专利名称：凸耳型挤出机螺杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在单螺杆挤出机中处理或混合高粘滞材料(例如橡胶混合物) 的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种挤出机螺杆，该挤出机螺杆具有螺纹螺旋片 (thread flight)，该螺纹螺旋片带有一个包括多个混合凸耳的混合区，所述混合凸耳相对于挤出机螺杆的螺旋片具有变化的角度和高度。
背景技术：
在处理或混合高粘滞材料(例如橡胶)的领域中已知的是，使材料在具有在壳体部内部旋转的螺杆的挤出机中受到捏合和混合。螺杆可具有单个螺纹螺旋片或者多个螺纹螺旋片。任何螺旋片的螺距(Pitch)或导距(lead)以及螺旋片之间螺槽(screw channel) 的深度可以是恒定或者是变化的。在该方法中，利用不同的混合手段使在材料沿着螺杆供给期间实现对材料的满意的混合。例如已知的是，以周期性的或变化的间隔改变螺杆螺旋片的导距或螺距，或者穿插螺杆螺纹的可逆导向的螺旋片，或者通过间隙中断螺杆的螺纹。随着螺杆旋转，材料被引向漩涡状样式，所述漩涡状样式会引起由这些混合手段产生的不同和不规律的流动路径的
混合ο虽然现有技术中的挤出机螺杆已经在螺杆螺旋片之间使用销或坡道以促进混合， 但是仍发现这些实施方案在完全混合橡胶材料的能力方面被某种程度地限制。因此，在本领域中需要提供一种带有凸耳的挤出机螺杆，所述凸耳允许橡胶或其他聚合材料混合，同时仍允许材料容易地流经壳体部，而不会对材料的流率或材料的分子结构产生不利影响。
发明内容
根据上文所述，本发明的第一方面是提供一种凸耳型挤出机螺杆。本发明的目的是，在处理以高的材料流率流经挤出机的高粘滞性材料中实现材料的满意的混合和均质效果。根据本发明，材料流是基本以向前移动的方式经过挤出机的。挤出机包括在壳体部内部旋转的单螺杆，其带有多个被附接至螺杆螺纹之间的根区域的障碍物，例如成形的凸耳。这些凸耳的厚度、形状和数量可根据待混合的材料和期望的混合程度而改变。材料经过挤出机以及沿着螺杆的流动路径会因此受到所形成的材料的局部漩涡的影响。在材料与壳体部以及与螺杆螺纹的交界处，分别地，在与材料接触的表面存在连续变化，这带来材料和热量的强烈的交换。此外，在与螺杆的协作中，作为高压力梯度的结果，材料内的剪切流存在很大程度的提升。除此之外，高的材料流率也可通过被挤出产物的最佳机械和热均勻性来实现。凸耳选择性地沿着螺杆的根通道设置。所有或任意凸耳的形状可被设置为期望的形状或类似的，以增加或减小流动阻力。本发明的另一个方面是提供适合于被接收在挤出机的筒中的挤出机螺杆，所述挤出机螺杆包括一个芯，其从密封端部延伸到鼻锥端部；至少一个螺旋片，其以准螺旋样式从所述芯径向延伸，其中彼此相邻的螺旋片间形成通道；以及多个细长的凸耳，其从所述芯径向延伸并且被布置在所述通道中。在一个优选实施方案中，所述芯具有中心线，并且每个所述细长的凸耳具有相对于所述中心线的凸耳角度，使得所述凸耳角度从所述密封端部到所述鼻锥端部逐渐增加。在一个优选实施方案中，所述凸耳角度相对于所述中心线的范围从95°到 175°。在一个优选实施方案中，所述挤出机螺杆还包括螺旋片脊，其通过每个所述螺旋片设置，所述螺旋片脊具有多个凹口。在一个优选实施方案中，每个所述凸耳具有隆起，所述隆起具有距离所述螺旋片脊的偏移尺寸，所述偏移尺寸从所述密封端部到所述鼻锥端部逐渐减小。在一个优选实施方案中，每个所述凸耳具有相对的细长侧，所述相对的细长侧通过相对端部彼此连接，其中所述细长侧与其所相邻的所述螺旋片在角度上基本对准。在一个优选实施方案中，所述细长侧和相邻的所述螺旋片角度相对于所述中心线彼此在大约25°范围内对准。在一个优选实施方案中，每个所述螺旋片脊具有螺旋片角度，并且其中每个凸耳角度大于相邻螺旋片的所述螺旋片角度。在一个优选实施方案中，所述挤出机螺杆还包括一个收集部，其与所述密封端部相邻；以及一个混合部，其被布置在所述收集部和所述鼻锥端部之间。在一个优选实施方案中，所述混合部具有被布置在所述通道中的所述凸耳，所述凸耳以大约90°的径向增量从所述收集部的端部分布至所述鼻锥端部。在一个优选实施方案中，所述混合部包括与所述收集部相邻的凸耳部和与所述凸耳部相邻的挤出部，其中所述挤出部包括所述凸耳。在一个优选实施方案中，所述混合部包括与所述收集部相邻的凸耳部和与所述凸耳部相邻的挤出部，其中所述挤出部是无凸耳的。
