用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿及其應(yīng)用；所述三螺桿包括第一壓力部、第二壓力部、第三壓力部、第四壓力部、第五壓力部；所述三螺桿包括沿物料流向方向的第一壓力部、第二壓力部、第三壓力部、第四壓力部中任意不同區(qū)域組合的至少兩個循環(huán)、非組合區(qū)域、以及所述循環(huán)與非組合區(qū)域連接后再連接第五壓力部。本發(fā)明三螺桿，通過增大物料傳質(zhì)面積以及對熔體中易揮發(fā)組分進行壓力傳導(dǎo)，使揮發(fā)組分最多的在真空口聚集并被有效抽提排出，最大化改善了在只采用單個真空抽提下，螺桿擠出過程中揮發(fā)組份的溢出效率，在保持熔體共混合理化的同時，有效降低擠出后物料的TVOC含量及氣味。
【專利說明】用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于塑料擠出成型設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿及其應(yīng)用，特別涉及一種在塑料擠出加工工藝中對產(chǎn)生的氣體及TVOC分子進行有效脫除的擠出螺桿。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著以塑代鋼的不斷深入，改性塑料已廣泛應(yīng)用于生活中各個領(lǐng)域。而塑料制品在使用過程中，其內(nèi)部的小分子物質(zhì)會隨著時間的推移及溫度的變化而逐漸的散發(fā)到大氣環(huán)境中，特別是涉及到密閉的領(lǐng)域，如汽車內(nèi)飾件，包括儀表板、副儀表板、門板、立柱坐寸O
[0003]在塑料使用的過程中，尤其當溫度較高時，殘余在塑料中的揮發(fā)性有機物質(zhì)(TVOC)會散發(fā)出來，對人的身體產(chǎn)生損害。而制品中TVOC含量超標時，需采用后續(xù)高溫等工藝進行處理耗時耗力。TVOC物質(zhì)主要包括烴類、苯類、醛類等，主要來源于聚丙烯、彈性體等樹脂合成時殘余的單體，抗氧劑、光穩(wěn)定劑、潤滑劑、色粉等添加劑及改性聚丙烯材料加工過程中降解產(chǎn)生的小分子等，因此，為了減少塑料制品中的TVOC含量，從原材料和加工工藝方面進行控制是最必要的選擇。
[0004]在原材料優(yōu)選的情況下，加工工藝過程成為了改善TVOC的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前在聚合物加工設(shè)備中，螺桿擠出機是最為主要的生產(chǎn)設(shè)備，目前，單螺桿擠出機，雙螺桿擠出機和多螺桿擠出機在工業(yè)中都已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，螺桿擠出機一般可分為嚙合同向螺桿擠出機，嚙合異向螺桿擠出機，非嚙合螺桿擠出機和形雙螺桿擠出機等。在螺桿擠出的過程中，在高溫和剪切力的作用下，合成階段貯存在原料中的TVOC及在加工過程中由于剪切，熱氧老化產(chǎn)生的小分子會以氣態(tài)形式溢出，如果不及時脫除，在擠出結(jié)束后仍會貯存在物料中，在以后的使用過程中就會不斷地散發(fā)出來。而目前的螺桿擠出工藝主要集中在采用多真空抽取及剪切力變換來降低擠出物的TV0C。多真空抽提的方式，隨著真空系統(tǒng)增加，增加能耗的同時，真空口增多不利于螺桿的密閉性及穩(wěn)定性。而剪切力降低雖可減少材料降解產(chǎn)生的TVOC,但不利于材料共混效果，材料的力學性能會受到顯著影響。中國專利CN102941666A公布了一種制備聚丙烯制品的脫揮雙螺桿，但其只限于應(yīng)用在制備發(fā)泡聚丙烯材料方面，且對減少TVOC制備低散發(fā)材料效果不明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿及其應(yīng)用；本發(fā)明三螺桿通過增大傳質(zhì)面積及壓力疏導(dǎo)的方式對熱塑性高分子材料在加工過程可易揮發(fā)組份進行最大限度脫除，大大降低了在擠出造粒后的TVOC物質(zhì)含量及氣味的殘留，避免了在擠出過程中采用多真空抽提的能耗，大大節(jié)省了在造粒后要對制品人工TVOC脫除的時間成本和經(jīng)濟成本，在保持熔體充分共混的同時最大限度的使擠出物具有低散發(fā)的特性。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述三螺桿包括第一壓力部(Cl)、第二壓力部(C2)、第三壓力部(C3)、第四壓力部(C4)、第五壓力部(C5)，對應(yīng)壓力分別為P1、P2、P3、P4和P5 ;所述三螺桿包括沿物料流向方向的第一壓力部(Cl)、第二壓力部(C2)、第三壓力部(C3)、第四壓力部(C4)中任意不同區(qū)域組合的至少兩個循環(huán)、非組合區(qū)域、以及所述循環(huán)與非組合區(qū)域連接后再連接第五壓力部(C5)。
