聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出的制造方法
【专利摘要】本发明公开聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，主要包括加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统等，加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统的结构和连接方式与常规的挤出机相同，加料塑化部分的螺杆设置混炼段，混炼段沿圆周方向n等分设置轴向（或与轴向成一定角度）分割棱，相邻分割棱相互平行，分割棱之间的分割槽内表面增设90°扭转曲面，即分流扭转汇流段。本发明挤出机中，在螺杆与机筒的相对运动下，聚合物熔体一边随螺杆转动，一边沿分割槽内表面90°扭转，使机筒的热量相继透过熔体各个表面传递，强制对流，具有强化传热和塑化的作用。此外熔体在分割槽中经历分流扭转汇流，充分的混合，提高了混合效果。
【专利说明】聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机
【技术领域】
[0001]本发明涉及塑料挤出成型装置，特指一种可强化传热与混炼塑化的挤出机。
【背景技术】
[0002]挤出机是塑料加工行业的主要设备之一。挤出机主机主要由加料塑化系统、传动系统、加热冷却系统、控制系统等几部分组成。其中，螺杆与机筒是挤出机的关键部件。螺杆在加热的机筒内旋转，主要作用是将固态塑料颗粒或粉末熔化并混合，高分子熔体挤入到成型机头中成型及定型后得到制品或半成品。螺杆塑化的效果决定了整台挤出机的性能，而常规的挤出机传热和混炼效果不好，尤其是螺槽较深时问题更突出。
[0003]在挤出机的新型螺杆当中，销钉型螺杆是一种比较常用的混炼效果较好的分流型螺杆形式。销钉对料流进行分流汇合、再分流再汇合，经过若干次分流汇合，增强物料的混合效果。但是由于销钉安装在机筒上或螺杆上，增加了加工制造的难度，同时也增加了维修制造的成本。销钉相对螺杆固定，传热效果也不好。
[0004]此外，分离型螺杆(通常简称为BM螺杆)是一种比较常用的传热效果较好的分离型螺杆形式。BM螺杆熔融段存在两条螺距不同的螺纹，交于熔融段的起点和终点，副螺纹直径小于螺杆直径，料流流经熔融段，固液相分离，固相直接接触机筒表面，利于传热，加速固相熔融。但是其混合效果不是很好。
[0005]在专利(专利号:201010512626)中提到一种强化传热与混炼挤出机，该挤出机的加料塑化部分的螺杆与机筒之间有滚动体，滚动体随螺杆在机筒内转动的同时在相应的凹槽内自由滚动，可以有效地提高挤出机的传热和塑化效果，但是该装置为了便于安装，机筒需要做成剖分式。
[0006]在专利(专利号:200920271878)中提出一种纳米叠层复合材料制备装置，该装置通过90°扭转流道可以实现熔体的90°扭转，使聚合物熔体空间某方向旋转，可用于熔体换热。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化的挤出机，该挤出机可克服目前常规挤出机的不足，提高挤出机的传热和混炼塑化效果，得到更高质量的挤出成型制品。
[0008]本发明的技术方案为，聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，主要包括加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统等，加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统的结构和连接方式与常规的挤出机相同，即通过传动系统带动加料塑化部分的螺杆旋转塑化，控制系统控制加料塑化部分的加热冷却和加料塑化部分的螺杆转速等。加料塑化部分的机筒内有螺杆，在加料塑化部分的螺杆上设置混炼段，所述混炼段沿圆周方向η等分设置轴向(或与轴向成一定角度,分割棱与螺杆轴向呈一定的角度)分割棱，相邻分割棱相互平行，分割棱之间的分割槽内表面开设90°扭转曲面，即分流扭转汇流段。这样，挤出过程可实现物料的90°扭转。
[0009]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，利用微积分思想，(即将物料先分割再汇合，先微分再积分合称为微积分)，将一定长度的某段螺杆沿圆周方向η等分设置分割棱，η至少为2以上的整数，η最好是大于6，使聚合物熔体被分割成η股，熔体分割的份数越多混合效果越好，经过分割扭转后，将之前接近螺槽底部的物料翻转至与机筒接触，可实现聚合物熔体的分流汇合，利于混合。
[0010]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，η的数值、分流扭转汇流段即混炼段的段数及排列方式可根据物料性质，混炼塑化要求等选取。混炼段在螺杆上的排列方式可以是多个分割段紧接着的并列排列，这样实现连续的扭转混合，也可以是交错排列等形式，进行多次扭转混合。
[0011 ] 本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，混炼段的分割棱间的分割槽内表面开设两个相互垂直的90°扭转曲面，聚合物熔体在螺杆与机筒的相对运动下，一边随螺杆转动，一边沿分割槽内表面90°扭转，使与分割槽底部或机筒内表面接触的熔体转移到分割槽一侧，与分割槽一侧接触的熔体转移到分割槽底部或机筒内表面，使机筒的热量相继透过熔体各个表面传递，强制对流，具有强化传热和塑化的作用。分流的熔体在分割槽中扭转，再在分割槽结束处汇流，使熔体得到充分的混合，具有强化混合的作用。
[0012]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机中螺杆上的分割棱方向既可以是轴向也可以与轴向成一定角度，该角度可以与螺杆的螺棱的螺旋升角相同或不同。分割棱高度也可以与螺杆的螺槽深度相同或不同，分割棱高度值可以比螺杆的螺槽深度值小。
