(或粘性发热)的联合作用而发生聚合物材料的塑化作用，该传导热例如是应用装在挤压机圆筒外边的加热带产生的。在螺旋的熔化部分的后面是计量部分，中间还是有或没有居间的部分，该计量部分的作用是将已塑化的材料经挤压机的下游端部作为挤出物挤出，该下游端部通常包括模具或某些其它形式的受约束的出口。聚合物到模具之前通过的挤压机和螺旋的这些部分可看作是模具的上游。
多头螺旋挤压机完全没有直接模拟单头螺旋挤压机的方面涉及在圆筒内若干螺旋的彼此相对配置。如果一个螺旋的螺纹配置在另一个螺旋的槽中，则多头螺旋挤压机中的两个螺旋被说成是相互啮合的。在这种结构中，各个螺旋轴线之间的距离在各个半径被确定为从轴线到螺旋最高螺纹顶部的距离时小于两个螺旋相应半径之和。图2示出一对常规的相互啮合的螺旋。当在一对螺旋上螺纹具有的形状和尺寸使得该螺纹进入其相互啮合槽的配合密接到足以在螺纹和螺槽之间基本上没有任何可挤压材料可以通过时，该螺旋被说成是共轭的。相反则被认为是不共轭的，在非共轭的情况下，相互啮合程度可以变化，以基本上没有限度的方式变化。如果螺旋在相同方向转动，即均在顺时针方向或反时针方向转动，则螺旋被说成是正转(共转)。如果不是这样，则被说成是反转。
当两个反转螺纹共轭时，正被挤压的聚合物材料基本上或完全没有机会留在两个螺旋相互啮合区域中的任何一螺纹的螺槽中。这是由于一个啮合螺旋的螺纹在另一个螺旋的螺槽内所形成的游隙达到最小的缘故。以这种方式配置的螺旋被说成是彼此“接触”，因为由啮合螺纹造成的阻挡作用将防止进入两个螺旋槽中的聚合物材料滞留在该槽中超过螺旋一圈以上的距离。在这种结构中，即是不是整个的，但也是大部分的聚合材料存在于各个螺旋螺槽部分的顶部、底部和外侧(非相互啮合侧)，因此材料受到推动，这种推动在向平行于螺旋轴线的下游方向的推动远比向垂直于轴线的侧方向的推大得多。这种配置导致可以有效地向下游方向泵送该聚合材料，但不能使挤压机中的整体的聚合材料获得最好的相互混和。相反，非共轭的反转螺旋的特征在于在相互啮合的螺纹和相应槽之间有较大的游隙。这样便造成较大的空间以使聚合物可以滞留在相互啮合区域中的两个螺旋的槽中。由于在这样一个有限的空间受到两个螺纹的集中作用，因而增强了聚合物材料的相互混合，然后这又损失了一些泵送效率。
正转螺旋即使在共轭时也能够使聚合物材料从一个螺旋侧向地完全移到另一个螺旋。这种围绕“等效螺旋”的移动有利于混合，当螺旋不共轭时，该混合可以进一步增强。非共轭螺旋的螺纹形状可以作成为可使聚合物从一个槽进入另一个螺旋上的两个槽。或者，在螺旋共轭时或基本上共轭时，某些螺纹可以设计成这样的形状，使得它们在相互啮合区域彼此接触，但不接触圆筒的壁。例如在美国专利No.4300839中公开一种多头螺旋的阻挡式的挤压机，在这种挤压机中，各螺旋的一个或多个螺纹的高度减小一个量，该量沿螺旋的整个长度是恒定的，并足以使树脂可以在任何这种螺纹两侧的两个槽之间通过。在螺纹壁和顶部之间，即使对于位于相互啮合区的那些螺纹，不存在这种游隙。类似这种设计似乎可以提供完全的混合，但泵送效率和滞留时间有时限制了它们的应用。
Nickol等在刊物“现代塑料(Modern Plastics)”(61卷，70页，1984年，2月)中提出，在反转相切的双头螺旋挤压机中利用螺旋螺纹的交错排列可以得到消耗性混合。然而，这种技术除在相切(即非相互啮合)挤压机的领域外完全没有应用，因为常规相互啮合螺旋的螺纹在这方面可认为是交错的，至少在某种程度上在以下的意义上说是交错的，即如果在一个螺旋上的螺纹与另一螺旋上的槽(而不是另一螺纹)不配成对，则这些螺纹不能相互啮合。
因此最好提出一种设计，在这种设计中，使多头螺旋挤压机中的两个相互啮合螺旋配成对，以便既能够得到可挤压材料的高度的相互混合，又能获得泵送该材料的高速度。因此本发明的目的是提供一种多头螺旋挤压机，在该挤压机中，即使共轭的螺旋也能提供要求的组分的高度均匀性和工艺的稳定性。
发明概要
在一个方面，本发明涉及多头螺旋挤压机，该挤压机具有：
(a)第一螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是X；
(b)第二螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是Y；
