专利名称：带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高聚物加工机械，特别是一种用于塑料挤出加工中使用的、带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆。
目前，凡应用于塑料加工中的挤出机、注射机、造粒机、中空成型机等挤出类加工机械主要是由可旋转的螺杆，包设在螺杆外周的机筒、带动螺杆转动的传动系统以及控制系统构成，而加工产品的质量、生产效率、能耗的优劣和高低则主要取于螺杆型式及其设计参数的选择。
而螺杆型式的选择设计、参数的选择和设计所依赖的理论基础仍为国内外高聚物加工领域使用了多年的熔融理论(亦称固体床理论)，这种传统理论认为，螺杆螺旋线部分的长度(L)，按其对物料作用的功能不同，从入料口开始依序分为首段(即称为加料段或固体输送段)；中段(称为熔融段或压缩段或塑化段)；末段(称为挤出段或均化段或计量段)，参见
图1。
传统理论认为，塑料在中段，即溶融段从熔膜出现开始，随着热历程的增加，螺杆旋转时，在其螺棱的推力面上便形成熔池，其相邻的界面另一方便形成固体床。熔融段的熔化过程是固体床的体积从大到小，直至消失的过程；而熔池是从小到大，直至全部充满螺槽的过程。为此，沿着螺槽横截面，其固体床的宽度X是从B→O(B为螺槽的宽度)减小的过程；而熔池的宽度(B-X)是由O→B增加的过程，如图2所示。在传统理论指导下，熔融段螺杆的结构应保持固体床和溶池两极的分离状态，在熔融段，沿着Z向将螺槽展开，固相和液相便有较明显的界面如图3所示。按着传统理论设计的螺杆结构如常规的三段式螺杆，和特殊型BM螺杆，横纹螺杆等。在螺杆中段即熔融段螺杆末的螺槽中都忌加入其他功能性元件，以保持固体床的有序熔融过程。而有些螺杆设计者曾偿试过在螺杆末段加入捏合盘或置入少量销钉，以便增强均化效果，但其效果均不理想。而在决定塑化质量、塑化效率、节能占螺杆总长度较大的螺杆中段的设计中，至今尚未见到有重大突破。因而在挤出类机构的实际应用中也未有一种低能耗、高效率、高塑化能力，长径比小的高效能挤出机出现。另外，由于现有螺杆的塑化段设计思路一直未有突破，功效有限，对于以超高分子量为基础的高粘度、多组分、高充填改性塑料的物料加工更难以胜任。
本实用新型的目的就在于克服现有技术的上述缺点和不足，而提供一种在螺杆的中间段螺槽中沿螺槽的螺旋走向设计有螺旋状分离混合件的脉动式螺杆，以便通过该螺旋状分离混合件自身所加工形成的若干具有一定几何形状豁口的不规则混合件与机筒内表而所形成的异形通道，增强物料在整个中段内的混合、塑化、剪切、熔融效果。
本实用新型的另一目的就在于应用该连续的或间隔分布但总趋势是呈螺旋状轨迹走向的分离混合件打破传统的固体床熔融理论，以使该段螺槽中的固体料流层和熔融料流从始自终就被一直被打乱，形成固体料中渗透有或包复有熔融料流，而熔融料流中混渗有固体料团，以便增强混合剪切塑化熔融效果，同时，有助于缩短中间段螺杆长度，减少整机长度，改善机器安装、调试的难度以及工作性能。
本实用新型的目的是通过下面的技术方案实现的，带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，有一螺杆本体，螺杆本体上设有螺纹并沿其长度方向依次分为首段，中间段和末段，其特征在于在螺杆中间段的螺槽中设计加工有沿螺槽走向呈螺旋状分布的混合件，沿该混合件走向设计加工有呈间隔状的供螺槽内物料由该混合件自身一侧向另一侧通过的若干个剪切混合单元豁口。螺旋状走向的混合件是由一条螺棱高度低于中间段螺棱高度、在连续状螺纹本体的螺棱高度方向上向下切制加工有若干个剪切混合单元豁口的螺纹段构成。螺旋状走向的混合件是由若干个间隔载置固定在中间段螺槽中并呈螺旋状排列的独立元件排列组合构成的。由混合件自身螺纹段螺棱顶部向下部螺纹根部切制加工并垂直于螺棱法向截面的混合单元豁口的形状是三角形或弧形或梯形或锯齿形。独立元件形状是圆柱形或三角体或锥状体或多棱体或板体。各种形状的独立元件混杂设置分布并沿中间段螺槽中焊接形成一螺旋状走向的混合件。螺旋状的混合件所构成的走向呈螺旋状的带有豁口容积、形状不同的单元豁口的螺旋段是连续的或分段设置的。