[0013]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机中螺杆上可增设一段或多段该分割扭转汇流部分。分割槽与机筒内壁构成封闭腔室，考虑到螺杆底部与机筒内表面的相对运动，螺杆的旋转方向要与分割扭转汇流部分分割槽内表面由低向高的曲面扭转方向相反，有利于加速扭转。
[0014]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其有益效果是加强热量在物料中的传递，强化传热，常规的挤出机一般是机筒加热，而聚合物的物料传热效果差，将接近螺槽的物料通过扭转翻转至接近机筒，使物料吸热均匀，塑化更均匀，同时通过物料的分流扭转汇流，强化混合，增强混炼效果。并且可与多种结构组合，加工、制造方便，易于维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的装配简图；
[0016]图2是本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的螺杆与机筒装配简图；
[0017]图3是本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的螺杆分流扭转汇流段局部示意图；
[0018]图4是本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的螺杆分流扭转汇流段某一分割槽局部示意图；
[0019]图5是本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的螺杆的分流扭转汇流段并列布置示意图；
[0020]图6是本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机的螺杆的分流扭转汇流段交错布置示意图。
[0021]图中:1.加料塑化部分，2.加热冷却部分，3.控制系统，4.传动系统；
[0022]其中:1_1.分流扭转汇流段，1-2.机筒,1-3.螺杆，1_1_1.分割棱，1_1_2.出口底面，1_1_3.出口右侧面，1-1-4.进口底面，1-1-5.进口左侧面。
【具体实施方式】
[0023]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机如图1所示，由加热塑化部分1、加热冷却部分2、控制系统3以及传动系统4组成。其中加料塑化部分I的螺杆1-3有混炼段即分流扭转汇流段1-1，见图2和图3。
[0024]在分流扭转汇流段1-1的分割槽内开设两个相互垂直的90°扭转曲面，实现聚合物熔体的扭转，见图4。螺槽底部分成两个区，一个区沿着分割棱的方向渐渐变小，而槽的深度渐渐变小直至到出口时扭转90度；另一个区沿着分割棱的方向渐渐变大，而槽的深度渐渐变大直至到出口时扭转90度。图4所示，在两个分割棱间，入口的螺槽扭转成右侧的立着的面，左侧立着的面在出口处转成螺槽。
[0025]物料通过分流扭转汇流段1-1进口处，被η个分割棱1-1-1分割成η股。物料与两个相互垂直的90°扭转曲面接触部分，由进口底面1-1-4扭转到出口右侧面1-1-3，由进口左侧面1-1-5扭转到出口底面1-1-2，同时在螺杆1-3与机筒1-2内表面的相对运动下，带动整个物料实现90°扭转，见图4。
[0026]螺杆1-3旋转塑化时，分流扭转汇流段1-1在螺杆1-3与机筒1_2的相对运动下，聚合物熔体一边随螺杆1-3旋转，一边在分割槽内扭转，聚合物熔体不同表面相继与机筒1-2充分接触，与机筒1-2进行强制对流，强化热量的传递，促进熔融物料内温度分布均匀；同时，可以通过增加分流扭转汇流段1-1的数目及排列方式，增加热量传递与混炼塑化这一有利过程，见图5和图6。
[0027]以上所述为本发明的特殊实例，配合各种图加以说明。但是本发明并不局限于以上所述情况和图，任何基于上述所说的对零件的修改或替换，只要在本发明的精神领域范围内，均属于本发明。
[0028]本发明聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机改变了传统挤出机塑化部分中物料的流动形式，利用90°扭转曲面，实现聚合物熔体各表面相继与机筒1-2接触，利于热量的传递，强化传热过程；同时熔体流经分流扭转汇流段1-1，经历分流、扭转、汇流三步，可对已熔融物料进一步细分，促进物料的混炼效果。克服了常规挤出机热传递面积小、热传递效果差、混炼性能差的不足。
【权利要求】
1.聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，主要包括加料塑化部分、加热冷却部分、控制系统以及传动系统等，传动系统带动加料塑化部分的螺杆旋转塑化，控制系统控制加料塑化部分的加热冷却和加料塑化部分的螺杆转速，其特征在于:加料塑化部分的机筒内有螺杆，在加料塑化部分的螺杆上设置混炼段，所述混炼段沿圆周方向η等分设置轴向分割棱，相邻分割棱相互平行，分割棱之间的分割槽内表面开设90°扭转曲面,分割棱高度也可以与螺杆的螺槽深度相同。
2.根据权利要求1所述的聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于:分割棱与螺杆轴向呈一定的角度。
3.根据权利要求1所述的聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于:混炼段在螺杆上的排列方式可以是多个分割段紧接着的并列排列，也可以是交错排列。
4.根据权利要求1所述的聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于:分割棱高度值比螺杆的螺槽深度值小。
5.根据权利要求1所述的聚合物熔体微积分强化传热与混炼塑化挤出机，其特征在于:螺杆的旋转方向要与混炼段分割扭转汇流部分分割槽内表面由低向高的曲面扭转方向相反。
【文档编号】B29C47/38GK103753793SQ201410007068
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】丁玉梅, 鉴冉冉, 焦志伟, 杨卫民 申请人:北京化工大学