CN1787905B - 用于塑化螺杆的改进的混合部 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改进的、用于造型机的螺杆的混合部。这种改进的混合部包括至少一个输送段(7)和一个与输送段(7)相交的溢出段(9)。在输送段(7)上至少设置至少一个切口(10)，从而能够在相邻的流动槽(18)之间进行混合。溢出段(9)终止于混合部的出口附近，这样就形成一个捕获区，用于捕获到达混合部的该区域的未熔化物质。

Description

用于塑化螺杆的改进的混合部

技术领域

本发明涉及一种高产注射成型机械的塑化螺杆，该塑化螺杆具有熔化和混合树脂的独特特征。

背景技术

用于塑化塑料树脂的塑化螺杆种类繁多。包括混合特征以及用于分离熔化物与未熔化物的特征的设计与本发明有关。

授于Willert的美国专利US4,330,214教导了一种塑化螺杆，它有一个进料区、一个塑化区和一个计量区。沿着螺杆的一半引入第二段以便分离熔化物质与未熔化物质。熔体池淹没溢出段，并在逐渐变深的槽中积累，此槽位于溢出段与下游的输送段之间，而未熔化物则保留在逐渐变浅的槽中，此槽位于溢出段与上游的输送段之间。Willert并没有在螺杆内包括混合特征。

授于Kruder的美国专利US3,870,284和后来授予Kruder和Calland的美国专利US5,219,590教导了一种带有混合部分的波浪螺杆。这个混合部分包括一个输送段和两个分割段，两个分割段的每一个与输送段间隔开，从而将所述槽分割成三个槽，其深度顺槽的螺旋方向呈周期性变化。其中各槽的深度最低的部分限定出波峰，各波峰在螺旋方向上的位置互不相同。在螺杆的混合部分中，螺杆的旋转会对树脂产生一种类似揉捏的作用。

授予Heathe的美国专利US6,227,692公开了一种塑化螺杆，它包含一个进料区、一个压缩区、一个波浪形的熔化区、一个螺旋形的混合区以及一个二次熔化区，其中螺旋形的混合区捕获一些大的结块和污染物。

授予Jana等人的美国专利US6,132,076教导了一种排气螺杆，它带有“下切”的溢出段，以便增强分散及分布混合。图2列出了通常与塑化螺杆结合使用的各种现有的混合方案。其中一个例子是位于螺杆顶端上的“凤梨形混合部分”。

授予Koch等人的美国专利US3,687,423教导了一种具有不同宽度槽的塑化螺杆，槽上有多个交叉的槽挡板以阻拦沿着槽的未熔物的流动。输送段具有刺穿它们的毗邻一些挡板的切口，以便使未熔物向下游移动并且减轻对挡板壁的压力。这种设计会在管内产生很大的压降，并在靠近捕获并降解树脂的挡板处产生死点。

授予Anders的美国专利US4,107,788教导了一种挤压机螺杆，其沿螺杆的一半有一混合部分。该混合部分具有形成槽的多头输送段。每一个槽具有两个挡板，在挡板处的输送段上并直接从其向上游带有切口。

授予Frankland的美国专利US4,639,143教导了一种挤压螺杆，其具有沿着螺杆的一半的一部分，该部分在熔体槽中具有三组平行的凹进，此设计用于减少一般的剪切生热效应，因此可以在不减少生产量的情况下降低材料温度。此设计的缺陷是由于没有新鲜材料冲洗凹进，粘性物质会淤塞于凹进内。

授予Nakamura的美国专利US4,840,492教导了一种混合螺杆，其沿螺杆的一半有一混合部分。该混合部分具有一系列不同宽度和不同深度的凹进，以此来提供混合及揉捏作用。此设计的缺陷是由于没有新鲜材料冲洗凹进，粘性物质会淤塞于凹进内。

授予Street的美国专利US3,941,535教导了一种挤压螺杆，其沿着螺杆的一半具有一部分，该部分在输送段中具有切口。但是并没有公开引导熔体通过切口的方法，因此材料被捕获在切口中并最终降解。