其中第一螺旋的各个X螺纹部分上的螺纹与第二螺旋的Y螺纹部分上的螺纹相互啮合；并且X不等于Y。
在另一方面，本发明涉及一种多头螺旋挤压机，该机具有：
(a)第一螺旋，(ⅰ)围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是X；(ⅱ)围绕该螺旋的至少另一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是Z；
(b)第二螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是Y；
其中，在第一螺旋的各个X螺纹部分和各个Z螺纹部分上的螺纹与第二螺旋的Y螺纹部分上的螺纹相互啮合；并且X不等于Z,X和Z不等于Y。
在再一个方面，本发明提供一种多头螺旋挤压机，该机具有：
(a)第一螺旋，具有螺纹部分，围绕该部分的根部的螺纹不结束或不开始或不中断；
(b)第二螺旋，具有(ⅰ)局部螺纹部分或(ⅱ)没有螺纹的部分，围绕该局部螺纹部分的根部配置一个或多个螺纹，该螺纹可以开始、结束或中断，围绕该没有螺纹的部分的根部完全不配置螺纹；
其中，第一螺旋的各个螺纹部分与第二螺旋的局部螺纹部分或没有螺纹的部分配成对。
在又一个方面，本发明涉及一种多头螺旋挤压机，该机包括：
(a)第一螺旋，(ⅰ)围绕该螺旋的至少一部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目为X；(ⅱ)围绕该螺旋的至少一个其它部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是Z；
(b)第二螺旋，具有至少两个部分，该两个部分(ⅰ)或者是局部螺纹部分，围绕该部分的根部配置一个或多个螺纹，该螺纹可以开始、结束或中断，(ⅱ)或者是没有螺纹的部分，围绕该部分的根部没有配置螺纹；
其中，第一螺旋的各个X螺纹部分和各个Z螺纹部分或者与第二螺旋的局部螺纹部分或者与其没有螺纹的部分配成对；并且X不等于Z。
在又一方面，本发明涉及一种挤压机的螺旋，该螺旋包括根部，围绕该根部的一个或多个部分配置X个螺纹，而围绕该根部的一个或多个部分配置Z个螺纹；X为1、2或3，而Z为X±1或X±2。
在又一方面，本发明涉及一种挤压方法，在该方法中，应用上述螺旋或应用上述挤压机中的任何一种挤压机来挤压可挤压的材料例如聚碳酸酯。
在又一方面，本发明涉及在降低挤压机排出气体的方法中应用上述螺旋或上述挤压机中的任何一种挤压机。
附图的简要说明
图1是两螺纹螺旋的横截面图；
图2是一对常规互相啮合螺旋的侧视平面图；
图3是双螺纹螺旋部件的侧视图和端视图；
图4是双螺纹螺旋一部分的侧视平面图；
图5是三螺纹螺旋一部分的侧视平面图；
图6～16是顺序视图，示出两个正转螺旋转过一整圈时该正转螺旋的相互啮合部分；
图17～20是顺序视图，示出两个正转螺旋转过一圈的一部分时该正转螺旋的相互啮合部分；
图21示出三螺纹螺旋的一部分，在该螺旋中，该部分的环形面已被展平；
图22～24示出沿图21所示螺旋的螺纹的横截面A-A；
图25是配对螺旋部件的透视图，在其中的一个螺旋上的螺纹结束和重新开始；
图26是图25的螺旋的横截面A-A。
发明的详细说明
用在本发明多头螺旋挤压机中的螺旋可以是单一的连续金属件。用单一连续金属件作的螺旋的特征在于，它不能转变成一组较短的部分，除非采用某种方法，例如用锯子或等离子体炬进行切割，用这种方法可以分成较短的部分，条件是这些部分不能再进行组装。按另一种方式，用在本发明多头螺旋挤压机上的螺旋可以用几种分开制作的螺旋部件组装起来，各个部件正好形成实际操作的螺旋的一部分。这些螺旋部件以从头到尾的方式以适当顺序配置在轴杆上，形成“组合件”，并在转动轴杆时利用轴杆端部的键条和键槽系统以及固定螺钉将这些部件固定就位。图3中的螺旋部件具有键槽12，在该键槽中可以插入螺旋轴杆上的键条，该螺旋部件还具有叶片14。