本实用新型螺杆的工作机理如下在螺杆中段螺槽中的固体料和熔融料在螺杆旋转中连续不断地被混合加工件上所加工的各种几何形状的单元豁口所打破，通过混合、剪切、输送作用形成固相微团和液相微团，二者之间不断地进行渗合、混合、搅拌、穿插、分割、使之相互包容形成均匀的两相流混合物；而两相流的微团之间不断地进行能量交换和质量交换形成温度均匀与组合均匀的两相流混合体，直至固相微团全部均匀地消失在液相之中，便达到相对的能量与质量的平衡。
由于螺杆中间段的螺槽内，沿Z向设置螺棱，并在其螺棱的本体上，在高度方向上开设形状各异的凸凹豁口，使其垂直于螺棱的法向截面上，构成具有一定几何形状的塑化功能元件，其几何形状可以是三角形、正方形、长方形、菱形、半圆形、椭圆形、多边形以及组合图形如图4和图5所示。这种熔融机理极大地提高熔体质量的均匀性，组分的均匀性，分子量分布的均匀性；由于温度与压力的均布极大地提高了熔融速率和熔体质量。
由于混合加工件带有若干容积不同的几何形状各异的供物料通过的剪切单元豁口，将使通过的两相流产生容积效应，形成脉动压力。即可使物料反复地受到通过单元豁口的强剪切、挤压及通过单元豁口前后的松弛，使大分子链在脉动压力作用下，不断地拉伸或松驰并予以适度的等切力和等切速率，在提高熔体质量和熔融速率的同时，防止了分子链的断裂，发生降解的危险；在脉动压力作用下，物料也不易滞留和粘连螺杆表面，加速了塑化的熔融。
由上可见本实用新型具有下述优点本实用新型提供的一种在螺杆的中间段螺槽中沿螺槽的螺旋走向设计有螺旋状分离混合件的脉动式螺杆，能够通过该螺旋状分离混合件自身所加工形成的若干具有一定几何形状豁口的不规则混合件与机筒内表而所形成的异形通道，增强物料在整个中段内的混合、塑化、剪切、熔融效果。
本实用新型提供的脉动式螺杆，应用该连续的或间隔分布但总趋势是呈螺旋状轨迹走向的分离混合件打破传统的固体床熔融理论，能够使该段螺槽中的固体料流层和熔融料流从始自终就被一直被打乱，形成固体料中渗透有或包复有熔融料流，而熔融料流中混渗有固体料团，因此增强混合剪切塑化熔融效果，同时，有助于缩短中间段螺杆长度，减少整机长度，改善机器安装、调试的难度以及工作性能。
本实用新型的具体结构是通过下面附图及实施例实现的。
图1为现有螺杆的结构示意图。
图2为
图1所示螺杆加工物料时物料沿N-N’剖面的分布示意图。
图3为
图1所示螺杆加工物料时物料沿螺槽走向Z分布示意图。
图4为本实用新型实施例之一结构图。
图5为本实用新型实施例之二结构图。
图6为图4的B-B向结构剖面放大图之一。
图7为图4的B-B向结构剖面放大图之二。
图8为图4的B-B向结构剖面放大图之三。
图9为图4的B-B向结构剖面放大图之四。
图10为图4的B-B向结构剖面放大图之五。
图11为图4的B-B向结构剖面放大图之六。
图12为本实用新型实施例之三结构图。
图13为图5的B-B向剖面图。
参见
图1，传统理论认为，螺杆螺旋线部分的长度(L)，按其对物料作用的功能不同，从入料口开始依序分为首段L1称为加料段或固体输送段；中段L2称为熔融段或压缩段或塑化段；末段L3称为挤出段或均化段或计量段。塑料在中段，即溶融段L2从熔膜出现开始，随着热历程的增加，螺杆旋转时，在其螺棱52的推力面53上便形成熔池55，其相邻的界面另一方便形成固体床54。熔融段L2的熔化过程是固体床54的体积从大到小，直至消失的过程；而熔池55是从小到大，直至全部充满螺槽51的过程。为此，沿着螺槽51横截面，其固体床54的宽度X是从B→O(B为螺槽的宽度)减小的过程；而熔池55的宽度(B-X)是由O→B增加的过程，如图2所示。在传统理论指导下，熔融段L2螺杆的结构应保持固体床54和溶池55两极的分离状态，在熔融段，沿着Z向将螺槽展开，固相57和液相56便有较明显的界面，如图3所示。其中，L21为熔融段开始，L22为熔融段终止。