一种过度侵犯的塑化螺杆不仅产生高水平的剪切和降解作用，还会在熔体中产生较大热量。因为通过螺杆的剪切生热作用会升高管的温度并超过管加热器的调定点，此时会由于过热而报警引发停机。当试图增加任何给定型号的传统塑化螺杆的产量时，这些问题都会出现。

虽然通过使用更大或更长的螺杆来增加螺杆产量就有可能克服这些问题，但是要实际执行并增加注塑装置的空间需求，这种方法是昂贵的。最好能找到一种既不改变尺寸特征又可以增加塑化螺杆产量的方法。本发明通过提供改进的混合部分实现了这个目的，此混合部分可以避免结块物质通过螺杆，防止被捕获原料的堆积，并在熔体槽内的温度的没有不可承受的增加的情况下，确保螺杆内所有材料的熔化。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于增加通过塑化螺杆进入造型机内的流体的流量，但不改变螺杆的尺寸。这一目的通过为螺杆提供一种改进的混合部分而实现。

更具体地说，改进的混合部包括至少一个输送段和至少一个溢出段。这些段盘旋(spirally)缠绕、最好是螺旋(helical)缠绕在螺杆上。每个溢出段终止于一个输送段，以形成一个捕获区，用于捕获可到达计量/混合部端部的任何固体材料，并因此阻止任何固体材料进入造型机本身。每个输送段都有切口，从而允许相邻输送槽内的流体的混合。输送段以这样的方式安装于管内，从而使段在管的内表面上延伸。随着溢出段向混合部前端延伸，它们与管之间最好有一个逐渐减小的间隙。这样可以使固体材料被溢出段捕获并输送回输送段，直到固体材料熔化，并能够通过注射装置。

更具体地说，本发明为造型机的塑化螺杆提供了一个改进的混合部，它包括至少一个沿塑化螺杆输送熔体的输送段和至少一个位于所述混合部内的溢出段。溢出段终止于混合部出口附近的一个输送段，以形成一个捕获区，用于防止固体材料被输送到所述混合部之外。在至少一个输送段上设置至少至少一个切口，该切口远离捕获区。输送段以第一螺旋角缠绕于螺杆上，而溢出段以不同的第二螺旋角缠绕于螺杆上。第一螺旋角是向前的螺旋角。

本发明还提供了一种造型机所用的改进的塑化螺杆。该塑化螺杆包括至少一个进料部、一个压缩部和一个混合部。其中混合部具有至少一个输送段以及至少一个位于该混合部内的溢出段。每个溢出段都终止于与一个输送段的终点相对应的一个位置或其附近，从而形成一个捕获区，将任何固体材料保留于所述混合部内。输送段和溢出段以不同的螺旋角缠绕于螺杆上，并且在输送段上设置至少一个切口。此切口位于捕获区之外。

附图说明

图1是塑化螺杆的侧视图，其中造型机的管子内有一个改进混合部。

图2A、2B、2C和2D是塑化螺杆的改进的混合部的各实施例的侧视图。

图3是图2A所示的塑化螺杆的局部等角图。

具体实施方式

图1展示了塑化螺杆1，它具有本发明提供的改进的混合部6。螺杆1位于加热管16中。加热管16有一个入口17和一个位于管16一端的出口(未示)。螺杆1包括一个进料部2、一个压缩部4、改进的混合部6和一个位于螺杆顶端的“凤梨形”混合器8，其中进料部2具有一个单输送段3，而压缩部具有双重输送段5。在所示的实施例中，混合部6包含带有一些切口10的三重输送段7和充当挡板的三重反螺旋溢出段9。溢出段9防止固体材料沿输送段7形成的槽移动。段7上的切口10使输送段7内的熔化材料混合得更充分。

