偏心六棱柱元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种新型螺纹元件——偏心六棱柱元件，所述偏心六棱柱元件由正六边形绕过其几何中心且与其垂直的轴线旋转的同时并沿所述轴线长度方向延伸而成，所述偏心六棱柱元件轴向开设有与所述轴线偏置的芯轴孔，所述偏心六棱柱元件根据啮合同向双螺杆的啮合原理成对配合使用，所述偏心六棱柱元件安装在啮合同向双螺杆挤出机芯轴上。本发明的偏心六棱柱元件，剪切分散混合得到提高，轴向混合效果改善，并存在明显的拉伸混合作用，非常有利于聚合物熔体的分散和分布混合。
【专利说明】
偏心六棱柱元件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种啮合同向双螺杆挤出机中的新型螺纹元件，特别涉及一种偏心六 棱柱元件。
【背景技术】
[0002] 聚合物共混改性中广泛使用啮合同向双螺杆挤出机进行加工，因为啮合同向双螺 杆挤出机相比其它加工设备具有优异的混合性能，而其核心部分为螺杆。啮合同向双螺杆 挤出机的螺杆采用积木式设计：各种螺纹元件通过花键安装于两根螺杆芯轴上并相互啮 合。电机通过齿轮箱和联轴器驱动两根螺杆芯轴旋转，进而带动螺杆元件在挤出机机筒内 同向旋转。螺杆的旋转使得相互啮合的螺纹元件之间以及螺纹元件与机筒之间形成剪切混 合区，进而对聚合物施加剪切混合作用，最终实现聚合物的良好混合。由此可知，螺纹元件 决定了啮合同向双螺杆挤出机的混合性能。
[0003] 美国Farrel公司于上世纪九十年代开发了六棱柱元件(polygon)，其外形结构如 图1所示。国内北京化工大学耿孝正教授团队也研制了类似的元件，并进行了实验和理论研 究。从外形上看，六棱柱元件为正六方棱柱扭转一定角度而成。从双螺杆的啮合原理可知， 六棱柱元件需成对使用，并且有特定的相位要求。六棱柱元件能够提供恒速移动的啮合区， 产生挤压作用并有周期性的流型，能连续分隔料流，从而有利于物料的熔融和混合。与捏合 块的剪切速率不均匀和存在局部过热点不同，六棱柱元件能够保持均匀的剪切、压力和温 度，同时又不牺牲混合质量。但是，六棱柱元件的结构也存在先天不足之处：由于啮合同向 双螺杆挤出机啮合原理的限制，导致六棱柱元件的外径较小，进而元件与机筒之间的间隙 较大。其随之而来的结果就是：首先，六棱柱元件施加于物料的剪切速率小于标准双头元 件，对于分散混合要求较高的体系其无法满足混合要求;另一方面，间隙的增大导致啮合同 向双螺杆的自清洁效果下降，造成聚合物熔体的停留时间加长并可能滞留降解。
【发明内容】
[0004] 根据以上技术问题，本发明提供一种具有优异分散和分布混合效果的偏心六棱柱 元件。其技术方案如下：
[0005] -种偏心六棱柱元件，其由正六边形绕过其几何中心且与其垂直的轴线旋转的同 时并沿所述轴线长度方向延伸而成，所述偏心六棱柱元件轴向开设有与所述轴线偏置的芯 轴孔。
[0006] 优选地，所述偏心六棱柱元件的螺棱顶部倒角。
[0007] 优选地，所述偏心六棱柱元件的螺棱为右旋或左旋，螺旋角范围为0~180度。
[0008] 优选地，所述芯轴孔为花键孔。
[0009] 优选地，所述偏心六棱柱元件长度为30~150mm，导程为100~500mm。
[0010] 由于偏心六棱柱元件的独特设计，其偏心部分螺棱与机筒的间隙减小，从而可以 有效提高螺棱顶部与机筒之间区域的剪切速率，从而更好地对聚合物熔体进行剪切混合。 同时，由于偏心六棱柱的周向旋转，导致螺棱与机筒之间的间隙出现周期性变化，聚合物熔 体进而周期性地被压缩和松弛，非常有利于聚合物熔体形成拉伸流动和相界面更新，同时 可有效防止熔体滞留。
【附图说明】
[0011] 图1是现有六棱柱元件的立体结构图。
[0012] 图2是本发明偏心六棱柱元件的立体示意图。
[0013] 图3是图2所示偏心六棱柱元件的主视图。
[0014]图4是图3所不偏心六棱柱兀件的剖不图。
[0015] 图5是图2所示偏心六棱柱元件的左视图（端面视图）。
[0016] 图6是安装有偏心六棱柱兀件的挤出机机筒和螺杆简图。
[0017] 图7是两个偏心六棱柱元件的啮合状态示意图。
