专利名称：塑化装置中的螺杆的混合元件/混合段的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种用于混合热塑性材料的装置，更具体地涉及一种用于混合多种聚合物的螺杆，该螺杆可用于挤塑机和注塑机中。
2.相关技术的描述使用螺杆来挤出、配混和注塑聚合物是众所周知的。来看
图1，图中显示了用于熔化和混合聚合物的传统螺杆11。螺杆包括三个区域进料区13、压缩区或过渡区15以及计量区17。螺杆11容纳在具有恒定的柱形内径和光滑内表面的空心机筒19中。任意形式如球丸、颗粒、薄片或粉末形式的聚合物树脂通过机筒19中的开口21而送到进料区13中，在这里螺杆11挤压并推动聚合物到压缩区15中。聚合物在压缩区15中熔化，然后被传送到计量区17中，熔融材料在此处被均化。之后，对均化的熔体进行进一步的挤出、注塑或加工。
螺杆11包括螺杆轴23，其具有围绕着轴23螺旋式定位以形成了螺线(flight)25的螺纹。螺线25的特征在于其深度和螺距，该深度是螺线25在轴23之上的高度，而螺距是两个相邻螺线25之间的距离P加上一个螺棱宽度。螺杆11的外径OD包括了轴23上下方的螺线25的深度，而螺杆11的根径RD仅为轴23的直径，不包括螺线25的深度。
美国专利No.3486192公开了一种用于结合到挤出螺杆中的混合元件，该混合元件如图2所示。混合元件30是细长的圆柱体，其表面被机加工出表面沟槽32和34，它们通过突起的螺顶(land)36而间隔开。输入沟槽32在混合元件上的朝向元件30的聚合物从螺杆供应到混合元件中的一端处敞开，并且输入沟槽32在混合元件的另一端处封闭。输出沟槽34在混合元件上的朝向元件30的排出聚合物的一端处敞开，并且输出沟槽34在混合元件的另一端处封闭。螺顶36形成了输入沟槽32和输出沟槽34之间的障碍，但在螺顶的顶部和机筒19的内表面之间存在着间隙。混合元件30随螺杆轴23的转动而旋转并被其所驱动。螺杆的旋转迫使熔融聚合物通过螺顶36和机筒19的内表面之间的间隙越过螺顶36的顶部而进入到混合元件30的输入沟槽32中，并且通过输出沟槽34而离开。聚合物熔体在螺顶36的顶部和机筒19的内表面之间被挤压时受到较高的剪切应力。在美国专利No.6136246中公开了其它的螺杆混合元件的结构。
在如上所述的混合元件中，如果同时不对聚合物进行过度加热的话，则很难得到很高程度的聚合物混合，然而这种过度加热通常会使聚合物降解。因此，需要一种用于挤塑机和注塑机中的混合式螺杆，其能够实现非常高程度的混合和均化，但又不会对聚合物进行过度的加热或使其降解。还需要一种具有混合元件的螺杆，其能够产生较高程度的聚合物混合，但不会限制聚合物通过螺杆的流动而降低螺杆的旋转速度和整个聚合物树脂的产出率。因此，所需要的是这样一种装置，其能够从多种聚合物中产生均化熔体，并且不会导致聚合物树脂产生实质性降解。
发明概要本发明涉及一种用于混合热塑性材料的装置，更具体地涉及一种用于混合多种聚合物的螺杆，该螺杆可用于挤塑机和注塑机中。该装置包括具有中空空间的机筒，该中空空间具有基本上圆形的截面和纵向轴线，机筒的中空空间具有内表面；以及可旋转地安装在机筒的中空空间内的螺杆。螺杆安装成与机筒中空空间的纵向轴线同轴，以便在螺杆旋转时通过机筒中空空间将聚合物材料从机筒中空空间的入口端传送到机筒中空空间的出口端。螺杆具有螺杆轴，其带有在螺杆轴周围螺旋式延伸以形成了多个螺线的螺纹，螺杆具有熔融聚合物通过其来传送的区域。螺杆具有处于螺杆的相邻螺线之间的流动截面积，其等于相邻螺线的螺纹延伸到螺杆轴之上的径向高度乘以相邻螺线之间的宽度。螺杆具有处于该区域内的熔融聚合物通过其来传送的一个部分，该螺杆部分无螺纹，螺杆轴在此处形成了混合元件，其具有朝向机筒中空空间的入口端的入口端以及朝向机筒中空空间的出口端的出口端。
