CN1372508A - 挤压机螺杆 - Google Patents

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Abstract

一种轴向伸长的包含一螺杆主体的挤压机螺杆(22),螺杆主体带有一轴向延伸的突出部分,该突出部分由一个在螺杆入口端的送料部分(F)、一个在螺杆出口端的计量部分(M)和一个在所述送料和计量部分(M)之间的阻挡部分(B)。一第一螺旋初级螺旋片(42)沿着所述挤压机螺杆(22)的长度方向、围绕并与所述螺杆主体同轴延伸。一第二螺旋初级螺旋片(48),至少部分沿着所述挤压机螺杆(22)的所述送料部分向所述出口端延伸。挤压机螺杆的阻挡部分(B)限定了定位在初级螺旋片(42,48)之间的第一和第二阻挡螺旋片,并且相互配合形成沿着挤压机螺杆的阻挡部分延伸的第一和第二熔化通道(70,76)和固体通道(56,58)。

Description

挤压机螺杆
技术领域
本发明总的来说涉及用于加工固体树脂材料的机械，特别是涉及用于混合和熔化所述树脂材料的挤压机机械。
背景技术
用于熔化、混合和合成聚合树脂材料的挤压机螺杆一般具有三个区域，即送料区域、计量区域和位于送料区域和计量区域之间的熔化区域。通常，挤压机螺杆可旋转地定位在挤压机筒体内，该筒体包含一个与螺杆的送料部分邻近的装料斗部分，以及一个与装料斗部分相对且与螺杆的计量部分接近的排出端。在工作当中，将固体树脂材料通过送料斗部分导入并送到螺杆的送料区域，在此材料开始熔化。然后，固体树脂材料被传送到熔化区域，在该区域内，材料以比在送料区域中大的速率熔化，并且材料基本上完全转变为熔化状态。熔化的材料从熔化区域传送到计量区域，以便将材料传送到挤压机的排出端，在此材料通常通过一模具。
传统的挤压机螺杆包含：一个单螺旋片，该螺旋片围绕螺杆的根部或者主体部分设置并与螺杆的根部或者主体部分配合而形成一个通道，沿着该通道将树脂材料传送到挤压机内。当材料进入熔化部分时，由材料自身内部摩擦产生的热量以及通过筒体体从外部热源传导的热量使材料开始熔化。熔化的材料形成一个熔化薄膜，该薄膜附着在挤压机筒体的内表面上。当薄膜厚度超过挤压机筒体和螺旋片之间的间隙时，螺旋片的导向边刮掉筒体内表面上的熔化薄膜，使熔化材料沿着螺旋片的前进边缘形成一槽。随着材料不断熔化，在通道内通常称为固体层的固体块状物破碎为固体材料结块，与熔化材料的槽混合。
当发生上述情况时，由于固体材料结块被带入熔化材料的槽内，暴露于热筒体的固体材料的量会严重减少。因此，为了使带入的固体材料熔化，必需通过熔化槽向固体传输足够的热量。因为大多数聚合物具有很好的隔热特性，一旦固体层被破坏，挤压机的熔化效率就会下降。
在努力改善熔化效率时，改进的挤压机螺杆在围绕螺杆主体部分延伸的熔化部分中包含一第二螺旋片，并且在第二螺旋片的前进表面和初级螺旋片的后退(retreating)表面之间形成一固体通道。另外，在第二螺旋片的后退表面和初级螺旋片的前进表面之间还形成一个传送熔化材料的熔化通道。在固体通道内的螺杆根部或者主体部分的直径逐渐增大，因而，减小了沿熔态部分的通道的深度，同时，螺杆根部或者主体部分的直径沿熔化通道减小，因而增大了熔化通道的深度。工作当中，在固体层和加热筒体表面之间的交接面处形成的熔膜会越过第二螺旋片移入熔化通道内，因而减少固体层破裂的情况。
在这种型式的螺杆中，固体材料的熔化速度取决于与加热的筒壁接触的固体层的表面面积以及筒壁和固体层之间形成的熔化膜的厚度。固体材料与筒壁接触的表面面积的增大改善了从筒体向固体层的外露表面传递热量的状况，从而使熔化速度提高。但是，固体层和筒体之间的熔化膜厚度的提高起到绝热器的作用，因此，降低了从筒体到固体材料的热传递作用并减缓了熔化速度。因此，为了使固体树脂材料转变为熔化状态，该挤压机螺杆的熔化部分就会相当地长，由此产生的结果是：增加了使用这种螺杆的挤压机的制造和工作成本。
