塑料挤出螺杆的混合段的制作方法
【专利说明】塑料挤出螺杆的混合段
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年1月17日提交的美国临时专利申请序列号61/928，855的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及具有混合段的挤出螺杆。
【背景技术】
[0004]对熔化的塑料与包括着色剂的添加剂进行混合是在通过口模将熔化的塑料挤出成挤出形状之前，或者在注射成型过程中将熔化的塑料注射到模具内之前的重要的步骤。通常，塑料颗粒和各种添加剂被供入到挤出机的供料器中，挤出机通常包括筒及在该筒内旋转的挤出螺杆。通常，筒是具有受热壁的精确的圆柱形孔。螺杆通常是狭长的螺旋钻状元件，其具有大体为圆柱形的螺杆基轴以及从该主体上凸出的连续的螺旋脊或“螺棱(flight)”。螺旋的螺棱具有狭窄的(宽度通常为约lcm)、连续的平坦表面，该表面优选地极近地偏移于筒的内壁。优选地，螺棱构造成使得挤出物不能在螺棱与筒的内壁之间流动，而是从该内壁上被“拭除”。挤出物通常为塑料颗粒、部分熔化的塑料颗粒、熔化的塑料以及可能有的添加剂的组合物。未熔化的塑料与熔化的塑料的比例根据挤出物是接近入口还是接近出口而变化。在螺棱的匝(turns)之间限定了通道。随着挤出螺杆在筒内旋转，这种通道顺着筒的长度输送挤出物。在大多数情况下，挤出螺杆包括:供入段，其中通道的深度大体恒定并且相对较深(对于直径为100mm的螺杆来说，近似为15mm);传输段，其中通道的深度减小；以及第一计量段，其中通道的深度缩减(对于直径为100_的螺杆来说，近似为7_)并且恒定。在现有技术中，这种通道的深度被称作“牙底深度”。通常，筒的内壁包括用于将塑料颗粒熔化成高粘度的熔融塑料材料的加热带。为了实现彻底的混合，挤出螺杆通常包括混合段。混合段的目的在于在第二计量段之前尽可能地将熔化的塑料与添加剂混合在一起，该第二计量段推动挤出物进入到口模或注射模具中。
【发明内容】
[0005]本发明的挤出螺杆包括混合段。该混合段具有用于接收挤出物的入口端以及用于排放挤出物的出口端。混合段包括混合段基轴、拭除棱以及屏障棱。混合段基轴的形状大体为圆柱形。拭除棱与屏障棱以交替的方式设置在混合段基轴上，并且被设置成随其从入口端向出口端延伸而显示出螺旋状。拭除棱具有与挤出筒的壁大体配合的外表面。在屏障棱的外表面与挤出筒的壁之间存在偏移。拭除棱与屏障棱相比具有更大的螺旋角。拭除棱与屏障棱限定了朝向出口端变窄的入口通道。屏障棱与拭除棱还限定了朝向出口端变宽的出口通道。
[0006]混合通道切入到拭除棱及屏障棱中。混合通道设置成限定大体取向成与拭除棱及屏障棱成直角的螺旋状。因此，混合通道具有取向为与拭除棱及屏障棱成约直角的通道壁表面。由于混合通道壁表面相对于拭除棱及屏障棱的这种相对取向，所以从入口端向出口端流动的部分挤出物在该部分挤出物碰到混合通道的内壁表面时改变方向。部分挤出物的这种方向改变使得挤出物的混合得到改善。
【附图说明】
[0007]图1是包括混合段的挤出螺杆的实施方案的侧向正视图。
[0008]图2是混合段的一个实施方案的侧向正视图。
[0009]图3是图2中示出的混合段的一个实施方案的平面投影图。
[0010]图4是包括混合段的挤出螺杆的第二实施方案的侧向正视图。
[0011]图5是混合段的第二实施方案的侧向正视图。
[0012]图6是图2中示出的混合段的平面投影图。
【具体实施方式】
[0013]参照附图，图1和2示出了包括混合段10的示例性实施方案的挤出螺杆2。挤出螺杆2设置成在挤出筒5内沿箭头R所示的方向旋转，在图1中仅部分地示出了挤出筒5。技术熟练的读者可以理解，挤出筒5至少延伸到挤出螺杆2的整个长度上。技术熟练的读者还可理解的是，挤出筒5具有用于接收挤出螺杆2的精确限定的圆柱形孔，并可典型地包括一般设置在供入端附近的用于加热并熔化塑料挤出物的加热带。还可参考美国专利US5，215，764，其通过引用并入本文。
[0014]图1中所示的挤出螺杆2意在作为典型的挤出螺杆的一个实施例，且并不代表所有可包含混合段10的挤出螺杆。从图1中可以看出，挤出螺杆2将会围绕其纵向轴线A沿箭头R所示的方向旋转。挤出螺杆2包括供入段2A、传输段2B、第一计量段2C、混合段10、和第二计量段2D以及最终的出口 2E。在该实施例中，第一连续螺旋螺棱3A从供入段2A的入口端延伸至第一计量段2C的出口端。螺旋螺棱从螺杆基轴2R处径向向外延伸，并以大约在15度到20度之间的螺旋角设置。作为说明，具有0度的螺旋角的螺棱仅仅是垂直于轴线A并环绕螺杆基轴的环状径向带。这种螺棱可能没有实用的功能。相反地，具有90度的螺旋角的螺棱会是完全与轴线A对齐的纵向脊，并且也可能没有实用的功能。然而，以大于0度并明显小于90度的角度设置的螺棱会限定出螺旋钻状的阿基米德螺杆，可以说，该螺旋钻状的阿基米德螺杆是以连续的方式栗送液体的装置的原型设计。因此，螺棱3A适于随着挤出螺杆2沿方向箭头R所示的方向旋转而将挤出物从供入端栗送到计量段2C的出