螺杆的混合元件包括鼓形表面，其延伸到螺杆轴的上方并与螺杆轴同轴。该鼓形表面具有多个位于鼓形表面上并沿大致轴向方向延伸的输入沟槽，这些沟槽在混合元件的入口端处具有沟槽开口，其中输入沟槽在到达混合元件的出口端之前终止；以及多个位于鼓形表面上并沿大致轴向方向延伸的输出沟槽，这些沟槽在混合元件的出口端处具有沟槽开口，其中输出沟槽在到达混合元件的入口端之前终止。多个输出沟槽与多个输入沟槽错开，使得输入和输出沟槽在混合元件的一部分表面上相互间邻接。在输入沟槽和输出沟槽之间延伸的螺顶将输入沟槽与输出沟槽分开，各螺顶的长度基本上等于相邻输入和输出沟槽的邻接部分的长度。各螺顶均具有延伸过螺顶长度的顶面，其在输入和输出沟槽之间的厚度小于2毫米。螺顶的顶面朝向空心机筒的内表面延伸但不与之接触。所述螺顶的顶面和机筒中空空间的内表面之间的间隙最好小于0.5毫米。
根据本发明，存在着与各螺顶相对应的螺顶截面剪切面积，它等于螺顶的长度乘以螺顶和机筒中空空间的内表面之间的间隙，混合元件的所有螺顶的螺顶截面剪切面积的总和大于或等于螺杆上的聚合物在刚进入混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的95％。
附图简介图1是传统螺杆的侧视图2是螺杆上的传统混合元件的一部分的侧视图；图3是根据本发明的螺杆上的混合元件的侧视图；和图4是图3所示混合元件的截面图。
详细介绍本发明涉及到一种可用于注塑机或挤塑机的混合装置。该混合装置包括具有螺杆轴的螺杆，在螺杆轴的周围螺旋式地设有螺纹以形成多个螺线。螺杆具有三个区域，即进料区、压缩区和计量区，在使用中螺杆安装在空心的圆柱形机筒中，机筒最好具有光滑的柱形内壁，其允许螺杆在空心机筒内旋转。在螺杆的计量区中结合有混合元件，用于增强聚合物的混合而不会使所混合的聚合物产生过大的压缩或剪切。
这里所用的用语“进料区”指螺杆中的引入材料且材料未完全熔化的区域。在聚合物以聚合物球丸的形式被引入时，球丸以未熔化的块状形式存在于进料区中。
用语“压缩区”指螺杆中的材料被压缩和熔化的区域。例如，在聚合物球丸的情况下，球丸以其块状形式和熔融形式之间的混合状态存在于压缩区中。螺杆在其中旋转的空心机筒的壁在压缩区中被加热，以便熔化被螺杆所混合的聚合物。
用语“计量区”指螺杆中的材料被完全熔化且熔融聚合物被均化的区域。在树脂球丸的情况下，球丸以完全熔化的形式而存在。空心机筒的壁在计量区中被加热，以帮助保持聚合物熔体的温度。
螺杆的螺线的特征在于其深度、宽度和螺距，深度定义为螺线在螺杆轴上方的高度，螺距定义为螺线长度(螺杆轴上相邻两圈螺线之间的距离)加上一个螺棱宽度。如果螺线的螺距为25毫米，那么这意味着在螺杆转动一次时，螺线中的聚合物在螺杆中轴向地运动25毫米。
螺杆的相邻螺线之间的“流动截面积”等于螺杆轴23和空心机筒19的内表面之间的环形空间的深度乘以螺距的宽度。螺距的宽度(W)可通过下述公式来计算W＝P(cosθ)-e其中“θ”是螺线相对于与螺杆的纵向轴线垂直的方向所形成的角度，“P”为螺距，而“e”为螺线的厚度。
在本发明的混合装置中，螺杆在可传送熔融聚合物的螺杆区域内包括至少一个混合元件。该混合元件并未限制聚合物的通道，但与此同时能引发非常高程度的聚合物混合。在本发明的一个优选实施例中，混合元件位于螺杆的计量区。混合元件优选位于螺杆上的压缩区与计量区汇合的位置处或其附近。或者，混合元件可位于计量区中的其它位置处，包括计量区的最下游的三分之一部分。在本发明的另一实施例中，螺杆可以是具有进料区和压缩区但无计量区的螺杆，而混合元件位于聚合物已熔融的压缩区端部。在本发明的另一实施例中，螺杆制成有进料区，之后为压缩区，在压缩区后有非常短的不超过一个螺线的计量区，并且混合元件处于这一非常短的计量区的一端。