基于上述的理由，本发明的总目的在于提供一种克服现有技术的螺杆上存在的问题和缺点的挤压机螺杆。
本发明更明确的目的是提供一种挤压机螺杆，其中，使导入螺杆的固体材料以高效方式熔化和混合。
发明概述
本发明涉及一种轴向延伸的挤压机螺杆，包含一螺杆主体和一轴向延伸的挤压机部分。挤压机部分由三个区域或者部分限定，即一个在挤压机螺杆入口端的送料部分，一个在螺杆出口端的计量部分，以及一个在送料和计量部分之间的阻挡部分。一第一螺旋初级螺旋片，沿着挤压机螺杆的长度而从螺杆主体处并与螺杆主体同轴延伸，并且包含一第一前进表面和一第一后退表面。一第二螺旋初级螺旋片，也从螺杆主体处至少沿着送料部分的一部分延伸，然后沿着挤压机螺杆的剩余长度延伸，而且包含一第二前进表面和一第二后退表面。
螺杆主体限定了一个定位在第一前进表面和第二后退表面之间的第一螺旋回转表面，该螺旋表面与第一前进和第二后退表面共同限定一第一固体通道。螺杆主体还包含一个位于第二前进和第一后退表面之间的第二螺旋回转表面。第二前进和第一后退表面与第二螺旋回转表面共同限定一个第二固体通道。第一和第二固体通道至少沿着挤压机螺杆的阻挡部分的长度而延伸。
在本发明的优选实施例中，阻挡部分包含一个带有第三前进和第三后退表面的第一阻挡螺旋片，该阻挡螺旋片沿着阻挡部分的长度而围绕螺杆主体并与螺杆主体同轴延伸。第一阻挡螺旋片定位在第一前进和第二后退表面之间，因而使第一螺旋回转表面重新限定在第三前进和第二后退表面之间。由第一阻挡螺旋片产生的结果是：螺杆主体在第一前进和第三后退表面之间限定了一个第三螺旋回转表面，同时该第三螺旋表面与第一前进和第三后退表面共同形成沿阻挡部分延伸的第一熔化通道。
一个带有第四前进和第四后退表面的第二阻挡螺旋片也沿着阻挡部分而围绕螺杆主体并与螺杆主体同轴延伸。第二阻挡螺旋片定位在第二初级螺旋片的第二前进表面和第一初级螺旋片的第一后退表面之间，因而使得第二螺旋回转表面重新限定在第四前进和第一后退表面之间。
第二阻挡螺旋片还有利于在第二前进和第四后退表面之间产生第四螺旋回转表面，同时第二阻挡螺旋片与第二前进和第四后退表面共同形成一个沿着阻挡部分延伸的第二熔化通道。优选是，第一和第二初级螺旋片的螺距以及第一和第二阻挡螺旋片的螺距至少沿着阻挡部分的长度而变化。在本发明的优选实施例中，这一螺距变化的结果是：沿着阻挡部分沿下游方向，固体通道的宽度减小，熔化通道的宽度增大。这就使得在固体通道内沿着阻挡部分沿下游方向减少的固体量与加热的挤压机筒体接触并熔化。相反，熔化通道的增大的宽度能够接纳所传送的熔化材料的增加量。
除了熔化和固体通道的宽度的变化之处，这些通道限定的深度也变化。例如，固体通道的深度沿着阻挡部分沿下游方向减小，从而确保其中的固体树脂材料的曾经减少的量被适当地剪切(shear)，并且使材料暴露于加热的挤压机筒体，从而有利于材料熔化。再者，熔化通道的深度沿着阻挡部分沿下游方向增大，这样是为了充分地容纳熔化材料的增加量。
本发明还涉及一种挤压机，该挤压机包含一挤压机驱动装置，上述挤压机螺杆与该挤压机驱动装置可旋转地连接。包含一个适于容纳挤压机螺杆的伸长的轴向孔的挤压机筒体也要装在驱动装置上。挤压机筒体包含一个靠近挤压机螺杆送料部分的送料斗部分，以利于将固体树脂材料送入挤压机。轴向孔由一筒壁形成，该筒壁又限定有多个围绕挤压机螺杆送料部分而延伸的凹槽，以提高固体树脂材料沿着送料部分沿下游方向前进的送料速度和压力。
附图的简要说明
图1是本发明中采用了挤压机筒体和螺杆的挤压机的侧视剖视图；
图2是图1中挤压机筒体的局部剖视图，表示出由挤压机筒体的送料部分限定的凹槽；
图3是本发明中挤压机螺杆的局部侧视图，其中，还包含了沿螺杆长度上的固体和熔化通道深度的示意；