[0008]優(yōu)選地，所述組合的數(shù)量大于等于I。
[0009]優(yōu)選地,所述組合包括區(qū)域的數(shù)量大于等于2。
[0010]優(yōu)選地，所述壓力卩1、？2汴3、？4和？5滿足以下關(guān)系:P4彡P(guān)5彡P(guān)2 < P3彡P(guān)1。
[0011]優(yōu)選地，所述P5與P4的關(guān)系為1.0 P4 ^ P5 ^ 1.5 P4。
[0012]優(yōu)選地，所述P2和P5的關(guān)系為1.0 P5彡P(guān)2彡2.0 P5。
[0013]優(yōu)選地，所述P2和P3的關(guān)系為1.5 P2彡P(guān)3彡2.0 P2。
[0014]優(yōu)選地，所述P3和Pl的關(guān)系為1.0 P3 ^ Pl ^ 1.75 P3。
[0015]另一方面，本發(fā)明提供一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿的應(yīng)用，所述應(yīng)用具體指三螺桿可應(yīng)用于嚙合同向三螺桿擠出機，嚙合異向三螺桿擠出機，非嚙合同向、異向三螺桿擠出機、錐型三螺桿擠出機等三螺桿擠出機的制備。
[0016]優(yōu)選地，所述三螺桿在擠出機中的縱向排列包括三角排列或一字排列。
[0017]本發(fā)明所述的一種制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，可通過螺紋元件設(shè)計，螺桿夾套設(shè)計，壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)計，螺紋元件組合以及其他一些方式得到所述的壓力控制，起到有效脫揮的作用；特別地，三螺桿在同等的生產(chǎn)效率下增加了物料的分布面積，使得塑料揮發(fā)組分更大限度的溢出和傳導(dǎo)。
[0018]本發(fā)明所述的一種制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019](I)本發(fā)明三螺桿利用壓力差對易揮發(fā)組份進行了目的性疏導(dǎo)，通過裝有本發(fā)明三螺桿的擠出機制備的低散發(fā)材料，避免了后續(xù)處理TVOC物質(zhì)繁瑣的加工工序，在塑料生產(chǎn)中無需附加更多抽提裝置，簡化塑料制備流程，減少設(shè)備投入，節(jié)約成本；
[0020](2)本發(fā)明三螺桿利用壓力差對易揮發(fā)組份進行疏導(dǎo)原理簡明，可通過多種區(qū)域組合、不同組合循環(huán)的控制，達到高效脫揮的目的，機動靈活，生產(chǎn)便捷；
[0021 ] (3)本發(fā)明三螺桿用途廣泛，可應(yīng)用于嚙合同向三螺桿擠出機，嚙合異向三螺桿擠出機，非嚙合同向、異向三螺桿擠出機、錐型三螺桿擠出機等三螺桿擠出機的制備、所有熱塑性高分子物料的擠出，具有很高的應(yīng)用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0023]圖1為本發(fā)明的制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿的一個基本循環(huán)示意圖；
[0024]其中，基本循環(huán)為Cl、C2、C3、C4和C5組成的一個循環(huán)；I為Cl ;2為C2 ;3為C3 ;4 為 C4 ;5 為 C5 ;
[0025]圖2為本發(fā)明的制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿的一種組合方式示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿的一種組合方式示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明三螺桿的三個螺桿的嚙合方式圖；
[0028]其中，A為三螺桿圓心成等邊三角形的三角排列嚙合；B為三螺桿圓心在一條直線上的一字排列嚙合。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0030]實施例1