由单一连续金属件构成的螺旋可以看作由不同的部分构成。虽然根据上面说明在物理上是不能分开的，但其中各个部分可以具有相同或不同数目的螺纹，具有中断的螺纹或完全没有螺纹。为单一连续金属件的螺旋的一部分的长度通常至少约为0.5圈的连续螺纹(即不中断螺纹)，但可以是在小于约0.25圈至10圈或更多圈范围的任何长度，约1～6圈比较好，约1～4圈更好，最好为1、2、3或4圈。同样，组装螺旋组合件的各种部件可以分别包括相同或不同数目的螺纹，可以具有中断的螺纹或完全没有螺纹。当螺旋被组装成部件的组件时，这种螺纹的部分可以由一个这种部件的一部分、一个这种部件或多于一个的这种部件构成。螺旋组件上的一个部分沿长度经常有1～6个部件，约1～4个比较好，最好沿长度有1、2、3或4个部件。
在螺旋的一个或多个这种部分内，不管螺旋是结实的连续金属件还是组装成为螺旋部件的组件：
(a)螺纹的数目可以改变一次或多次；
(b)一个或多个螺纹可以结束、开始或中断〔(经历结束，然后重新开始)，即该部分是局部螺纹部分〕；
(c)完全没有螺纹(即该部分是没有螺纹部分)。
部分可以包括不连续的混和部件例如搅拌器或齿轮混合器而不用螺纹。螺旋上包含螺纹的部分可以在局部螺纹部分、无螺纹部分或包含这种不连续混合部件的部分的上游或下游。
在本发明的多头螺旋挤压机中，最好采用至少一个螺旋，该螺旋或者在其整个长度上或者在其一个或多个部分上具有一个以上的螺纹，例如2个或3个螺纹。图4示出一部分双螺纹螺旋，图5示出一部分3螺纹螺旋。大于3螺纹的螺旋不太普遍，但有，并可以用在本发明的多头螺旋挤压机上。
在多头螺旋挤压机中，相对于一对螺旋说明了螺旋的相互啮合。在挤压机圆筒轴线的整个长度占据相同纵向位置的相互啮合螺旋的部分被说成是配成对的。在过去，习惯上是配置相互啮合的螺旋，或配置相互啮合的成对螺旋的部分，使得在各个相互啮合的螺旋上的螺纹数目(即叶片数目)是相等的。在本发明的多头螺旋挤压机中，一个或多个螺旋被设计成使得在第一螺旋的整个长度上或其部分上的螺纹的数目不等于第二螺旋的整个长度上或其相互啮合部分上的螺纹数目，该第一螺旋上或其部分上的螺纹与第二螺旋上或其部分上的螺纹相互啮合。在这种情况下可以认为两个成对的螺旋(或部分)具有混合的叶片数目(mixedlobe count)。按另一种方式，第一螺旋的螺纹部分可以与第二螺旋的局部螺纹部分或没有螺纹的部分配成对。例如，第一螺旋(或其一个或多个部分)上的螺纹数目可以是从0、1、2、3、4、5或6中选出的不同数目。在第二螺旋上或其一个或多个部分上的螺纹数目可以比第一螺旋或其一个或多个部分的螺纹数目大或小1、2、3、4或5个数目。在相互啮合螺旋上的螺纹配对数目最好为例如1和2、1和3与2和3。
当一个螺旋的螺纹部分与另一螺旋的局部螺纹部分或没有螺纹的部分配对时，产生这种配对的距离通常至少约为螺纹部分的0.50圈，但是可以是在小于约0.25至约10圈范围内的任何距离，约1～6圈比较好，约1～4圈更好，最好为1、2、3或4圈。
特定螺旋(“第一螺旋”)可以包括一个以上的部分，这些部分在第二螺旋上的配对部分具有不等数目的螺纹(叶片)的场合，或为局部螺纹部分，或为没有螺纹的部分的场合可以与第二螺旋上的配对部分相互啮合，而在第一螺旋上的许多这些部分本身可以包括不同数目的螺纹，而且这些部分可以以任何顺序排列。在两个螺旋上的不同部分可以彼此邻近，或彼此由一居间部分分开。此处所用术语“邻近”意味着沿螺旋的纵轴线直接邻接。
当使特定部分上或螺旋上的螺纹数目与配对部分上或螺旋上或在邻近部分上的螺纹数目进行对比时，可以用符号“X”、“Y”、“Z”来表示在所说部分上或螺旋上的螺纹数目，但是除说明这种螺纹数目的实际值位于某个范围内或用数学计算确定外，这些实际值可以是未规定的。将螺旋或部分说成是“X、Y或Z螺纹”表示该螺旋或部分包含X、Y、或Z个螺纹。例如，在第一螺旋上，具有X螺纹的部分可以沿轴向邻接同一螺旋上具有Z个螺纹的部分，或沿轴向与该部分纵向分开。其中X和Z分别是1、2、3、4或5，但X不等于Z,Z可以为X±1或X±2。一个X螺纹部分的各个端部可以邻接Z螺纹部分；或者，许多X螺纹部分和许多Z螺纹部分可以顺序地交替排列，使得没有一个X螺纹部分邻接另一个X螺纹部分和没有一个Z螺纹部分邻接另一个Z螺纹部分。