螺杆的进料部和压缩部采用传统方式。单输送段3以本领域公知的方式经过进料部供给材料。同样地，压缩部4也以本领域公知的方式压缩双重输送段5内的材料。例如，共同受让的美国专利US6,227,692描述的螺杆包含一个进料部22和一个压缩部24。这两个部的操作在该专利中作了详细的介绍。

混合部6的主要实施例见图2A和3。段7之间的进料槽18(见图3)最好深度恒定，因此在熔体通过混合部6期间，它们不会压缩熔体。在图1所示的实施例中，离开压缩部4的树脂的体积基本上等于进入混合部6的接纳空间的体积。这样可以让熔体更加均匀、恒定地流向注射装置。

然而，如果你希望增加剪切并减少熔体在混合部6中的时间，可以将接纳空间做得比压缩部4中的输送空间小。或者，通过使混合部6中的接纳空间大于压缩部4中的输送空间，可以减少剪切并增加熔体在混合部6中的时间。

离开压缩部4的体积空间与进入混合部6的体积空间之间的最佳对应关系由以下几种因素决定，诸如待加工的树脂的类型与体积以及所需剪切的大小。发明人的经验表明，最好是让两个空间体积基本相等，至少是在加工聚乙烯对苯二酸盐(PET)时。这使得混合部6内的应力最小，从而避免了混合部内的温度大幅增加。另外，使体积相等使螺杆的注塑能力最大化，但又不会对材料造成过分剪切。

每个输送段7都绕着螺杆柄11螺旋转动多圈，而溢出段9绕螺杆柄11螺旋转动的方向与输送段7的方向相反。段7和9的数量、转动的圈数以及螺旋角都由实际应用的特殊需求决定。对于本项发明者所感兴趣的特定应用，已经发现倘若要使塑化螺杆的产量有满意地提高，三个输送段7绕大约11/2的螺旋圈，同样数量的溢出段9绕大约二分之一圈。

下面将详细说明混合部的四个实施例。

如图2A所示，有三个输送段7和三个溢出段9。在这一实施例中，每个输送段7以向前的螺旋角环绕螺杆柄11大约一又二分之一圈。每个溢出段9以向后的螺旋角环绕大约二分之一圈，并且其起点和终点与输送段7的终点12和起点13对应。

除了在有切口10的区域内(见图3)，输送段7在整个长度上的高度恒定，并且在管子上延伸。沿输送段7有间隔地设置切口10，用于混合来自相邻输送槽18的熔体。在图2A和3所示的最佳结构中，切口10大约位于输送段7和溢出段9的相邻交叉点间的中间位置。然而，也可以设计其他的切口10结构。例如，可以将各个切口10分开，从而在相交的段之间形成两个独立的切口。

发现随着输送段7接近混合部6的出口逐渐减小切口10的深度是有利的。段上的最后一个切口必须是最小深度以便固体材料不能越过它。很显然，可以在切口10终作其他的改变，同样具有满意的结果，虽然以本项发明者的经验而言，图2A和3所显示的段和切口的布置对于加工PET最有效。

三个相邻的溢出段9绕着螺杆柄11螺旋转动约0.5至1圈。在这些实施例中，这些溢出段9以与输送段7相反的方向在混合部6的长度内绕着螺杆柄11转动。然而，它们也能以同一方向围绕螺杆转动，这就要求它们围绕螺杆转动的螺旋角要明显区别于输送段的螺旋角，从而确保溢出段与输送段相交叉，以产生一个溢出带以满足混合器正常运作的需要。对于输送段7，可提供更多或更少的溢出段。例如，可使用四个这样的溢出段。溢出段9最终与输送段7相连。在图2A所显示的实施例中，溢出段9和输送段7同时终止于13。并不是每一个溢出段都必须结束于输送段的端部。溢出段的终点应在输送段终点附近以确保捕获区在混合器的端部附近，并因此在混合器内为混合材料提供最大长度以使未熔体转变成熔体。在混合部6内部，每一个溢出段9与每一个输送段7相交叉。在这一实施例中，溢出段9与管表面的间隙从在混合部6的入口处的大约10毫米减小到在溢出段的终端与输送段7的接点处的大约1-2毫米。间隙的这种减小沿着混合部6继续了其距离的大约三分之二。间隙的逐渐减小是这样的，使得按每个溢出段9的顺序，在溢出段9的最后两个溢出段挡板14、15之间的间隙要足够小，以便用作防止任何未熔体越过它们的屏障。挡板14、15之间的1-2毫米的间隙通常已经足够防止未熔体进入混合器8。