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[0015]从图1中可以看出，挤出螺杆2的螺棱3A具有与挤出筒5的内表面紧密配合的平坦的外棱表面3L。棱表面3L不必须与筒5的壁精确配合，但是在棱表面3L与筒壁之间的偏移优选地小得足以阻止在这些表面之间的挤出物的任何显著流动。优选地设置有微小的间隙，以便可在棱表面3L与筒壁之间存在少量的挤出物。不断被替换的这种少量的挤出物用作为润滑剂。极近地偏移于挤出筒的内壁以阻止挤出物在棱与筒壁之间显著地流动的螺棱或“棱”被本领域技术人员称作“拭除棱(wiping land)”，这是因为拭除棱倾向于将筒的内壁上的挤出物拭除干净。偏移于挤出筒的内壁至足以允许挤出物在棱与筒壁之间流动的螺棱或“棱”被本领域技术人员称作“屏障棱”，这是因为屏障棱倾向于为挤出物的通过提供障碍物，但是不完全阻止挤出物通过。在螺棱3A的匝之间限定有通道2CH。这种通道输送挤出物，并且这种通道的深度根据沿螺杆2的位置而变化。在该实施例中，在供入段2A中，螺杆基轴2R具有相对较小的直径，这导致了通道2CH相对较深。在传输段2B中，螺杆基轴2R的直径增大，以便使得通道2CH的深度在传送段2B的入口端与出口端之间减小。第一计量段2C具有大体恒定的螺杆基轴直径以及相应的大体恒定的通道深度。对于第二计量段2D来说也是如此。第二计量段2D适于从混合段10处接收混合后的挤出物，并且将连续、可控地流动的挤出物提供到挤出机的出口。如上文所述的那样，在该实施例中，混合段10介于第一计量段2C与第二计量段2D之间。下面将针对混合段10进行更加详细的描述。
[0016]图2提供了混合段10的示例性实施方案的放大图。图3提供了将大部分混合段10投影到平面上的投影图。从图2中可以更加详细地看出，混合段10也是大体圆柱形的。与挤出螺杆2—样，混合段10被设置成围绕轴线A旋转，并且因为混合段10固定于挤出螺杆2，所以混合段10也沿图2中的方向箭头R所示的方向旋转。还可认为混合段10具有入口端12及出口端90。
[0017]可以从图2中看出，并从图3中更加详细地看出，混合段10包括混合段基轴20、拭除棱30以及屏障棱50。混合段基轴20优选为圆柱形的，并且可被看做参考表面，可从该参考表面处对混合段10的其他特征的相对径向高度或深度进行测量。在该示例性实施方案中，拭除棱30包括四个拭除棱30(可从图3和图6中最适当地看出)，这四个拭除棱30优选地在基轴20周围均匀地间隔开。在该实施例中，以第一螺旋角来设置拭除棱30。在该实施例中，在图2和图3中显示的混合段中，拭除棱30具有约70度的螺旋角。拭除棱30从混合段基轴20处向外延伸，并且具有平坦、脊状的外表面32，优选地，外表面32极近地偏移于挤出筒5的内表面。拭除棱30的外表面32倾向于如上文中所述的那样将挤出筒5的内表面上的挤出物拭除干净。
[0018]图2和图3还示出了也从混合段基轴20处向外延伸的一组屏障棱50。屏障棱50以交替的方式设置在拭除棱30之间，以便使屏障棱50彼此均匀地间隔开并且相对于拭除棱30均匀地间隔开。因此，还存在四个屏障棱50。在该示例性实施方案中，以比拭除棱30的第一螺旋角更大的第二螺旋角设置屏障棱50。在图2和图3所示的实施例中，屏障棱50的螺旋角为约75度。屏障棱50具有脊状、平坦的外表面52，外表面52优选地以足够的偏移距离偏移于挤出筒5的内表面，以允许部分挤出物在外表面52与筒壁之间流动。
[0019]因为屏障棱50与拭除棱30相比具有更大的螺旋角，所以当在旋转方向R上考虑时，屏障棱50与拭除棱之间的交替空间限定了宽度从入口端到出口端减小的入口通道34。在该示例性实施方案中，入口通道34的深度从入口端到出口端减小。因此，由于入口通道34在入口端处更宽并且还可以更深，所以入口通道34在其入口端处对于挤出物的流动相对开放，并且在其出口端处对于挤出物的流动相对封闭。因此，各入口通道34均具有比在其出口端处的第二通道区域更大的在其入口端处的第一通道面积(在与轴线A正交的平面上考虑时)。
[0020]同样地，也因为屏障棱50与拭除棱30相比具有更大的螺旋角，所以当在与旋转