在第一螺旋上的X螺纹部分和Z螺纹部分均可以与第二螺旋上的Y螺纹部分相互啮合，其中X不等于Z,Y是0、1、2、3、4、5或6。Y可以等于或不等于Z，例如可以为X±1、X±2,Z±1或Z±2。当Y等于Z时，只有X螺纹部分相对Y螺纹部分显示混合叶片数目(mixed lobe count)。对于与X螺纹部分相互啮合的部分其Y值可以等于或不等于与Z螺纹部分相互啮合的部分的Y值。例如，在第一螺旋上的双螺纹部分(X为2的场合)其各个端部可以邻接1螺纹部分(Z为1的场合)。在第二螺旋上，双螺纹部分(Y为2)可以与第一螺旋上的各个1螺纹部分(“Z”部分)相互啮合，并且在第二螺纹上的1螺纹部分(Y为1)可以与第一螺旋上的2螺纹部分(“X”部分)相互啮合。在这种情况下，在各个配对的部分上不等数目的螺纹相互啮合(存在混合叶片数目(mixed lobe count))，并且在X/Y对中Y不等于X，在Z/Y对中Y不于Z，而且在X/Y对中的Y不等于Z/Y对中的Y。但是，如果例如在第二螺旋的所有部分中Y的值是3，则X、Y和Z不管配对如何均具有不同的值，而在第二螺旋的各个部分中Y值是相同的。螺纹的配对数目最好是例如X和/或Z=1,Y=2,X和/或Z=1,Y=3；X和/或Z=2,Y=3。
为例示本发明的一个可能实施例，图6～16为一个顺序视图，顺序示出两个正向转动螺旋从右向左转动时该两个螺旋的相互啮合部分。各个图连续提供各个螺旋转过十分之一圈的视图。右边的螺旋(“螺旋B”)具有两个连续螺纹。左边的螺纹(“螺旋A”)具有一个连续螺纹和中断的第二螺纹。在图6中，由于在螺旋A上的中断螺纹的中断部分处于已转过与螺旋B相互啮合的区域的行程中，因而在螺旋之间形成间隙或空隙。就螺纹移行的从顶到底的方向而言，中断螺纹在约20处结束，而在约22处重新开始。在图7中，间隙变窄，而在图8～10中，螺旋基本上是共轭的，因为螺旋A已转到一个位置，在此位置不中断的螺纹正转过相互啮合区域。在图8的24附近以及图9的26附近可以看到在螺旋A上在中断螺纹的中断部分上没有螺纹。在图11上又开始出现螺旋之间的间隙，因为在螺旋A上的中断螺纹的中断部分开始转回到相互啮合区域。此过程继续到螺旋之间的间隙达到其最大的尺寸，此时螺旋A上中断螺纹的中断部分正好处于或很靠近相互啮合区域，如图13和14所示。在中断螺纹结束的点28开始转回到相互啮合区域和中断螺纹重新开始的点30进一步转离螺旋B时，间隙的尺寸又开始减少，如图15所示。图16示出在旋转整个360°后转到图6所示同一位置的螺旋。
为便于例示，图6～16示出螺旋A上中断螺纹的中断部分转过一圈的距离。然而，螺旋B的双螺纹部分可以与螺旋A配成对，该螺旋A可以在螺旋的任何要求距离上具有螺纹中断的部分，因而在螺旋A上的中断螺纹的中断部分转过与螺旋B相互啮合的区域时便可以形成空隙或间隙生长和消失的规则的重复顺序。另外，如上所述，可以选择除1和2以外的不相等的叶片数目；或者根据在同一螺旋或配对螺旋上的连续螺纹，中断的距离可以小于一圈，或在小于约一圈(例如0.25或0.5圈)至约10圈的范围内，约1～6圈比较好，约1～4圈更好，最好为1、2、3或4圈。
在螺旋的配对部分上的螺纹中断作用还可以在图17～20上看到。两个螺旋均从图平面转出，图18～20分别示出从图17的开始位置连续地转动1/4圈。在图17中，螺纹中断部40面向上，位于顶部螺旋的两个位置上，而螺纹中断部42面朝图平面的外边，位于底部螺纹的两个位置上。在图18中，顶部螺旋的中断部面朝外，而底部螺旋上的则面朝下。在图19中，顶部螺旋上的中断部面朝下，而在底部螺旋上的则转入图平面内。在图20中，在顶部螺旋上的中断部转入到图表面内，而在底部螺旋上的则面朝上。从这些图可以看到，在相互啮合区域，可挤压材料进入由螺旋上螺旋中断部形成的在螺旋之间的间隙或空隙的点因螺旋的转动而可以在螺旋轴上周期性地前后移动。这就使得物流流线可以改变方向和使可挤压材料从第一槽运动到一个或多个其它槽，这种其它槽不一定邻接第一槽，或不一定在第一槽所在的同一螺旋上。
当特定螺旋的部分具有不同的螺纹数目时，或当一个或多个部分上没有螺纹(即该部分不包含螺纹)时，在螺纹开始或结束的位置，该螺旋是局部有螺纹的。在这种位置，螺纹的开始或结束可作成为锥形。当螺纹从其始点开始，伸出螺旋根部的表面，然后伸离该表面使其高度逐渐增加时该螺纹逐渐变尖，或使高度逐渐减少，直至在其终点螺纹消失在螺纹根部表面上。当螺纹逐渐变细进入螺旋根部的表面或从该表面出来时，螺纹实际冒出根部或并入该根部的角度大小，不管在其整个范围内的锥形是滑板形状还是曲面形状，均在大于0度和小于90°的范围内。典型的锥角在约40°至小于90°的范围内。当螺纹逐渐变细进入螺旋的根部或冒出该根部时，以及因为此原因螺纹高度在此位置还没有达到可以滑动接触挤压机圆筒内壁时，也可以在相互啮合区域以及在包含中断螺纹的螺旋和配对螺旋之间的空隙或间隙区域产生因该螺纹逐渐减小而形成的中断。按另一种方式，螺纹可以在其整个高度上突然开始或结束，与根部形成90°。