为了完全理解本发明的目的、技术和结构，应参考下文的详细描述和附图，附图中图1示出了根据本发明构思的挤出机螺杆的立视图，其中所述螺杆至少包括驱动端部、收集部、混合部、可变的挤出部和可变的鼻锥端部；图1A-1C示出了根据本发明构思的挤出机螺杆的细节图，其中图IA示出了收集部的细节图，图IB示出了混合部的细节图，并且图IC示出了可变的挤出部的细节图；图2示出了根据本发明构思的没有凸耳的可变的挤出部的立视图；图3示出了根据本发明构思的带有凸耳的可变的挤出部的立视图4示出了根据本发明构思的单螺杆的可变的鼻端部的立视图；以及图5A和5B示出了根据本发明构思制造的挤出机螺杆的立体图。
具体实施方案现参考所有附图，并具体参考图1，可以看到挤出机螺杆总体上由数字10指示。螺杆10保持在挤出机的壳体部或筒部中，所述挤出机的壳体部或筒部通常在运行中被加热和/或冷却。聚合材料(例如橡胶)进入所述壳体，所述材料被加热并随着螺杆的旋转而流经所述筒部。材料离开所述筒部并被迫使经过末端/模具构造(tip/dieconfiguration) 或者进入模型(mold)中以获得期望的最终或中间形状。挤出机螺杆10具有若干部。具体地，所述螺杆包括驱动端部12，所述驱动端部12被联接到挤出机系统的驱动机构。驱动系统或驱动机构通常是由电动机、机械传动 (gearing)和/或液压系统提供动力。从驱动端部12延伸出的是密封部14，该密封部14 将驱动端部12与挤出机螺杆的剩余部分分开。密封部14防止聚合材料进入驱动机构。收集部16从密封部延伸并接收经过筒——所述筒持有该挤出机螺杆——中的料斗开口的聚合材料，所述聚合材料通常具有条状、板状或其他形式。混合部18从收集部16延伸并进一步将聚合材料混合成期望的稠度。基于施加到持有螺杆和混合部构造的筒的加热/冷却， 可以获得聚合材料期望的流动特性。混合部18可以包括可变的挤出部20，其可以如图2所示设有无凸耳部22，或者如图3所示设有凸耳部M。从挤出部20延伸的是可变的鼻锥26。 鼻锥沈与合适的挤出末端/模具或模型构造互相配合。技术人员应理解，螺杆20可以作为单个整体件提供，或者各不同部可被构造为互相固定。这在图2-4中是清楚明显的，其中挤出部20具有螺纹延伸端部，该螺纹延伸端部能够被接收在混合部18的合适的螺纹插孔中。同样地，鼻锥26设有螺纹配合，以被接收在混合部18的合适端部中。贯穿挤出机的所有部的是总体由数字30指示的根或芯，其从密封端部14延伸到鼻锥沈。根30的直径贯穿各不同部是变化的，以促进聚合材料的混合。根30包括中心线 32，其是被驱动机构所旋转的挤出机螺杆的旋转轴线。应理解，为挤出机螺杆设置合适的轴承和支撑件，以使得其在挤出机的壳体部或筒部内以恰当的方式旋转。从根30径向延伸的是总体由数字34指示的至少一个螺旋片。事实上，从芯延伸的一个或多个螺旋片是准螺旋样式。在示出的实施方案中，设有由数字3 和34b指示的两个螺旋片。所述螺旋片具有相同的外径并且尺寸被设计为稍小于筒的内径，以允许挤出机螺杆在筒内旋转。应理解，螺旋片的外径和筒的内径之间的配合是密配合，以确保熔化的聚合材料以预定速率被推出螺杆。在示出的实施方案中，螺旋片彼此间隔约180度，以提供均勻的混合。还应理解，挤出机螺杆可使用单个螺旋片或多于一个的螺旋片。每个螺旋片 34包括螺旋片脊(flight ridge) 36，所述螺旋片脊与挤出机系统的套筒或筒的内径极为贴近。一个或多个脊36可设有凹口 38，以允许聚合材料随着螺杆旋转而回流。