当然，使用不同的间隙也能得到令人满意的混合部6。例如，对于混合部6的整个长度来说，溢出段9与加热管16之间的间隙可以保持1-2毫米的最小间隙。混合部6的出口端的间隙必须足够小以便阻挡所有固体颗粒进入混合器8，但在该位置之前间隙可以大许多。

混合部6中的每个熔体输送段7都有几个切口10，这些切口大约位于溢出段9与熔体输送段7的交点之间的中间位置，除了最后一部分熔体输送段7是在点13处连接到溢出段9的相应端上。这些最后的部分提供了阻拦区或捕获区以包含未熔体。阻拦区或捕获区的两边由有切口的熔体输送段7所限制，另外两边由溢出段9限制。在图2A所示的最佳实施例中，有三个这样的阻拦区。

混合部6的包含带有切口的熔体输送段7的部分允许当溢出段9中由挡板引起的压力克服了由熔体输送段7产生的熔体进料压力时，使树脂通过切口10流回到螺杆1的上游部分。在某种程度上，熔体交换及混合作用的程度由切口10的大小、形状和位置控制。在图2A所示的最佳实施例中，切口10宽20-40毫米，深2-10毫米。如上文所述，随着切口接近混合部6的出口，其深度逐渐变浅。切口最好位于输送段7与溢出段9的交叉点间的基本上位于中间的位置。

图2B示出了另一种混合部6。这一实施例包括三个输送段7’。一个切口10’被设置在输送段7’与溢出段9’的交叉点间。切口10’的深度保持不变，或者朝着混合部6的出口变小。最后一个狭槽10’的深度必须小于2毫米，以防止任何固体材料通过混合部6。第一个狭槽10’可以直至输送段7’的整个深度。

在图2B中，每个溢出段9’终止于一端13’，以提供一个屏障来阻止任何可能到达混合部的那个区域的固体材料。溢出段9’起始于输送段7’的起点向前的一点，但并没有延伸至混合器入口处。溢出段9’的间隙是可调节的。该间隙可以在溢出段9’的全长上保持恒定并小于2毫米，或者在溢出段起点处为输送段7’的整个深度，到在混合部6出口处间隙小于2毫米。

图2C示意了另一种混合部6。在该实施例中，包括更多的输送段7”和溢出段9”。与以前的实施例相比，溢出段9”必须在13”处终止于输送段7”。溢出段9”的间隙与狭槽10”的深度可以像先前的实施例一样变化。

图2D显示了一种变体，其中交叉的溢出段9”’和输送段7”’的封闭点13”’位于混合部的端部之前。

在描述的实施例中，在混合部6的长度内，输送段围绕螺杆柄11螺旋转动大约一又二分之一圈。显然，所述段可以包含更多或更少圈转数，并仍然提供一种令人满意的改进方案。同理，提供三个输送段同样也能工作良好，但是，显然可以使用更多或更少的段，同样具有令人满意的结果。例如，也可以使用四个这样的输送段。

溢出段9和输送段7的所有相交处都被弄圆或以本领域公知的方式形成轮廓。段与螺杆柄相连的表面也被弄圆或形成轮廓。这种构形消除了可产生停滞区域的锐角，这些停滞区域会捕获或降解树脂。

已对最佳实施例作了说明，它在一根直径为140mm、长度直径比为25∶1的管子上实施。在这一特殊的管结构中，输送段高14毫米。聚乙烯对苯二酸盐(PET)可以由该螺杆加工。已经发现：当螺杆上形成改进的混合部6时，其产量比没有使用这种改进混合部6的现有螺杆提高了15％-30％。