例如在图21中示出双螺纹螺旋的一部分，该部分的整个圆环面已被展平。示出螺纹52和螺槽54。在图22～24中，示出图21中螺纹可能设计的横截面A-A，该螺纹或者为完全高度或者中断。在图22中，螺纹56在根部58上面是连续的。图23中，螺纹60以90°角结束和重新开始。在图24中，螺纹62以锥形结束和重新开始。螺纹可以在螺旋的部分的端部或端部之间的任何位置开始或结束。通过使螺纹逐渐变细进入螺旋根部和冒出该根部便可以结束和重新开始螺纹以及形成螺纹上的中断部，在图25中左侧的螺旋部件上以透视图出示这些情况。在图26中示出图25的A-A横截面，该图示出所述螺纹的中断特性。
采用具有相互啮合部分的螺旋制作多头螺旋挤压机可以极大地改进挤压机的混合能力和熔化能力，在该相互啮合部分上具有不同数目的螺纹。在成对螺旋之间的由于其中一个螺旋上至少缺少一个螺纹而形成的间隙或空隙可造成物流场的重新配置和较高程度的充满不受到中断螺纹约束的螺旋槽，这样便增加了混合程度，并增加了聚合材料局部熔化系统的熔化相和固相之间的热传输。这些改进的好处是在处理期间降低了熔化温度，增加了热量和组分的均匀性。由于传送机械能的流体温度低而粘性高，所以增大了螺旋的相对泵送速度。增加的泵送效率以及独特的流型和材料流特性导致对某些聚合物可以显著减小在去挥发组分操作期间的排出气体。
当使添加剂例如填充剂或处理剂与聚合物树脂混合时，采用具有混合叶片数目(mixed lobe count)的螺旋来减小或消除挤压机的排放气体的这种可能性是特别有益的。例如，当使玻璃与聚苯乙烯混合时已经发现，与例如图2所示的常规多头螺旋挤压机相比，在使用具有混合叶片数目的螺旋时重量两倍之多的玻璃可以成功地与聚苯乙烯混和，而不会造成过分量的排放气体。在本发明挤压机中使用混合叶片数目的螺旋可以提供一种减小挤压机排放气体的方法，可以减小到小于挤压机通过率的约1％，减小到小于约0.5％比较好，减小到小于约0.25％更好，最好基本上消除排出的气体。
可利用试验例示本发明，在试验中，用Berstoff 40mm双头螺旋正转挤压机以136kg/h的速度进行聚合物混合，方法是混合21％重量的聚碳酸酯片、49％重量的聚碳酸酯球和30％重量的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物的混合物。在一个试验中，两个螺旋的所有相互啮合部分具有相同的叶片数目。在第二试验中，在螺旋的一部分长度上，螺旋具有不相等的叶片数目。在此部分上，第一螺旋具有一系列分别包括1、2、1和2个螺纹的部分，而第二螺旋具有一系列与第一螺旋的上述4个部分相互啮合的部分，但这些部分分别以相同顺序包括2、1、2和1个螺纹。这两个混合实验的结果示于下表中：
               相等的叶片数目    不相等的叶片数目处理范围(r/min)        295～345        205～345熔化温度(℃)           270             247马达负载(A)            48              37比能量(kJ/kg)          460             350
这些数据证明，混合叶片对可以用来改进能量传输和聚合物系统的熔化。这导致较低的能量消耗、较低的熔化温度以及更宽容的更稳定的处理条件。
用本发明的多头螺旋挤压机实际上可以混合或输送任何可挤压材料。例如通过熔化或混合时的加热软化或输送可以塑化各种聚合物材料，或使各种聚合物材料在本发明的多头螺旋挤压机中承受其它操作例如化学反应或去挥发组分。在可挤压材料中存在反应性样品可导致化学反应例如聚合、接枝聚合、支化反应或断链作用。以下是例示的聚合物和共聚物，以及两种或多种这些聚合物和共聚物的混合物或熔合物，这些物质适合于塑化，但是下面列出的目录不能认为是穷尽的，或无意限制本发明的范围。