图4是沿图3中3-3线剖开的局部剖视图，其中，表示出图3中挤压机螺杆的送料区域内的两个固体通道；
图5是沿图3中4-4线剖开的局部剖视图，其中，表示出图3中挤压机螺杆的阻挡区域开始处的两个固体和两个熔化通道；
图6是沿图3中5-5线剖开的局部剖视图，其中，表示出沿着图3中挤压机螺杆的阻挡区域的大致中间位置的两个固体和两个熔化通道；
图7是沿图3中6-6线剖开的局部剖视图，其中，表示出远离图3中挤压机螺杆送料区域的阻挡区域末端处的两个固体和两个熔化通道。
本发明优选实施例的详细说明
如图1所示，总体上用附图标记10表示的挤压机包含一筒体12，该筒体具有由基本圆柱形的孔壁16(用虚线表示)限定的孔14。筒体12被安装到适用的传动装置上，这一传动装置例如但不局限于齿轮箱18，筒体上还包含一个靠近齿轮箱并安装在筒体上的装料斗部分20。一轴向伸长的挤压机螺杆22被定位在孔14内并且可旋转地与齿轮箱18联接。挤压机螺杆22分成三个区域或者部分，即：用尺寸标记“F”表示的送料部分24，其位于挤压机螺杆的入口端26处；用尺寸标记“M”表示的计量部分28，位于挤压机螺杆的出口端28处；以及用尺寸标记“B”表示的阻挡部分30，位于送料和计量部分之间。
在工作当中，固体树脂材料通过送料斗32送入挤压机筒体12的送料斗部分20内。固体树脂材料沿着挤压机螺杆22的送料部分24前进，在此材料开始熔化，并进入阻挡部分30。正如下面详细描述的，当固体树脂材料沿着阻挡部分30前进时，材料开始变成熔化状态，然后，该材料被送入由挤压机螺杆22限定的计量部分28内。一旦进入计量部分28，熔化的材料通常穿过安装在筒体12出口端36上的模具34而向前流出挤压机。
参照附图2，为了提高挤压机10的压力和物料通过量，挤压机筒体12的孔壁16上形成有多个轴向延伸的凹槽38，这些凹槽切入孔壁并围绕挤压机螺杆22延伸。当挤压机10工作时，在挤压机螺杆22的送料部分24内，挤压机筒体12的凹槽38产生一个大的压力梯度。该压力梯度使挤压机内的材料通过量增加。
参照图3，挤压机螺杆22包含一个通常为圆柱形的螺杆主体40，该螺杆主体具有沿螺杆长度轴向延伸的突出部分。一第一螺旋形初级螺旋片42限定了一个第一前进表面44和一第一后退表面46，该螺旋片42围绕螺杆主体且与螺杆主体40同轴延伸。在如图所示的实施例中，一第二螺旋形初级螺旋片48也限定了一第二前进表面50和一第二后退表面52，该螺旋片48也围绕螺杆主体且与螺杆主体40同轴延伸。如图3所示，两个第一和第二螺旋形初级螺旋片42、48分别在挤压机螺杆22的入口端26处开始，并且二者彼此大致间隔180°。但是，本发明并不局限于此，螺旋片彼此间的角度可以不是180°。另外，尽管在此描述了单个第一和第二螺旋形初级螺旋片42、48，但本发明不限于此，还可以采用多于两个初级螺旋片的方案，这些方案都不偏离本发明的范围。
如图4所示，螺旋主体40限定了第一螺旋回转表面54，该表面与第一和第二初级螺旋片42和48各自的第一前进表面44和第二后退表面52配合，形成第一固体通道56。同样，螺旋主体40限定了第二螺旋回转表面57，该表面与第一和第二初级螺旋片42和48各自的第二前进表面50和第一后退表面46配合，形成第二固体通道58。
参照附图5，在阻挡部分B内，第一和第二阻挡螺旋片60和62中的每一个都分别从第一和第二初级螺旋片42和48之一延伸。每个阻挡螺旋片60和62重新限定第一和第二固体通道56和58中的相应一个。因此，现在第一固体通道56由第二初级螺旋片48的第二后退表面52、第一螺旋回转表面54和第一阻挡螺旋片60的前进表面64共同形成。同样，第二固体通道58由第一初级螺旋片42的后退表面46、第二回转表面57和第二阻挡螺旋片62的前进表面64共同形成。