在图3和4中显示了本发明的混合装置的混合元件的一个优选实施例。混合元件40为细长的圆柱体，其表面机加工出或模制出表面沟槽42和44，这些沟槽通过螺顶46而隔开。表面沟槽42和44最好具有弯曲的截面，例如圆形的截面或如图4所示的抛物线形沟槽截面。输入沟槽42在混合元件上的朝向元件40的聚合物从螺杆供应到混合元件中的一端处敞开，并且输入沟槽42在混合元件的另一端处封闭。输出沟槽44在混合元件上的朝向元件40的排出聚合物的一端处敞开，并且输出沟槽44在混合元件的另一端处封闭。螺顶46形成了输入沟槽42和输出沟槽44之间的障碍，但在螺顶的顶部和机筒19的内表面之间存在着间隙。混合元件的圆柱体随螺杆轴23的转动而旋转并被其所驱动。螺杆的旋转迫使熔融聚合物通过螺顶46的顶部和机筒19的内部之间的间隙越过螺顶46的顶部而进入到混合元件40的输入沟槽42中，并且通过输出沟槽44而离开。
根据本发明的另一实施例，混合元件表面上的沟槽和螺顶相对于混合元件和螺杆的旋转轴线设置成一定的角度。例如，输入沟槽、输出沟槽以及将输入沟槽与输出沟槽分开的螺顶螺旋式地围绕在混合元件的表面上。根据本发明的另外一个实施例，输入沟槽42的宽度可制成为朝向其敞开端更宽而朝向其封闭端更窄，输出沟槽44形成为互补的形式，使得它们也是朝向其敞开端更宽而朝向其封闭端更窄，而螺顶46在其长度上保持基本上一致的宽度。
在本发明的混合装置中，螺顶46的顶部和空心机筒19的内表面之间的间隙小于0.5毫米，优选小于0.3毫米，但大于0.05毫米。这一较低程度的间隙在聚合物越过螺顶46时在聚合物中产生了较高程度的剪切。在聚合物在螺顶46和空心机筒的内部之间被挤压时，这一高剪切作用可迅速地加热所有部分的聚合物并使之混合。为了防止过热和可能有的聚合物降解，螺顶46的厚度保持为小于2毫米，优选小于1.4毫米，最好小于1毫米。这种狭窄间隙和非常薄的螺顶宽度能够在很短时间内在聚合物中引发非常高程度的剪切。较短持续时间的高剪切状态可防止聚合物过热，这种过热会导致所混合的聚合物产生降解。
最好，输入沟槽42和输出沟槽44的深度比螺顶46和机筒19之间的间隙深三倍以上。更理想的是，输入沟槽42和输出沟槽44比螺顶46的厚度至少宽四倍。输入沟槽42和输出沟槽44大体上具有从1到6毫米的深度和从4到15毫米的宽度，这取决于螺杆的大小。例如，在示例1中所公开的螺杆中，输入沟槽42和输出沟槽44均具有2.8毫米的深度和11毫米的宽度，而各螺顶的朝向机筒19的顶部具有0.7毫米的厚度，螺顶46的顶部和机筒内表面之间的间隙为0.25毫米。
混合元件的“剪切面积”定义为螺顶46和空心机筒19内部之间的间隙乘以螺顶长度(图3中的“L”)再乘以输入沟槽数量的两倍。根据本发明的该优选实施例，结合到螺杆中的各混合元件的剪切面积大于或等于螺杆上的聚合物在刚进入混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的95％。更理想的是，各混合元件的剪切面积大于或等于螺杆上的聚合物在刚进入混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积。根据本发明的最优选的实施例，各混合元件的剪切面积为螺杆上的聚合物在刚进入混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的100％到120％。通过使混合元件的剪切面积基本上等于或大于流动截面积，混合元件就不会限制螺杆的聚合物产出率。
已经发现，本发明的混合装置在螺杆为具有较小体积压缩比的螺杆时是有效的。压缩比是螺杆在加工期间压缩或挤压聚合物树脂的量的表达。体积压缩比是螺杆进料区中螺线的体积除以螺杆计量区中螺线的体积。实际上，对于具有恒定螺距的螺杆而言，压缩比可通过下述简化公式来计算压缩比＝(进料区中的螺线深度)/(计量区中的螺线深度)通常用于晶体或半晶体聚合物材料的高压缩螺杆具有大于约2.5的压缩比。通常用于加工无定形材料的标准压缩螺杆具有从约1.8到2.5的压缩比。压缩比小于1.8的螺杆被认为是具有较小的压缩比。
