专利名称:超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，主要由加料装置、机筒、螺杆、电机和传动装置等组成，机筒为分段式结构，加料段部分安装有可拆式内衬套，衬套与螺杆加料段等长，其内壁开设有多头螺旋沟槽，螺旋沟槽的旋向与螺杆螺槽旋向相反。螺杆采用四段式参数设计，压缩段设计成长度不等的两段，总体压缩比设计为2-3，加料段设计成双头螺纹结构，机筒衬套参数和螺杆几何参数进行匹配优化设计，以实现该单螺杆挤出机可进行正位移输送，从根本上解决高粘度低摩擦系数物料如超高分子量聚乙烯的连续挤出加工难题，可不添加任何加工助剂直接加入超高分子量聚乙烯纯料进行挤出；粘均分子量可达300至920万，配备专用挤出模具，可连续生产各种规格的管材、异型材以及棒材制品。
【专利说明】超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，可用于超高分子量聚乙烯板材、管材、棒材、异型材等制品的连续挤出成型，分子量不受任何限制。
【背景技术】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)通常是指粘均分子量在150万以上的线性结构聚乙烯，重均分子量在300万以上的线性聚乙烯，其分子结构与普通聚乙烯基本相同，但物理机械性能却远远超过了普通聚乙烯，特别是它的耐冲击性，耐磨损性，耐化学腐蚀性，自润滑性及吸收冲击能这五个特性则是目前所有塑料中最好的。但其粘度极高，几乎没有流动性，临界剪切速率较低，摩擦系数极低导致挤出加料困难，在很长时间内，超高分子量聚乙烯的加工仅限于以压制一烧结或柱塞压出成型方法为主的小批量生产，生产效率低下，如何实现高效连续加工超高分子量聚乙烯，一直是世界各国争相研宄的课题。
[0003]传统的单螺杆挤出机固体输送机理为摩擦拖曳输送，在摩擦拖曳输送中，螺杆旋转时，固体塞可看做沿螺槽方向绕螺杆旋转的“螺母”，因此固体塞相对于螺杆运动模型可被视为“螺母模型”，在“螺母模型”中，机筒表面对“螺母”摩擦力为动力，螺杆表面对“螺母”摩擦力为阻力，为防止螺杆旋转时“螺母”在机筒表面打滑而停滞向前输送，必须使机筒表面摩擦力大于螺杆表面摩擦力，以确保物料有效向前输送，如专利文献CN201357555Y，CN201224168Y等。摩擦拖曳输送的缺点主要包括:(I)对物料性能要求苛亥IJ，难以实现高粘度、低摩擦系数物料的稳定挤出；(2)固体输送段建压能力差，沿螺杆轴向为逆向压力系统，机筒与螺杆之间间隙导致较大漏流；(3)输送效率低，机筒和螺杆之间的磨损严重，比能耗较大。
[0004]由于上述缺陷的存在:致使在不添加加工助剂情况下，加工任何分子量级别的超高分子量聚乙烯原料，进料连续稳定性差，容易打滑，抱轴等问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，有效解决利用超高分子量聚乙烯等高粘度、低摩擦系数物料的挤出加工问题，实现超高分子量聚乙烯的高效连续稳定的挤出加工。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案:一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，包括机筒、螺杆、电机和传动装置，其特征在于:所述的机筒的加料段内安装有可拆式衬套，衬套与螺杆加料段等长，其内壁开设有多头螺旋沟槽，螺旋沟槽的旋向与螺杆螺槽旋向相反；所述的沟槽螺棱推进面、沟槽螺棱后缘面、螺杆螺棱推进面和螺杆螺棱后缘面围成半封闭的储料室；当螺杆旋转时，在沟槽螺棱推进面和螺杆螺棱推进面的推动下，储料室沿所述的机筒衬套沟槽方向向前运动，进而推动储料室内物料沿机筒衬套沟槽方向向前输送，实现在沟槽螺棱推进面和螺杆螺棱推进面双螺棱推动作用下的物料输送。