下面将结合附图4至13对本实用新型的具体结构进行详细的说明带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，有一螺杆本体1，螺杆本体1上设有螺纹11并沿其长度方向依次分为首段12，中间段13和末段14，其特征在于在螺杆中间段13的螺槽131中设计加工有沿螺槽走向呈螺旋状分布的混合件132，沿该混合件132走向设计加工有呈间隔状的供螺槽内物料由该混合件自身一侧向另一侧通过的若干个剪切混合单元豁口1321。参见图4至图7。
螺旋状走向的混合件132是由一条螺棱高度低于中间段螺棱高度、在连续状螺纹本体的螺棱高度方向上向下切制加工有若干个剪切混合单元豁口1321的螺纹段构成。参见图4。
螺旋状走向的混合件132是由若干个间隔载置固定在中间段螺槽中并呈螺旋状排列的独立元件1322排列组合构成的。参见图5。
由混合件自身螺纹段螺棱顶部向下部螺纹根部切制加工并垂直于螺棱法向截面的混合单元豁口1321的形状是三角形或弧形或梯形或锯齿形。见图6至
图11。
独立元件1322形状是圆柱形或三角体或锥状体或多棱体或板体，见图5、
图13。
各种形状的独立元件混杂设置分布并沿中间段螺槽中焊接形成一螺旋状走向的混合件132。参图
图12或
图13。
螺旋状的混合件132所构成的走向呈螺旋状的带有豁口容积、形状不同的单元豁口1321的螺旋段是连续的或分段设置的。参见
图11。
权利要求1.带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，有一螺杆本体，螺杆本体上设有螺纹并沿其长度方向依次分为首段，中间段和末段，其特征在于在螺杆中间段的螺槽中设计加工有沿螺槽走向呈螺旋状分布的混合件，沿该混合件走向设计加工有呈间隔状的供螺槽内物料由该混合件自身一侧向另一侧通过的若干个剪切混合单元豁口。
2.如权利要求1所述的带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，其特征在于螺旋状走向的混合件是由一条螺棱高度低于中间段螺棱高度、在连续状螺纹本体的螺棱高度方向上向下切制加工有若干个剪切混合单元豁口的螺纹段构成。
3.如权利要求1所述的带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，其特征在于螺旋状走向的混合件是由若干个间隔载置固定在中间段螺槽中并呈螺旋状排列的独立元件排列组合构成的。
4.如权利要求2所述的带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，其特征在于由混合件自身螺纹段螺棱顶部向下部螺纹根部切制加工并垂直于螺棱法向截面的混合单元豁口的形状是三角形或弧形或梯形或锯齿形。
5.如权利要求3所述的带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，其特征在于独立元件形状是圆柱形或三角体或锥状体或多棱体或板体。
6.如权利要求3所述的带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，其特征在于各种形状的独立元件混杂设置分布并沿中间段螺槽中焊接形成一螺旋状走向的混合件。
7.如权利要求2或4所述的带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆，其特征在于螺旋状的混合件所构成的走向呈螺旋状的带有豁口容积、形状不同的单元豁口的螺旋段是连续的或分段设置的。
专利摘要本实用新型提供带有螺旋状加工混合件的脉动螺杆,有一螺杆本体,螺杆本体上设有螺纹并沿其长度方向依次分为首段,中间段和末段,在螺杆中间段的螺槽中设有沿螺槽呈螺旋状的混合件,沿该混合件走向设计加工有呈间隔状的容积、形状供螺槽内物料由该混合件自身一侧向另一侧通过的若干个剪切混合单元豁口。通过该豁口的混合、剪切、搅拌、争割使物料能被加速混合,并因此缩短其加工时间,减少螺杆长度。提高生产效率及节能的效果。
文档编号B29C47/38GK2437476SQ0024631
公开日2001年7月4日 申请日期2000年8月9日 优先权日2000年8月9日
发明者王兴天, 王守信 申请人:王兴天, 王守信