低体积压缩的螺杆可根据PCT专利出版物No.WO9/56937中的原理来设计，并可根据所注塑的聚合物树脂来定制。在这种螺杆中，聚合物树脂的质量流量在螺杆的长度上是平衡的，因此沿着螺杆存在着恒定的压力增益，不存在压力峰值。
本发明的混合装置可用于混合较广范围的聚合物和聚合物添加剂。本发明的螺杆可用于挤塑机中，或用于注塑机如注坯吹塑机中。已经发现，螺杆尤其可用于挤出和注塑多种聚合物的混合物。虽然本发明显示为具有一个螺杆和一个混合元件的螺杆，然而本发明的范围还包括具有两个或多个上述混合元件的螺杆，或者是具有两个或多个这种螺杆的装置。虽然本发明在具有一个螺线的螺杆情况中进行说明，然而本发明的范围包括了具有超过一个螺线的螺杆。
本发明将通过下述示例来进一步说明。这些示例仅用于说明目的，并未限制本发明。在不脱离本发明范围的前提下可在细节上进行一定的修改。
示例示例1和比较示例2在示例1中，制出了根据本发明的螺杆，其用于注塑聚缩醛热塑性树脂。聚缩醛树脂以粒状球丸的形式引入到进料区中，球丸的直径为约2到4毫米。聚缩醛树脂为Delrin500P，其为配混有约1％重量的添加热稳定剂和润滑剂的聚缩醛树脂，其具有177℃的熔点(ISO3146之方法C2)并在190℃的温度和2.16千克的重量下通过标准技术(ISO1133)测量为15克/10分钟的熔融流率，并可从美国特拉华州Wilmington的E.I.du Pont de Nemours and Company(DuPont)公司中得到。
示例1的螺杆具有进料区、压缩区和计量区，并具有如PCT出版物WO99/56937所公开的低体积压缩比。具有一个混合元件的螺杆如图3和4所述。混合元件位于计量区内的压缩区与计量区相汇合的开始之处。螺杆全部由硬度为83HRA的渗氮钢制成，其尺寸如下所述。
在比较示例2中，制出了类似于示例1中的螺杆的螺杆，例外之外是它不包括混合元件，该螺杆用于注塑与示例1中相同的聚缩醛热塑性树脂。
用于示例1和比较示例2中的螺杆具有下述尺寸示例1比较示例2螺杆直径 30毫米 30毫米压缩比(体积) 1.551.55计量区螺线螺距 42毫米 42毫米螺线深度 2.6毫米 2.6毫米流动截面积 92.0平方毫米 92.0平方毫米混合元件螺顶数量 8 -螺顶长度(L) 50毫米 -螺顶宽度(顶部处) 0.7毫米-间隙(螺顶顶部-机筒) 0.25毫米 -总剪切面积 100平方毫米-剪切面积/计量面积(％)104％在示例1和比较示例2中，螺杆用于具有150吨合模力并装备有30毫米直径的机筒的注塑机中。机筒与体积为约40立方厘米的双型腔模具相连。采用约1分钟的注塑循环时间。在各循环期间，螺杆以190rpm的速率旋转约4秒，以便使熔融聚合物运动到机筒上的位于螺杆端部和模具型腔之间的聚集部分中。然后螺杆推进6.7厘米的行程，以便将所聚集的聚合物注射到模具型腔中。聚合物在模具型腔中结晶约55秒，之后从模具型腔中取出模制品，重复该循环。总的螺杆输出为55千克/小时。机筒温度设定为进料区200℃，压缩区210℃，以及计量区和聚集段215℃。模具温度设定为90℃。在示例1中，从螺杆中出来的聚合物温度比机筒温度高2℃以内，这表明即使采用了示例1中的混合元件，混合工艺也仅会对聚合物熔体进行较少的额外加热。
在该双型腔模具中以约每分钟一次注塑操作的速率注塑出八字形抗拉试验棒。抗拉试验棒根据ISO294来制备，其总长为16.6厘米，并带有8厘米长、1厘米宽和4毫米厚的受限制的部分。在各注塑操作期间，旋转的螺杆首先接受一定量的聚合物熔体，然后停止，并且沿轴向推进6.7厘米，以迫使聚合物进入到模具型腔中。