聚缩醛，除多元醇和醛类的反应产品而外，还包括通过裂开键合的醛的羰基和聚合该羰基形成的聚合物，该聚合给出-(-CH2-O-)-重复单元；
聚丙烯酰胺；
聚丙烯盐酸酯；
聚丙烯腈；
聚酰胺；
多芳基化合物；
聚亚芳基硫醚，包括通过对二氯苯和Na2S在极化有机溶剂中的反应制备的产物，该反应给出-(-pAr-S-)-重复单元；
偶氮聚合物，包括：通过偶氮丁腈与二元胺或二醇的聚合制备的聚合物，该聚合给出-(-R-N=N-R-)-重复单元；或通过聚合单聚物得到的聚合物，该单聚物除可聚合的功能团外还包括偶氮侧基，该聚合给出-[-R(N=N-R′)-]-重复单元；
聚苯并咪唑，包括通过芳香四胺化合物和二羧酸的缩合制备的聚合物；
聚碳酸酯，包括其共聚物；
聚环己烷
聚酯，包括其共聚物；
聚氧化乙烯；
聚咪唑(Polyimidazole)，包括通过聚合乙烯基咪唑单聚物制备的聚合物；
聚亚酰胺，包括通过双功能羧酸酐和二元胺的缩合得到的制品，该缩合给出-[-C(O)-N-R-C(O)-]-重复单元；
聚乳酸(Poly(lactic acid))；
聚甲基丙烯酸甲酯；
聚烯烃，包括其共聚合；
聚亚苯基醚(Poly(phenylene ether))，包括用氧化偶联聚合酚得到的制品，该聚合给出-(-pAr-O-)-重复单元；
聚磷嗪，包括聚合环状三聚物得到的制品，通过五氯化亚磷和氯化铵反应可生成三聚物，该聚合给出-[-N=P(R2)-]-重复单元；
聚环氧丙烷；
聚喹喔啉，包括通过芳香双二胺(aromatic bis(diamine))和联乙二醛水合物(bis(glyoxal hydrate)的溶液聚合得到的聚合物；
聚硅烷；
聚硅氧烷；
聚苯乙烯(例如间同立构的聚苯乙烯)，包括其共聚物；
聚砜；
聚尿；
聚亚胺酯；
乙烯基聚合物，包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯酰胺、聚氯乙烯和聚乙烯醚，以及各个的共聚物；在上述任何结构式中，R和R＇是有机根(例如C1-C20),Ar是芳香有机根(例如C6-C10)。
本发明还适用于用两个或多个单聚物或共单聚物制成的共聚物，这些共聚物包括如下的共聚物(但不限于此)：
丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物；
丙烯腈/乙烯丙烯二烯橡胶(EPDM)/苯乙烯共聚物；
丙烯腈/苯乙烯/烷基丙烯酸共聚物；
聚酯/聚碳酸酯共聚物；
乙烯/一氧化碳共聚物；
乙烯/苯乙烯狭义共聚物；
乙烯/乙酸乙烯酯共聚物；
异丁烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯/丙烯腈共聚物；
苯基马来酰亚胺/丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物；
苯乙烯/丙烯腈共聚物；
苯乙烯/马来酐共聚物。
本发明还适合于混合和熔合两种或多种聚合物和/或共聚物，包括用例如上述的聚合物或共聚物形成的混合物或熔合物。有用的混合物或熔合物的特别的例子如下：
与聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯或聚亚酰胺混合的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物；
与聚亚酰胺混合的聚缩醛；
与聚酰胺、聚酯或苯乙烯/丙烯腈共聚物混合的聚碳酸酯；
聚亚苯醚(polyphenylene ether),(ⅰ)与聚酰胺和芳族乙烯/共轭二烯的二或三嵌段共聚物混合；(ⅱ)与聚酯混合；或(ⅲ)与接枝芳香族乙烯/共轭二烯的二或三嵌段共聚物的聚苯乙烯混合。

Claims (40)

1．一种多头螺旋挤压机，包括：
(a)第一螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是X；
(b)第二螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是Y；
其特征在于，第一螺旋的各个X螺纹部分上的螺纹与第二螺旋的Y螺纹部分上的螺纹相互啮合；X不等于Y。
2．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，X为1、2、3、4或5；Y为0、1、2、3、4、5或6。