[0007]采用开有多头螺旋沟槽的衬套镶入机筒加料段内壁，这种结构形式便于更换不同形状和尺寸的沟槽，满足不同分子量、不同粒径超高分子量聚乙烯原料的挤出加工，防止粉料周向打滑，提高挤出机的进料能力。沟槽形状可以是矩形、梯形或三角形。
[0008]机筒衬套的沟槽头数为螺杆直径的10% -25%，沟槽深度为螺杆直径的5% -15%，沟槽宽为沟槽深的1.5-6倍，沟槽螺纹升角为30-90度。
[0009]螺杆加料段的螺纹头数设计为双头，螺杆加料段螺槽深为螺杆直径的5% -15%,螺杆加料段螺距为0.5-1.5倍的螺杆直径，螺杆如料段螺纹升角为10度-25度，增加物料向前的输送推进力，以防物料在加料段打滑滞留。
[0010]采用四段式螺杆，将螺杆的压缩段分成压缩比不同的两个区，即第一压缩段和第二压缩段，第一段压缩比较小，且第二压缩段长度是第一压缩段的1.5-2倍，使物料在压缩段受缓慢压缩，既有利于物料的脱气，提高制品的致密性，又避免物料在压缩段堵塞，第一压缩段压缩比设计比第二压缩段小，总压缩比控制在2-3。
[0011]本实用新型一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点:(I)因这些方法或结构均建立在正位移输送机理之上，物料在沟槽螺棱和螺杆螺棱的共同推力作用下整体向前输送，可实现对高粘度、低摩擦系数物料的稳定输送挤出，挤出机的输送能力显著提高；(2)物料在输送过程中，避免了固体塞受到强烈的层间剪切和内部滑移，同时机筒衬套内壁及螺杆表面均为光滑加工面，摩擦力大大减小，导致固体输送段的机筒加料套磨损小、比能耗减小；(3)沿螺杆轴向为正向压力系统，挤出制品时压力波动小，挤出稳定，制品质量尚;(4)可以在不添加加工助剂情况下，加工任何分子量级别的超高分子量聚乙烯原料，实现进料连续稳定，不打滑，不抱轴，塑化质量优良。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型机筒内衬套剖视图；
[0013]图2为本实用新型物料输送模型图。
[0014]图中:1为沟槽螺棱推进面；2为沟槽螺棱后缘面；3为螺杆螺棱推进面；4为螺杆螺棱后缘面；5为储料室；6为机筒衬套沟槽；7为机筒衬套；8为螺杆加料段；9为螺杆螺槽。
【具体实施方式】
[0015]以下结合说明书附图对本实用新型的具体实施例加以说明。
[0016]请参阅图1所示，为本实用新型机筒内衬套剖视图，从图中可以看出，6为机筒衬套沟槽；7为机筒衬套；8为螺杆加料段；9为螺杆螺槽。
[0017]请参阅图2所示，为本实用新型物料输送模型图，I为沟槽螺棱推进面；2为沟槽螺棱后缘面；3为螺杆螺棱推进面；4为螺杆螺棱后缘面；5为储料室。
[0018]第一实施例:本实例加工原料为200-300万超高分子量聚乙烯原料，螺杆直径90mm，长径比25，螺纹头数2，右旋，加料段螺槽深10mm，加料段长450臟，螺距等于0.8机筒内径，第一压缩段长350_，压缩比1.5 ;第二压缩段长600_，压缩比为1.8，总压缩比为2.7 ;螺杆转速30r/min，驱动功率37KW，机筒衬套沟槽左旋，螺旋角50度，沟槽数12，沟槽深8mm，沟槽宽16mm。
[0019]本实用新型的物料输送工作原理如见图2，半封闭储料室5由沟槽螺棱推进面1、沟槽螺棱后缘面2、螺杆螺棱推进面3和螺杆螺棱后缘面4围成，储料室5俯视图为平行四边形，平行四边形顶角为机筒衬套沟槽6和螺杆螺槽9间夹角，储料室5高度等于沟槽深和螺槽深之和。当螺杆转动时，储料室5内的高密度聚乙烯物料在沟槽螺棱推进面I和螺杆螺棱推进面3的共同作用下，沿机筒衬套沟槽6螺旋角向前输送，由于避免了储料室5内的固体塞在机筒衬套7与螺杆加料段8分界面处发生层间剪切和内部滑移，可实现固体塞在机筒沟槽螺棱推进面I推力和螺杆螺棱推进面3推力的共同作用下的正位移输送，挤出时最高产量可达40 — 50kg/h。