随机地选出10个由各螺杆模制出的抗拉试验棒，按照ISO527-1来进行抗拉试验。试验棒的机械性能如下所述示例1比较示例2抗拉强度-平均值 72兆帕 69兆帕模量-平均值 3.1千兆帕3.3千兆帕断裂伸长率-最小值 40％ 22％断裂伸长率-最大值 71％ 62％断裂伸长率-平均值 58.0％ 48.7％断裂伸长率结果的一致性(consistency)是用于制造试验棒的聚合物熔体的均匀性的良好指标。可以看到，由本发明螺杆制出的试验棒的最小伸长率比由比较示例2螺杆制出的试验棒的最小伸长率大18％。可以看到，本发明螺杆所得到的提高的一致性并不是以聚合物降解为代价来实现的，聚合物的降解会降低试验棒的抗拉强度。
示例3，4以及比较示例5在示例3和4中，采用如示例1所示的带有混合元件的螺杆用于示例1的注塑机中，以便对具有相同配方的聚缩醛热塑性树脂组合物进行注塑，但树脂组合物以不同的形式引入到螺杆的进料区中。在示例3中，组合物中的组分在注塑前在单独的配混操作中预配混。在示例4中，组合物中的组分不经预先的预配混操作便直接引入到注塑螺杆中。在比较示例5中，采用示例3和4所用的注塑机来注塑示例4的多组分树脂，但所用的螺杆为不包括混合元件的比较示例2的螺杆。
在示例4和比较示例5中，聚缩醛树脂为微珠形式的聚甲醛均聚物，其平均直径为0.25毫米，粒度的高斯分布为0.06毫米到0.50毫米的范围。将细微粉末形式的热稳定剂和润滑剂与聚缩醛微珠在具有旋转混合叶片的料斗中混合，以形成包括有约1％的添加热稳定剂和润滑剂的总体混合物。
在示例3中，所用的热塑性树脂为Delrin500 P聚缩醛树脂，其为预配混有约1％重量的添加热稳定剂和润滑剂的聚甲醛均聚物，可从美国特拉华州Wilmington的E.I.du Pont de Nemours and Company(DuPont)公司中得到。该预配混树脂为粒状球丸的形式，其直径为约2到4毫米，并且具有177℃的熔点(ISO3146之方法C2)并在190℃的温度和2.16千克的重量下通过标准技术(ISO1133)测量为15克/10分钟的熔融流率。采用单个螺杆的聚合物挤塑机并以传统方式来进行稳定剂和润滑剂的预配混。示例3的组分中的聚甲醛均聚物、热稳定剂和润滑剂与示例4和比较示例5中的相同，在示例3中，这些组分在预混配组合物中所占的比例与示例4和比较示例5中的相同。
在示例3，4和比较示例5中，树脂通过具有150吨合模力并装备有30毫米直径的机筒的注塑机来注塑。机筒与体积为约40立方厘米的双型腔模具相连。采用约1分钟的注塑循环时间。在各循环期间，螺杆以190rpm的速率旋转约4秒，以便使熔融聚合物运动到机筒上的位于螺杆端部和模具型腔之间的聚集部分中。然后螺杆推进6.7厘米的行程，以便将所聚集的聚合物注射到模具型腔中。聚合物在模具型腔中结晶约55秒，之后从模具型腔中取出模制品，重复该循环。示例3，4和比较示例5中的总螺杆输出为55千克/小时。
在示例3，4和比较示例5中，机筒温度设定为进料区200℃，压缩区210℃，以及计量区和聚集段215℃。模具温度设定为90℃。在各示例中，从螺杆中出来的聚合物温度比机筒温度高4℃以内，这表明即使采用了示例3和4中的混合元件，混合工艺也仅会对聚合物熔体进行较少的额外加热。
在该双型腔模具中以约每分钟一次注塑操作的速率注塑出八字形抗拉试验棒。抗拉试验棒根据ISO294来制备，其总长为16.6厘米，并带有8厘米长、1厘米宽和4毫米厚的受限制的部分。
随机地选出10个由各螺杆模制出的抗拉试验棒，按照ISO527-1来进行抗拉试验。试验棒的机械性能如下所述示例3示例4比较示例5抗拉强度-平均值 72兆帕72兆帕69.9兆帕模量-平均值 3.3千兆帕 3.3千兆帕 3.1千兆帕断裂伸长率-最小值44％ 40％ 18％断裂伸长率-最大值65％ 71％ 53.5％断裂伸长率-平均值51.0％58.7％43.3％断裂伸长率结果的一致性是用于制造试验棒的聚合物熔体的均匀性的良好指标。可以看到，当使用本发明的螺杆时，在取消了配混步骤且将相同的组分直接馈送到注塑螺杆(示例4)中时，预混配组合物(示例3)的最小伸长率并未显著地降低。然而，当在比较示例5中使用无根据本发明的混合元件的螺杆且将相同的组分直接馈送到注塑螺杆中时，最小断裂伸长率降低了超过20％。可以看到，即使在未预先配混树脂配方的组分时，本发明的螺杆也能得到提高的一致性。