3．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，Y=X±1或Y=X±2。
4．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，X是1而Y为2，或X是1 Y为3，或X是2 Y为3。
5．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，在X螺纹部分或Y螺纹部分上的螺纹可以结束、开始，或结束和重新开始。
6．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺旋还包括局部螺纹部分或没有螺纹的部分，可以围绕该局部螺纹部分的根部配置一个或多个螺纹，该螺纹可以开始、结束或中断，围绕没有螺纹的部分的根部不配置螺纹。
7．如权利要求6所述的挤压机，其特征在于，局部螺纹部分或没有螺纹部分的长度是一段距离，该距离在连续螺纹的约0.50圈到约10圈的范围内。
8．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，至少一个部分包括螺旋组件的一个或多个部件。
9．如权利要求6所述的挤压机，其特征在于，至少一个X螺纹部分或Y螺纹部分和至少一个局部螺纹部分或没有螺纹部分用螺旋组件的一个或多个部件组件组装。
10．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺旋是单一的连续金属件。
11．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，一个或多个部分形成单一的连续金属件。
12．如权利要求6所述的挤压机，其特征在于，至少一个X螺纹部分或Y螺纹部分和至少一个局部螺纹部分和没有螺纹部分形成单一的连续金属件。
13．如权利要求1所述的挤压机，其特征在于，第一螺旋的整个长度上包含X个螺纹，或者第二螺旋的整个长度上包含Y个螺纹。
14．一种减小挤压机中排出气体的方法，包括以下步骤：
(a)在上述挤压机中配置：
(ⅰ)第一螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是X；
(ⅱ)第二螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是Y；
其特征在于，第一螺旋的各个X螺纹部分上的螺纹与第二螺旋的Y螺纹部分上的螺纹相互啮合；X不等于Y；
(b)用上述第一和第二螺旋挤压可挤压材料。
15．一种多头螺旋挤压机，包括：
(a)第一螺旋，(ⅰ)围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目是X；(ⅱ)围绕该螺旋的至少另一个部分的根部配置螺纹，该螺纹数目是Z；
(b)第二螺旋，围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目为Y；
其特征在于，在第一螺旋的各个X螺纹部分和各个Z螺纹部分上的螺纹与第二螺旋的Y螺纹部分上的螺纹相互啮合；X不等于Z，并且X和Z不等于Y。
16．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，X或Z是1、2、3、4或5；而Y是0、1、2、3、4、5或6。
17．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，Y=X±1,Y=X±2,Y=Z±1或Y=Z±2。
18．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，Z=X±1或Z=X±2。
19．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，X/Y对中的Y不等于Z/Y对中的Y。
20．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，X或Z为1,Y为2；或X和Z为1,Y为3；或X和Z为2,Y为3。