[0020]第二实施例:本实例加工原料为400 — 500万超高分子量聚乙烯原料，螺杆直径45mm，长径比25，螺纹头数2，右旋，加料段螺槽深4mm，加料长270mm，螺距等于机筒内径，第一压缩段长150_，压缩比1.5 ;第二压缩段长300_，压缩比为2，总压缩比为3，螺杆转速20r/min，驱动功率7.5Kw,机筒衬套沟槽左旋，螺旋角55度，沟槽数8，沟槽深5mm，沟槽宽 9mm。
[0021]本实用新型的物料输送工作原理如见图2，半封闭储料室5由沟槽螺棱推进面1、沟槽螺棱后缘面2、螺杆螺棱推进面3和螺杆螺棱后缘面4围成。储料室5俯视图为平行四边形，平行四边形顶角为机筒衬套沟槽6和螺杆螺槽9间夹角。储料室5高度等于沟槽深和螺槽深之和。当螺杆转动时，储料室5内的低密度聚乙烯物料在沟槽螺棱推进面I和螺杆螺棱推进面3的共同作用下，沿机筒衬套沟槽6螺旋角向前输送。由于避免了储料室5内的固体塞在机筒衬套7与螺杆加料段8分界面处发生层间剪切和内部滑移，可实现固体塞在机筒沟槽螺棱推进面I推力和螺杆螺棱推进面3推力的共同作用下的正位移输送。挤出时最高产量可达10-15Kg/h。
[0022]本实用新型可用其他的不违背本实用新型的精神或主要特征的具体形式来概述，因此无论从哪一点来看，本实用新型的上述实施方案都只能认为是对本实用新型的说明而不能限制本实用新型，权利要求书指出了本实用新型的范围，因此，与本实用新型的权利要求书相当的含有和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，包括机筒、螺杆、电机和传动装置，所述的机筒的加料段内安装有可拆式衬套，衬套与螺杆加料段等长，衬套内壁开设有多头螺旋沟槽，螺旋沟槽的旋向与螺杆螺槽旋向相反；所述的沟槽螺棱推进面、沟槽螺棱后缘面、螺杆螺棱推进面和螺杆螺棱后缘面围成半封闭的储料室；当螺杆旋转时，在沟槽螺棱推进面和螺杆螺棱推进面的推动下，储料室沿所述的机筒衬套沟槽方向向前运动，进而推动储料室内物料沿机筒衬套沟槽方向向前输送，实现在沟槽螺棱推进面和螺杆螺棱推进面双螺棱推动作用下的物料输送；其特征在于:螺杆采用四段式设计，有两段压缩区，第二压缩区长度为第一压缩区的1.5-2倍，总体压缩比为2-3。2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，其特征为:所述的沟槽头数为螺杆直径的10-25 %，沟槽深度为螺杆直径的5-15 %，沟槽宽为沟槽深的1.5-5倍，沟槽螺纹升角为30-90度。3.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，其特征为:螺杆加料段螺纹头数为双头，加料段槽深为螺杆直径的5-15%，加料段螺距为0.5-1.5倍螺杆直径，加料段螺纹升角为10-25度。4.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，其特征为:沟槽形状可以是矩形、梯形或三角形。5.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯纯料挤出单螺杆挤出机，其特征为:储料室为平行四边形形状。
【文档编号】B29C47-60GK204278477SQ201420186954
【发明者】薜平 [申请人]奥卓海（上海）机械有限公司