从各组分中直接进行注塑的一项优点是，不需要单独的挤出配混操作就可将树脂配方的所有组分混合在一起。配混在注塑设备中进行。该工艺产生了具有与采用预配混树脂所得模制品相当的机械性能的模制品。
在本发明之前，机械性能较低，尤其是平均断裂伸长率因注射到抗拉试验棒中的未熔或未混合的颗粒而较低。令人惊奇的是，可以看到，由聚缩醛、热稳定剂和润滑剂的粗略混合物直接制成的模制品的断裂伸长率与由相同组合物的预配混球丸制成的模制品的断裂伸长率基本上相同。
权利要求
1.一种用于挤出聚合物熔体的装置，包括具有中空空间的机筒，所述中空空间具有基本上圆形的截面和纵向轴线，所述机筒的中空空间具有内表面，可旋转地安装在所述机筒的中空空间内的螺杆，所述螺杆安装成与所述机筒中空空间的纵向轴线同轴，所述螺杆安装成可在所述螺杆旋转时通过所述机筒中空空间将聚合物材料从所述机筒中空空间的入口端传送到所述机筒中空空间的出口端，所述螺杆具有螺杆轴，其带有在所述螺杆轴周围螺旋式延伸以形成了多个螺线的螺纹，所述螺杆具有熔融聚合物通过其来传送的区域，所述螺杆具有处于所述螺杆的相邻螺线之间的流动截面积，其等于所述相邻螺线的螺纹延伸到所述螺杆轴之上的径向高度乘以相邻螺线之间的宽度，所述螺杆具有处于所述区域内的熔融聚合物通过其来传送的一个部分，所述螺杆部分无螺纹，所述螺杆轴在此处形成了混合元件，其具有朝向所述机筒中空空间的入口端的入口端以及朝向所述机筒中空空间的出口端的出口端，所述混合元件包括鼓形表面，其延伸到所述螺杆轴的上方并与所述螺杆轴同轴，所述鼓形表面具有多个位于其上并沿大致轴向方向延伸的输入沟槽，这些沟槽在所述混合元件的入口端处具有沟槽开口，所述输入沟槽在到达所述混合元件的出口端之前终止，所述鼓形表面具有多个位于其上并沿大致轴向方向延伸的输出沟槽，这些沟槽在所述混合元件的出口端处具有沟槽开口，所述输出沟槽在到达所述混合元件的入口端之前终止，所述多个输出沟槽与所述多个输入沟槽错开，使得所述输入和输出沟槽在所述混合元件的一部分表面上相互间邻接，在所述输入沟槽和输出沟槽之间延伸的螺顶，其将所述输入沟槽与所述输出沟槽分开，各所述螺顶的长度基本上等于相邻输入和输出沟槽的邻接部分的长度，各所述螺顶均具有延伸过所述螺顶长度的顶面，其在所述输入和输出沟槽之间的厚度小于2毫米，各所述螺顶的顶面朝向所述空心机筒的内表面延伸但不与之接触，所述螺顶的各顶面和所述机筒中空空间的内表面之间的间隙小于0.5毫米，其中，存在着与各所述螺顶相对应的螺顶截面剪切面积，它等于所述螺顶的长度乘以所述螺顶的顶面和所述机筒中空空间的内表面之间的间隙，所述混合元件的所有螺顶的螺顶截面剪切面积的总和大于或等于所述螺杆上的聚合物在刚进入所述混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的95％。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合元件的所有螺顶的螺顶截面剪切面积的总和大于或等于所述螺杆上的聚合物在刚进入所述混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的100％。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合元件的所有螺顶的螺顶截面剪切面积的总和为所述螺杆上的聚合物在刚进入所述混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的100％到120％之间。