21．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，在X螺纹部分上、Z螺纹部分上或Y螺纹部分上的螺纹可以结束、开始，或结束和重新开始。
22．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺旋还包括局部螺纹部分或没有螺纹的部分，围绕该局部螺纹部分的根部配置一个或多个螺纹，该螺纹可以开始、结束或中断，围绕该没有螺纹部分的根部没有配置螺纹。
23．如权利要求22所述的挤压机，其特征在于，局部螺纹部分或无螺纹部分的长度是一段在连续螺纹的约0.50圈至约10圈范围内的距离。
24．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，至少一个部分包括螺旋组件的一个或多个部件。
25．如权利要求22所述的挤压机，其特征在于，至少一个X螺纹部分、Z螺纹部分或Y螺纹部分和至少一个局部螺纹部或无螺纹部分用螺旋组件的一个或多个部件组装。
26．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，至少一个X螺纹部分和至少一个Z螺纹部分用螺旋组件的一个或多个部件组装。
27．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺旋是单一连续的金属件。
28．如权利要求15所述的挤压机，其特征于，一个或多个部分形成单一连续的金属件。
29．如权利要求22所述的挤压机，其特征在于，至少一个X螺纹部分、Z螺纹部分或Y螺纹部分和至少一个局部螺纹部分或无螺纹部分形成单一连续的金属件。
30．如权利要求15所述的挤压机，其特征在于，至少一个X螺纹部分和至少一个Z螺纹部分形成单一连续的金属件。
31．一种多头螺旋挤压机，包括：
(a)第一螺旋，具有螺纹部分，围绕该部分根部的螺纹不结束，或不开始，或不中断；
(b)第二螺旋，具有(ⅰ)局部螺纹部分或(ⅱ)无螺纹部分，围绕该局部螺纹部分的根部配置一个或多个螺纹，该螺纹可以开始、结束或中断，围绕无螺纹部分的根部不配置螺纹；
其特征在于，第一螺旋的各个螺纹部分与第二螺旋的局部螺纹部分和无螺纹部分配成对。
32．如权利要求31所述的挤压机，其特征在于，在第二螺旋上的局部螺纹部分或无螺纹部分的长度是一段距离，该距离在连续螺纹的约0.50圈至约10圈的范围内。
33．如权利要求31所述的挤压机，其特征在于，至少一个部分包括螺旋组件的一个或多个部件。
34．如权利要求31所述的挤压机，其特征在于，一个或多个部分构成单一连续的金属件。
35．如权利要求31所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺旋是单一连续的金属件。
36．如权利要求31所述的挤压机，其特征在于，第一螺旋还包括局部螺纹部分或无螺纹部分，或第二螺旋还包括螺纹部分。
37．如权利要求36所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺纹部分和至少一个局部螺纹部分或无螺纹部分用螺旋组件的一个或多个部件组装。
38．如权利要求36所述的挤压机，其特征在于，至少一个螺纹部分和至少一个局部螺纹部分或无螺纹部分构成单一连续的金属件。
39．一种多头螺旋挤压机，包括：
(a)第一螺旋，(ⅰ)围绕该螺旋的至少一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目为X；(ⅱ)围绕该螺旋的至少另一个部分的根部配置螺纹，该螺纹的数目为Z；
(b)第二螺旋，具有至少两个部分，该两个部分或者是(ⅰ)局部螺纹部分，或者是(ⅱ)无螺纹部分，围绕该局部螺纹部分的根部配置一个或多个螺纹，该螺纹可以开始、结束或中断，围绕无螺纹部分的根部不配置螺纹；
其特征在于，第一螺旋的各个X螺纹部分和各个Z螺纹部分或者与第二螺旋的局部螺纹部分或者与其无螺纹部分配成对；并且X不等于Z。
40．一种挤压机螺旋，包括根部，围绕该根部的一个或多个部分配置X个螺纹，并且围绕该根部的一个或多个部分配置Z个螺纹，其特征在于，X为1、2或3，并且Z=X±1或X±2。
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