最佳实施例中的塑化螺杆的剪切生热最少，并且使更重要的管子温度问题--即螺杆产生的热量将管的温度提高到管温设定值以上--最少。在图2A所示的优选实施例中，试验表明管温保持低于所需设定值至少5摄氏度，并因此不会引发报警。另外，性能也满足碳酸饮料(CSD)和矿泉水的容器的熔体标准。此外，特性黏度损失也保持在可接受的范围内。

对我们的设计进行各种改变可以达到令人满意的改进。输送段和溢出段的数量可以增加或减少。在输送段上的切口数量及其深度也可以随着实际应用而变化。例如图2A中所示的设备适用于加工PET。如果加工另一种热塑性材料可能需要不同的槽深和不同的溢出段高度。

Claims (38)

1.一种用于模制机的塑化螺杆，所述塑化螺杆包括至少一个进料部、一个压缩部和一个混合部，所述混合部具有至少一个输送段和至少一个溢出段，溢出段位于所述混合部内，其中每个溢出段开始和结束于输送段的起始点和终止点，所述输送段和所述溢出段以相反的方向缠绕在所述螺杆上，并且在所述输送段中具有至少一个切口，其中使用的未熔塑料与已熔塑料分离。

2.一种用于模制机的塑化螺杆，所述塑化螺杆包括至少一个进料部、一个压缩部和一个混合部，所述混合部具有至少一个输送段和至少一个溢出段，溢出段位于所述混合部内，其中每个溢出段终止于输送段的终止点或在其附近，从而形成捕获区，使任何固体材料保留在所述混合部中，所述输送段和溢出段以不同的螺旋角缠绕于所述螺杆上，并且所述至少一个输送段上具有至少一个切口，所述至少一个切口位于所述捕获区之外，其中使用的未熔塑料与已熔塑料分离。

3.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中每个所述溢出段相邻。

4.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中每个所述输送段包括切口，所述切口位于溢出段与输送段的交叉点间的中间位置。

5.如权利要求3所述的塑化螺杆，其中所述至少一个切口位于溢出段与输送段的交叉点间的中间位置。

6.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中每个所述溢出段的尺寸如此设置，即它与周围管子的间隙沿材料在所述管子内的流动方向减小。

7.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中所述塑化螺杆包括最后混合部。

8.如权利要求7所述的塑化螺杆，其中所述最后混合部是凤梨形混合器。

9.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中所述输送段和所述溢出段是螺旋斜轨。

10.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中所述输送段和所述溢出段是螺旋段。

11.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中所述输送段环绕所述螺杆一又二分之一圈，而所述溢出段环绕二分之一圈。

12.如权利要求1或2所述的塑化螺杆，其中所述混合部包括三个输送段和三个溢出段。

13.如权利要求4所述的塑化螺杆，其中每个所述溢出段是相邻的。

14.一种用于模制机的塑化螺杆的混合部，所述混合部包括用于沿着所述塑化螺杆输送熔体的至少一个输送段以及位于所述混合部内的至少一个溢出段，所述至少一个溢出段阻止固体材料输送超出所述混合部，所述至少一个溢出段终止于至少两个所述输送段中的一个处，所述输送段和溢出段以相反的方向缠绕在所述螺杆，并且每个输送段包括至少一个切口，其中使用的未熔塑料与已熔塑料分离。