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述混合元件的所有螺顶的螺顶截面剪切面积的总和大于或等于所述螺杆上的聚合物在刚进入所述混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的102％。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，延伸过所述螺顶长度的各所述螺顶的顶面具有处于所述输入和输出沟槽之间的0.2毫米到1.4毫米之间的厚度，所述螺顶顶面和所述机筒中空空间的内表面之间的螺顶间隙处于0.1毫米到0.3毫米的范围内。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，熔融聚合物从中传送通过的所述螺杆区包括位于所述机筒出口端附近的计量区，所述混合元件处于所述计量区内。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计量区具有相对的端部，在所述计量区的相对端部之间存在着中点，所述混合元件处于所述中点与所述计量区的朝向所述机筒中空空间的入口端的端部之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述混合元件位于所述计量区的朝向所述机筒中空空间的入口端的端部的附近。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述螺杆具有进料区和压缩区，所述进料区中的螺线体积与所述计量区中的螺线体积之比小于1.8。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合元件包括至少三个输入沟槽和至少三个输出沟槽。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述混合元件包括至少五个输入沟槽和至少五个输出沟槽。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机筒的中空空间为圆柱形。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置为聚合物挤塑机的一部分。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置是注塑机的聚合物挤塑部分。
15.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计量区具有不超过一个螺线，所述混合元件处于所述计量区的出口端。
全文摘要
提供了一种用于混合热塑性材料的装置。该装置包括机筒和可旋转地安装在机筒内的螺杆。螺杆具有螺杆轴，其带有在螺杆轴周围螺旋式延伸以形成了多个螺线的螺纹，螺杆具有熔融聚合物通过其来传送的区域。螺杆具有无螺纹的部分，在此处螺杆轴形成了混合元件，该元件具有鼓形表面，其延伸到螺杆轴的上方并与螺杆轴同轴。该鼓形表面具有沿大致轴向方向延伸的交错的输入沟槽和输出沟槽。螺顶在输入沟槽和输出沟槽之间延伸，以便将输入沟槽与输出沟槽分开，各螺顶的长度基本上等于相邻输入和输出沟槽的邻近部分的长度。存在着与各螺顶相对应的螺顶截面剪切面积，它等于螺顶的长度乘以螺顶和机筒中空空间的内表面之间的间隙，混合元件的所有螺顶的螺顶截面剪切面积的总和大于或等于螺杆上的聚合物在刚进入混合元件之前所从中通过的相邻螺线之间的流动截面积的95％。
文档编号B29C47/64GK1589194SQ02822905
公开日2005年3月2日 申请日期2002年11月20日 优先权日2001年11月20日
发明者A·莱韦克 申请人:纳幕尔杜邦公司