螺杆主体40限定了一个第三螺旋回转表面66，该表面与第一前进表面44和第一阻挡螺旋片60的第三后退表面68共同限定了第一熔化通道70。同样，螺杆主体40限定了一个第四螺旋回转表面72，该表面与第二前进表面50和第二阻挡螺旋片62的第四后退表面74共同限定了第二熔化通道76。当固体树脂材料分别在第一和第二固体通道56和58内沿阻挡部分沿下游行进时，材料熔化并分别移动到第一和第二熔化通道70和76内。
如图5-7所示，第一和第二固体通道56和58分别限定了一深度ds1和ds2，该深度沿着阻挡部分并沿图3中“D”符号表示的下游方向而逐渐减小。这一现象由图3所示的固体通道深度的示意性图形78表示出来。与固体通道一样，第一和第二熔化通道70和76分别限定了深度dm1和dm2，但是，这些深度在图3所示的熔化通道深度的示意性图形80中是沿下游方向增大的。
除了上面描述的通道深度变化的情况外，初级螺旋片42和48和阻挡螺旋片60和62的螺距在阻挡部分内也变化。该螺距的变化使得由第一和第二熔化通道70和76分别限定的宽度Wm1和Wm2沿阻挡部分并沿下游方向增大。同时，由第一和第二固体通道限定的宽度Ws1和Ws2也变化。因此，沿着阻挡部分并沿下游方向运动时，第一和第二固体通道就变得越窄和越浅，而第一和第二熔化通道就变得越宽和越深。
参照图1-7，下面详细说明本发明中挤压机螺杆22的工作过程。通常呈再次研磨、颗粒和/或粉末状态的固体树脂材料通过装料斗32进入挤压机筒体12的装料斗部分20。固体树脂材料分别聚集在第一和第二固体通道56和58内，挤压机螺杆22沿图3箭头“R”所示的方向旋转的结果是：将固体树脂材料沿着送料部分“F”传送到阻挡部分“B”。当材料沿着送料部分“F”移动时，第一和第二初级螺旋片42和48的第一和第二前进表面44和50分别与其内的固体材料接合，将固体材料挤成固体层。另外，通常进行温度控制的挤压机筒体内的多个凹槽进一步挤压固体通道内的材料并使其增压，使材料不仅能够较快地传递，而且开始熔化。这一熔化操作促进了与挤压机螺杆22送料部分内的初级螺旋片的前进表面相邻的熔化槽的形成。
一旦送料部分中的材料进入挤压机螺杆22的阻挡部分，由于材料内部的剪切作用和来自挤压机筒体12的热量的作用，材料不断地熔化。熔化的材料分别从第一和第二固体通道56和58越过阻挡螺旋片60和62流入第一和第二熔化通道70和76。这一过程沿着阻挡部分并沿下游方向到其末端不断进行，在其末端，挤压机螺杆22的计量部分通过模具34输出熔化材料。
尽管表示和说明了优选实施例，但各种变型和替代方案都不偏离本发明的精神和范围。因此，可以理解，借助示例对本发明所进行的说明有利于对本发明的理解，不起限制作用。

Claims (8)

1.一种轴向伸长的带有一螺旋主体的挤压机螺杆，其中，螺旋主体包含一轴向延伸的突出部分，该突出部分由一个在所述螺杆入口端的送料部分、一个在所述螺杆出口端的计量部分和一个在所述送料和计量部分之间的阻挡部分所限定，所述挤压机螺杆还包含：
一第一螺旋初级螺旋片，具有一第一前进表面和一第一后退表面，其沿着所述挤压机螺杆的长度方向、围绕螺杆主体并与所述螺杆主体同轴延伸，并具有一第一前进表面和一第一后退表面；
一第二螺旋初级螺旋片，其至少部分沿着所述挤压机螺杆的所述送料部分向所述出口端延伸，并且具有一第二前进表面和一第二后退表面；
所述螺杆主体限定了一个在所述第一前进和第二后退表面之间的第一螺旋回转表面，并共同形成第一固体通道；
所述螺杆主体限定了一个在所述第二前进和第一后退表面之间的第二螺旋回转表面，并共同形成第二固体通道；
所述阻挡部分包含：
一个带有第三前进和第三后退表面的第一阻挡螺旋片，其沿着所述阻挡部分、围绕螺杆主体并与所述螺杆主体同轴延伸，所述第一阻挡螺旋片定位在所述第一前进和第二后退表面之间，因而使所述第一螺旋回转表面重新限定在所述第三前进和第二后退表面之间；