[0018] 其中：1-偏心六棱柱元件主体;2-端面;3-芯轴孔;4-机筒;5-螺杆;6-开口； 7-螺纹 元件一;8-偏心六棱柱元件一;9-反向螺纹元件一；10-螺纹元件二；11-偏心六棱柱元件二； 12-反向螺纹元件二;13-螺纹元件三;14-出口区域;15-螺杆头。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施实例对本发明进行详细说明，但本发明的实施方式不限 于此。
[0020] 如图2所示，本发明的偏心六棱柱元件端面为正六边形，所述元件中间加工有花键 孔的芯轴孔3以便与螺杆芯轴联接。具体来说，如图3、图5所示，啮合同向双螺杆挤出机螺杆 的旋转中心线（轴心）为〇〇 '，而偏心六棱柱元件端面2 (图5中的正六边形abcedf)的几何中 心〇:与所述挤出机螺杆的旋转中心〇不重合。挤出机螺杆的旋转中心〇可以沿着过正六边形 对边中点的直线偏移所述正六边形的中心〇:-定距离，也可以沿着正六边形对角线偏移所 述正六边形的中心〇:-定距离，当然也可以是其它可能的方式。所述偏心六棱柱元件由正 六边形绕几何中心线00'按一定螺旋角旋转而得，本实施例中为60度，所得之元件如图2、图 3所示。
[0021] 图6所示为啮合同向双螺杆挤出机的机筒4与螺杆5结构简图。整个挤出机的机筒4 由多节机筒组成。物料通过机筒上的开口6进入挤出机中。挤出机的出口区域14有螺杆的螺 杆头15。螺杆的螺纹元件一 7将物料向前输送并对其压实。螺纹元件一 7之后为正向右旋的 偏心六棱柱元件一 8,偏心六棱柱元件一 8之后则紧接反向螺纹元件一 9。偏心六棱柱元件一 8对物料实施剪切作用，使物料熔融，同时反向螺纹元件一9对物料有反向向输送作用，从而 使偏心六棱柱元件一 8所在区域物料的充满度和停留时间提高，进而确保物料的充分熔融。 之后的螺纹元件二10将已熔融的物料向前输送至左旋的偏心六棱柱元件二11。偏心六棱柱 元件二11可以对熔体施加剪切和拉伸混合作用，使熔体充分混合。偏心六棱柱元件二11之 后的反向螺纹元件二12也是起到提高熔体充满度和停留时间的作用。最后的螺纹元件三13 则起到对熔体建压并将其栗送出挤出机的作用。
[0022]另外，根据本申请的
【申请人】的实验结果，可以确认本发明的偏心六棱柱元件所具 有的优异混合性能，其结果如下：
[0023]实验原料:本实验中采用的聚碳酸酯为韩国LG公司生产的Lupoy 1201-22,其熔融 指数为22g/10min(ASTM D1238);玻纤为中国泰山玻纤公司生产的T442。
[0024] 实验装置:本实验中采用啮合同向双螺杆机挤出机--德国Coperion的ZSK 26MC 来对聚碳酸酯和玻纤进行熔融共混，其中l〇wt%的玻纤从位于第7节机筒的侧喂料加入双 螺杆中与聚碳酸酯熔体混合。
[0025]实验结果见下表:10%玻纤增强的聚碳酸酯体系的力学性能。
[0027]由上表可知，与采用现有六棱柱元件制备的样品相比，除了弯曲模量相当以外，采 用偏心六棱柱元件制备的样品其断裂伸长率和缺口冲击强度大幅提高，拉伸和弯曲强度也 有明显增加，另外热变形温度也提高了 7°C。简而言之，偏心六棱柱元件制备的样品力学性 能优于现有六棱柱元件。
【主权项】
1. 一种偏心六棱柱元件，其特征在于，所述偏心六棱柱元件由正六边形绕过其几何中 心且与其垂直的轴线旋转的同时并沿所述轴线长度方向延伸而成，所述偏心六棱柱元件轴 向开设有与所述轴线偏置的芯轴孔。2. 如权利要求1所述的偏心六棱柱元件，其特征在于，所述偏心六棱柱元件的螺棱顶部 倒角。3. 如权利要求1或2所述的偏心六棱柱元件，其特征在于，所述偏心六棱柱元件的螺棱 为右旋或左旋，螺旋角范围为0~180度。4. 如权利要求1或2或3所述的偏心六棱柱元件，其特征在于，所述芯轴孔为花键孔。5. 如权利要求1或2所述的偏心六棱柱元件，其特征在于，所述偏心六棱柱元件长度为 30 ~150mm，导程为100 ~500mm。
【文档编号】B29C47/40GK106003660SQ201610380552
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】杨高品, 曹柳
【申请人】杨高品, 曹柳