每个螺旋片迫使材料向前，朝向鼻锥26，然而凹口允许一些材料由原路退回(back track)用于和其他材料进行额外的混合。在每个螺旋片脊36之间形成通道40。多个凸耳50从根30径向延伸并且被布置在螺旋片34之间。换句话说，每个凸耳 50从根30向上延伸并进入通道40。凸耳50被设在邻近收集部的混合区中，并且可以延伸到鼻锥。如在附图中示出的，凸耳以90度径向间隔围绕根定位。当然，径向间隔可随需要变化。每个螺旋片34具有促进聚合材料混合的角度取向。具体地，螺旋片角度52与每个螺旋片34相关联。通过沿着每个脊的坡延伸一条线并且将该条线与中心线32相交来确定螺旋片角度52。在示出的实施方案中，取决于具体的部和期望的混合参数，螺旋片角度从密封端部到鼻锥是变化的。如图IA和IB示出的，螺旋片角度的范围可以是邻近密封端部的大约120°到邻近鼻锥端部的大约100°。每个凸耳50设有由被相对端部64连接的相对侧62形成的细长部60。所述侧62 和端部64被形成每个凸耳50顶部的隆起66所终止。凸耳特征的尺寸根据其沿着螺杆的长度的位置变化，并且基于化合物评估，以确保化合物的充分混合。凸耳角度M与每个凸耳50相关联，并且通过沿着每个隆起的坡或角度方位延伸一条线并且将该条线与中心线 32相交来确定凸耳角度54。如图IB中最佳示出的，凸耳设有凸耳角度M，其范围从在收集部的端部开始的大约120°到挤出部处的大约155°角度。如从图1可以看出的，凸耳角度 54与紧邻所述凸耳的螺旋片的螺旋片角度52稍有不同。还应理解，沿着细长部60的凸耳的中间点可与凹口 38对准。如所讨论的，每个细长凸耳50具有相对于中心线的凸耳角度54，使凸耳角度从密封端部向鼻锥端部逐渐增加。尽管凸耳角度可随需要而变化，但是在大部分实施方案中，凸耳角度相对于中心线32的范围从95°到175°。以类似方式，从密封端部向鼻锥端部逐渐减小的螺旋片角度可变化，并且范围约从95°到大约175°。还应理解，螺旋片角度被构造为使得每个凸耳角度大于相邻螺旋片的螺旋片角度。换句话说，螺旋片之间的每个凸耳角度具有的角度大于所述凸耳最靠近的螺旋片角度。还应理解，凸耳的细长侧在角度上基本与相邻的螺旋片对准。具体地，细长侧和相邻螺旋片角度相对于中心线彼此在大约25°范围内对准。挤出机螺杆10的另一个特征是凸耳的高度与螺旋片偏移预定距离。具体地在图 IB中可以看到，偏移值70与每个凸耳和凸耳所相邻的螺旋片相关联。具体地，螺旋片偏移值是在隆起66和螺旋片脊36的外径之间测得的距离。随着材料流向鼻锥，偏移值距离沿挤出机螺杆的长度逐渐变小。具体地可以看到，偏移值70在最靠近收集部的最初位置远大于在凸耳部22中设置的凸耳的偏移值。在运行中，聚合材料被供给到混合部16，在该处被螺旋片34推向前。在螺旋片34 中设有凹口 38处，少量化合物流回到更宽或更早的螺旋片部，以进一步与新近从料斗中接收的聚合材料混合。随着材料被螺旋片推向前，材料进入混合部18和凸耳50。如会理解的，凸耳的角度安置略微平行与螺旋片，但是不完全平行。这个些微的角度差别允许材料随着挤出机螺杆的旋转而进一步混合。还应理解，凸耳的高度最初使得干扰较少，但是随着凸耳高度的增加而逐渐增加，以进一步混合来到隆起和筒的内径之间的材料。凸耳的角度取向也随着材料从收集部向鼻锥端部32的移动而变化。这个进一步的混合促进了在聚合材料离开鼻锥端部时该聚合材料的特性。还应注意到，芯直径也可随着凸耳构造的改变而变化，以进一步促进混合。应理解，如果需要，在一些实施方案中，凸耳可以被替换，以使得可以利用具有不同角度构造的凸耳。这可被执行，以确定凸耳对流经螺杆的聚合材料的有利或不利影响。一旦获得所需的构造，则应理解，在一些实施方案中凸耳将与挤出机螺杆整体形成。同样应理解，如果合适，则无凸耳部22可以取代凸耳部对在混合部18中使用。基于上文所述，本发明的优势是明显的。通过有选择地控制和调整凸耳的角度和偏移参数，可获得螺杆对聚合材料的期望的混合。已经发现，与现有技术中的螺杆相比，使用如此构造的凸耳允许螺杆在长度上变短。