15.如权利要求14所述的混合部，其中所述至少一个输送段包括切口，这些切口位于所述至少一个溢出段和一个输送段的相邻交叉点间的中间位置。

16.如权利要求14或15所述的混合部，其中所述至少一个溢出段的尺寸如此设置，即它与周围管子的间隙沿材料在所述管子内的流动方向减小。

17.如权利要求14或15所述的混合部，其中每个所述输送段和每个所述溢出段是螺旋斜轨。

18.如权利要求14或15所述的混合部，其中每个所述输送段和每个所述溢出段是螺旋段。

19.如权利要求17所述的混合部，其中每个所述输送段环绕所述螺杆一又二分之一圈，而每个所述溢出段环绕所述螺杆二分之一圈。

20.如权利要求14或15所述的混合部，其中每个所述溢出段相邻。

21.一种用于模制机的塑化螺杆的混合部，所述混合部包括至少一个用来沿着所述塑化螺杆输送熔体的输送段以及至少一个位于所述混合部内的溢出段，所述至少一个溢出段终止于所述混合部的出口附近的所述至少一个输送段，所述终止形成一个捕获区，用于防止固体材料被输送超出所述混合部，所述至少一个输送段中设置至少一个切口，所述至少一个切口远离所述捕获区，所述至少一个输送段以第一螺旋角缠绕于所述螺杆上，所述至少一个溢出段以不同的第二螺旋角缠绕于所述螺杆上，沿着熔体流动的方向，所述至少一个输送段的螺旋线绕行方向是右旋，其中使用的未熔塑料与已熔塑料分离。

22.如权利要求21所述的用于塑化螺杆的混合部，其中沿着熔体流动的方向，所述至少一个输送段的螺旋线绕行方向是右旋。

23.如权利要求21或22所述的用于塑化螺杆的混合部，其中所述第二螺旋角比所述第一螺旋角大。

24.如权利要求21或22所述的混合部，其中每个所述溢出段相邻。

25.如权利要求21或22中任意一项所述的混合部，其中所述至少一个切口位于所述至少一个输送段与一个溢出段的相邻交叉点间的中间位置。

26.如权利要求21或22所述的混合部，其中所述至少一个溢出段的尺寸如此设置，即它与周围管子的间隙沿材料在所述管子内的流动方向减小。

27.如权利要求21或22所述的混合部，其中每个所述输送段和每个所述溢出段是螺旋斜轨。

28.如权利要求21或22所述的混合部，其中每个所述输送段和每个所述溢出段是螺旋段。

29.如权利要求27所述的混合部，其中每个所述输送段环绕所述螺杆一又二分之一圈，而每个所述溢出段环绕所述螺杆二分之一圈。

30.一种用于模制机的塑化螺杆的混合部，所述混合部包括多个用来沿着所述混合部输送并混合熔体的输送段以及至少一个位于所述混合部内的溢出段，所述至少一个溢出段终止于所述混合部的出口附近的一个输送段，所述终止形成一个捕获区，用于防止固体材料被输送超出所述混合部，每个所述输送段上设有多个切口，所述切口远离所述捕获区，所述输送段以第一螺旋角缠绕于所述螺杆上，而所述至少一个溢出段以不同的第二螺旋角缠绕于所述螺杆上，沿着熔体流动的方向，所述至少一个输送段的螺旋线绕行方向是右旋，其中使用的未熔塑料与已熔塑料分离。

31.如权利要求30所述的用于塑化螺杆的混合部，其中沿着熔体流动的方向，所述至少一个输送段的螺旋线绕行方向是右旋。

32.如权利要求30或31所述的用于塑化螺杆的混合部，其中所述第二螺旋角比所述第一螺旋角大。

33.如权利要求30或31所述的混合部，其中每个所述溢出段相邻的。

34.如权利要求30或31所述的混合部，其中所述切口位于所述至少一个溢出段和一个输送段的相邻交叉点间的中间位置上。

35.如权利要求30或31所述的混合部，其中所这至少一个溢出段的尺寸如此设置，即它与周围管子的间隙沿材料在所述管子内的流动方向减小。

36.如权利要求35所述的混合部，其中所述混合部的接收体积空间基本上等于所述管子的前面紧邻的压缩部的体积空间。

37.如权利要求35所述的混合部，其中每个后一切口与所述管子的间隙小于前一个切口与所述管子的间隙。

38.如权利要求35所述的混合部，其中每个输送段上最后一个切口与所述管子的间隙小于允许未熔体流过它所需的间隙。

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