所述螺杆主体限定了一个在所述第一前进和第三后退表面之间的第三螺旋回转表面，并且共同形成一个沿所述阻挡部分延伸的第一熔化通道；
一个带有一第四前进和第四后退表面的第二阻挡螺旋片，其沿着所述阻挡部分、围绕螺杆主体并与所述螺杆主体同轴延伸，所述第二阻挡螺旋片定位在所述第二前进表面和所述第一后退表面之间，因而使所述第二螺旋回转表面被重新限定在所述第四前进和第一后退表面之间；以及
所述螺杆主体限定了一个第四螺旋回转表面，该表面在所述第二前进和第四后退表面之间，并且共同形成一个沿着所述阻挡部分延伸的第二熔化通道。
2.根据权利要求1所述的轴向延伸的挤压机螺杆，其特征是：所述第一和第二初级螺旋片中的每一个都限定一个沿着所述挤压机螺杆的长度而变化的螺距。
3.根据权利要求1所述的轴向延伸的挤压机螺杆，其特征是：所述第一和第二阻挡螺旋片中的每一个都限定一个沿着所述挤压机螺杆的长度而变化的螺距。
4.根据权利要求1所述的轴向延伸的挤压机螺杆，其特征是：所述第一和第二熔化通道中的每一个都限定一个沿着所述阻挡部分并沿下游方向逐渐增大的深度。
5.根据权利要求1所述的轴向延伸的挤压机螺杆，其特征是：所述第一和第二固体通道中的每一个都限定一个沿着所述阻挡部分并沿下游方向逐渐减小的深度。
6.根据权利要求1所述的轴向延伸的挤压机螺杆，其特征是：所述第一和第二固体通道中的每一个都限定一个沿着熔化通道并沿下游方向逐渐减小的深度。
7.根据权利要求1所述的轴向延伸的挤压机螺杆，其特征是：所述第一和第二熔化通道中的每一个都限定一个沿着所述阻挡部分并沿下游方向逐渐增大的宽度。
8.一种挤压机，包含：
一挤压机驱动装置；
一伸长的挤压机筒体，其装在所述挤压机驱动装置上并包含一个由一孔壁形成的孔，所述筒体具有一个与所述挤压机驱动装置邻近的装料斗部分，以将固体树脂材料导入所述孔内；
一轴向伸长的带有一螺杆主体的挤压机螺杆，其中，螺杆主体包含一轴向延伸的突出部分，该突出部分由一个在所述螺杆入口端的送料部分、一个在所述螺杆出口端的计量部分和一个在所述送料和计量部分之间的阻挡部分所限定；
所述挤压机螺杆还包含：
一第一螺旋初级螺旋片，具有一第一前进表面和一第一后退表面，其沿着所述挤压机螺杆的长度、围绕螺杆主体并与所述螺杆主体同轴延伸；
一第二螺旋初级螺旋片，其至少部分沿着所述挤压机螺杆的所述送料部分向所述出口端延伸，并且具有一第二前进表面和一第二后退表面；
所述螺杆主体限定了一个在所述第一前进和第二后退表面之间的第一螺旋回转表面，并共同形成第一固体通道；
所述螺杆主体限定了一个在所述第二前进和第一后退表面之间的第二螺旋回转表面，并共同形成第二固体通道；
所述阻挡部分包含：
一个带有第三前进和第三后退表面的第一阻挡螺旋片，其沿着所述阻挡部分、围绕螺杆主体并与所述螺杆主体同轴延伸，所述第一阻挡螺旋片定位在所述第一前进和第二后退表面之间，因而使所述第一螺旋回转表面重新限定在所述第三前进和第二后退表面之间；
所述螺杆主体限定了一个在所述第一前进和第三后退表面之间的第三螺旋回转表面，并且共同形成一个沿所述阻挡部分延伸的第一熔化通道；
一个带有一第四前进和第四后退表面的第二阻挡螺旋片，其沿着所述阻挡部分、围绕螺杆主体并与所述螺杆主体同轴延伸，所述第二阻挡螺旋片定位在所述第二前进表面和所述第一后退表面之间，因而所述第二螺旋回转表面被重新限定在所述第四前进和第一后退表面之间；
所述螺杆主体限定了一个第四螺旋回转表面，该表面在所述第二前进和第四后退表面之间，并且共同形成一个沿着所述阻挡部分延伸的第二熔化通道；以及
多个凹槽，其由与所述筒体的所述装料斗部分相邻的所述孔壁形成，并且延伸而接近到所述挤压机螺杆的所述送料部分，以便在所述挤压机工作中提高在所述送料部分内固体树脂材料的送料速度和压力。
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