而且，本文公开的螺杆构造适用于冷喂料螺杆设计，冷喂料挤出机是一种接受室温化合物直接进入挤出机的料斗/螺杆区的挤出机。热喂料挤出机是一种要求化合物在进入挤出机之前用其他工具加热的挤出机。因此，所述这种构造允许化合物在比现有技术构造少得多的时间下达到其最佳挤出条件。这被认为是有利的，尤其是在使用热敏感化合物时。技术人员应理解，如果聚合材料长时期保持在升高的温度，其分子结构和对于特定最终用途的适用性会削减。相应地，本发明构造允许聚合材料以最小热损害快速移动经过挤出机壳体。也应相信，本发明构造要求较少的动力来运行，这是因为材料流经螺杆筒更为容易。挤出机螺杆20的另一个优势是凸耳的几何结构和形状可以被改变，以允许用户更改挤出机的工作特性，从而匹配特定条件或标准。感兴趣的标准或条件例如是材料温度 (优选地在螺杆端部测得)、流率和混合物品质(粘度、收缩度和均勻度)。虽然已经描述本发明的一个优选实施方案，对于本领域技术人员明显地是，在不偏离本发明的情况下可以对本发明作出各种变化和改型，因此，认为这些变化和改型落在由权利要求限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种适于被接收在挤出机的筒中的挤出机螺杆，包括一个芯，其从密封端部延伸到鼻锥端部；至少一个螺旋片，其以准螺旋样式从所述芯径向延伸，其中彼此相邻的螺旋片间形成通道；以及多个细长的凸耳，其从所述芯径向延伸并且被布置在所述通道中。
2.根据权利要求1所述的挤出机螺杆，其中所述芯具有中心线，并且每个所述细长的凸耳具有相对于所述中心线的凸耳角度，使得所述凸耳角度从所述密封端部到所述鼻锥端部逐渐增加。
3.根据权利要求2所述的挤出机螺杆，其中所述凸耳角度相对于所述中心线的范围从 95° 到 175°。
4.根据权利要求2所述的挤出机螺杆，还包括螺旋片脊，其通过每个所述螺旋片设置，所述螺旋片脊具有多个凹口。
5.根据权利要求4所述的挤出机螺杆，其中每个所述凸耳具有隆起，所述隆起具有距离所述螺旋片脊的偏移尺寸，所述偏移尺寸从所述密封端部到所述鼻锥端部逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的挤出机螺杆，其中每个所述凸耳具有相对的细长侧，所述相对的细长侧通过相对端部彼此连接，其中所述细长侧与其所相邻的所述螺旋片在角度上基本对准。
7.根据权利要求6所述的挤出机螺杆，其中所述细长侧和相邻的所述螺旋片角度相对于所述中心线彼此在大约25°范围内对准。
8.根据权利要求4所述的挤出机螺杆，其中每个所述螺旋片脊具有螺旋片角度，并且其中每个凸耳角度大于相邻螺旋片的所述螺旋片角度。
9.根据权利要求4所述的挤出机螺杆，还包括一个收集部，其与所述密封端部相邻；以及一个混合部，其被布置在所述收集部和所述鼻锥端部之间。
10.根据权利要求9所述的挤出机螺杆，其中所述混合部具有被布置在所述通道中的所述凸耳，所述凸耳以大约90°的径向增量从所述收集部的端部分布至所述鼻锥端部。
11.根据权利要求9所述的挤出机螺杆，其中所述混合部包括与所述收集部相邻的凸耳部和与所述凸耳部相邻的挤出部，其中所述挤出部包括所述凸耳。
12.根据权利要求9所述的挤出机螺杆，其中所述混合部包括与所述收集部相邻的凸耳部和与所述凸耳部相邻的挤出部，其中所述挤出部是无凸耳的。
全文摘要
公开了一种能够混合粘滞材料——例如橡胶混合物和热塑性材料——的挤出机螺杆。该螺杆包括从密封端部延伸到鼻锥端部的芯。至少一个螺旋片以准螺旋样式从所述芯径向延伸，其中，彼此相邻的螺旋片间形成通道。多个细长的凸耳从所述芯径向延伸并被布置在所述通道中。所述凸耳的形状以及数量可被改变，以确保对于材料流的彻底且紊流的偏转和混合的要求。
文档编号B29C47/60GK102189666SQ20111005784
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月11日
发明者T·D·马索卡 申请人:Rms设备有限责任公司