[0031]本實施例涉及一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述的三螺桿為沿物料運動方向依次5種不同區(qū)域的組合；所述組合為Cl、C2、C3、C4、C5組成的一個循環(huán)(如圖1所示)；
[0032]所述P5與P4的關(guān)系為P5 = P4 ;
[0033]所述P2和P5的關(guān)系為P2 = P5 ;
[0034]所述P2和P3的關(guān)系為P3 = 1.5P2 ;
[0035]所述P3和Pl的關(guān)系為Pl = P3 ;
[0036]三螺桿擠出機采用螺桿圓心為等邊三角形的嚙合方式(如圖4中A所示)，物料從加料斗進入三螺桿擠出機后，將經(jīng)過混合，熔融，減壓，擠出等過程。在混合熔體進入溫度較高的熔融區(qū)之后，達到某種組份的揮發(fā)溫度，一定量的此組份將以氣態(tài)形式揮發(fā)，在螺桿壓力的作用下，會沿物料運動方向的相同方向順流。當氣體從Cl區(qū)域流至C2區(qū)域處，由于P2 < Pl氣體會順流下去，氣體會較多的聚集在C2段，當熔體由C2區(qū)域流至C3區(qū)域時，由于P3 > P2，氣體會適當壓縮進入C3區(qū)域，且由于P3 ( Pl氣體會快速通過C3區(qū)域進入C4區(qū)域，而P4 < P3，P4 < P2，氣體在壓力差的情況下能夠快速的傳導(dǎo)至C4區(qū)域末端，盡可能多的被真空系統(tǒng)帶走。
[0037]實施例2
[0038]本實施例涉及一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述的三螺桿為沿物料運動方向依次5種不同區(qū)域的組合；所述組合為Cl和C2循環(huán)接C3和C4循環(huán)后再接Cl和C2循環(huán)和C3，C4循環(huán)，以及在所述的的循環(huán)之后連接C5 ；
[0039]所述P5與P4的關(guān)系為P5 = 1.5 P4 ;
[0040]所述P2和P5的關(guān)系為P2 = 2.0 P5 ;
[0041]所述P2和P3的關(guān)系為P3 = 2.0 P2 ;
[0042]所述P3和Pl的關(guān)系為Pl = 1.75P3。
[0043]三螺桿擠出機采用螺桿圓心為等邊三角形的嚙合方式，物料從加料斗進入三螺桿擠出機后，當氣體從Cl區(qū)域流至C2區(qū)域處，由于P2 < P1，氣體會順流并較多的聚集在C2段，當熔體由C2區(qū)域流至C3區(qū)域時，由于P3 > P2，氣體會適當壓縮進入C3區(qū)域，且由于P3 ( Pl氣體會快速通過C3區(qū)域進入C4區(qū)域，且P4 < P3，P4 < P2，氣體快速的傳導(dǎo)至C4區(qū)域末端，并再次重復(fù)以上循環(huán)一次，被真空系統(tǒng)帶走。
[0044]實施例3
[0045]本實施例涉及一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述的三螺桿為沿物料運動方向依次5種不同區(qū)域的組合；所述組合方式為C1、C2、C3循環(huán)，以及在所述循環(huán)后再接C5 ；
[0046]所述P2和P5的關(guān)系為P2 = 1.5 P5 ；
[0047]所述P2和P3的關(guān)系為P3 = 1.75 P2 ；
[0048]所述P3和Pl的關(guān)系為Pl = 1.5P3。
[0049]三螺桿擠出機采用螺桿圓心在一條水平線上的嚙合方式(如圖4中B所示)，物料從加料斗進入三螺桿擠出機后，當氣體從Cl區(qū)域流至C2區(qū)域處，由于P2 < P1，氣體會順流并較多的聚集在C2段，當熔體由C2區(qū)域流至C3區(qū)域時，由于P3 > P2，氣體會適當壓縮進入C3區(qū)域，且由于P3 ( Pl氣體會快速通過C3區(qū)域進入壓力相對小的C5區(qū)域被真空系統(tǒng)帶走。
[0050]實施例4
[0051]本實施例涉及一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述的三螺桿為沿物料運動方向依次5種不同區(qū)域的組合；所述組合為Cl和C2循環(huán)后接C3和C4循環(huán)后再接Cl和C2循環(huán)，以及在所述的的循環(huán)之后連接C5 ;(如圖2所示)；
[0052]所述P5與P4的關(guān)系為P5 = 1.2 P4 ;
[0053]所述P2和P5的關(guān)系為P2 = 2.0 P5 ;
[0054]所述P2和P3的關(guān)系為P3 = 2.0 P2 ;
[0055]所述P3和Pl的關(guān)系為Pl = 1.75P3。
[0056]三螺桿擠出機采用螺桿圓心為等邊三角形的嚙合方式，物料從加料斗進入三螺桿擠出機后，當氣體從Cl區(qū)域流至C2區(qū)域處，由于P2 < P1，氣體會順流并較多的聚集在C2段，當熔體由C2區(qū)域流至C3區(qū)域時，由于P3 > P2，氣體會適當壓縮進入C3區(qū)域，且由于P3 ( Pl氣體會快速通過C3區(qū)域進入C4區(qū)域，且P4 < P3，P4 < P2，氣體快速的傳導(dǎo)至C4區(qū)域末端并再次經(jīng)過Cl和C2段壓縮輸送，最后到C5區(qū)域聚集，被真空系統(tǒng)帶走。
[0057]實施例5
[0058]本實施例涉及一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述的三螺桿為沿物料運動方向依次5種不同區(qū)域的組合；所述組合方式為C1、C2、C4的循環(huán)，以及在所述循環(huán)后再接C5(如圖3所示)；
[0059]所述P5與P4的關(guān)系為P5 = 1.2 P4 ;
[0060]所述P2和P5的關(guān)系為P2 = 1.5 P5 ；
[0061]所述P2和P3的關(guān)系為P3 = 1.75 P2 ；
[0062]三螺桿擠出機采用螺桿圓心在一條水平線上的嚙合方式，物料從加料斗進入三螺桿擠出機后，當氣體從Cl區(qū)域流至C2區(qū)域處，由于P2 < Pl，氣體會順流并較多的聚集在C2段，當熔體由C2區(qū)域流至C4區(qū)域時，氣體會快速通過并在C5區(qū)域聚集被真空系統(tǒng)帶走。
[0063]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，所述三螺桿包括第一壓力部、第二壓力部、第三壓力部、第四壓力部、第五壓力部，對應(yīng)壓力分別為P1、P2、P3、P4和P5，其特征在于，所述三螺桿包括沿物料流向方向的第一壓力部、第二壓力部、第三壓力部、第四壓力部中任意不同區(qū)域組合的至少兩個循環(huán)、非組合區(qū)域、以及所述循環(huán)與非組合區(qū)域連接后再連接第五壓力部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述組合的數(shù)量大于等于I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述組合包括區(qū)域的數(shù)量大于等于2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述壓力P1、P2、P3、P4和P5滿足以下關(guān)系:P4彡P(guān)5彡P(guān)2 < P3彡P(guān)1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述P5與P4的關(guān)系為1.0 P4彡P(guān)5彡1.5 P4。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述P2和P5的關(guān)系為1.0 P5 ^ P2 ^ 2.0 P5。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述P2和P3的關(guān)系為1.5 P2 ^ P3 ^ 2.0 P2。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿，其特征在于，所述P3和Pl的關(guān)系為1.0 P3 ^ Pl ^ 1.75 P3。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用具體指三螺桿應(yīng)用于嚙合同向三螺桿擠出機，嚙合異向三螺桿擠出機，非嚙合同向、異向三螺桿擠出機或錐型三螺桿擠出機的三螺桿擠出機的制備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制備低散發(fā)熱塑性高分子材料的三螺桿的應(yīng)用，其特征在于，所述三螺桿在擠出機中的縱向排列包括三角排列或一字排列。
【文檔編號】B29C47/40GK104275789SQ201410476007
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】路海冰, 婁小安, 裘浩成, 沈葉龍, 蘇吉英 申請人:上海日之升新技術(shù)發(fā)展有限公司