專利名稱：多邊螺槽對流式螺桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物加工領(lǐng)域，它屬于擠出或注射用螺桿的一種改進。
擠出或注射用普通三段式螺桿，因其結(jié)構(gòu)簡單而沿用至今。但是它存在著熔融速率低、混煉性能差且不均勻及功耗高等缺點，以至于擠出機或注射機出口處熔體的徑向溫差大，影響制品的機械性能、電性能與光學(xué)性能，甚至可能使制品出現(xiàn)微裂痕，降低成品率。多年來，人們對普通三段式螺桿作了許多改進。在US-4，173，417中公開了一種雙槽波狀螺桿，它的目的是提高熔融與混煉性能。它的構(gòu)成是設(shè)置屏障螺棱把螺槽分成等寬的兩半，螺槽深度成周期性變化，且兩半螺槽波形反相。它存在如下不足之處①由于在雙槽波狀段中設(shè)置有屏障棱把兩分螺槽隔開，所以一般只有熔體才能越過屏障棱而發(fā)生對流，固體顆粒則保留在一個螺槽內(nèi)，不能越過屏障棱而參與兩分螺槽之間的對流。
②由于上述原因，若把雙槽波狀段設(shè)置在熔融段，只能置于該段后半部分。因此，無法充分發(fā)揮雙槽波狀段的優(yōu)點。
③在雙槽波狀段中，聚合物沿螺槽流動一圈時，熔體在兩分螺槽之間的來回流動與聚合物受到的“增壓-減壓”次數(shù)只有一次。
④雙槽波狀段中，聚合物受到的分流、壓延、剪切、表面更新與速度分布改變等效應(yīng)很小或較小。
因此，雙槽波狀螺桿的熔融與混煉性能并不很高，使用時一般還要設(shè)置其它混煉元件。
本發(fā)明的目的在于針對國內(nèi)外現(xiàn)有各種螺桿存在的不足之處，從改進螺槽、螺棱的結(jié)構(gòu)入手，研制出一種具有高效的熔融與混煉綜合性能的螺桿，以適應(yīng)高混煉如共混、共聚、填充與增強的要求，提高制品的附加值。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來達(dá)到一種由進料段、熔融段與計量段所構(gòu)成的多邊螺槽對流式螺桿，其特征在于在熔融段或/和計量段上設(shè)置有混煉-熔融段，該混煉-熔融段的結(jié)構(gòu)是螺槽底部呈正多邊形，其邊數(shù)最多取D/10，取整數(shù)，其中D代表螺桿直徑，其單位為毫米，邊數(shù)最小取3;螺桿上設(shè)置有多頭螺棱，其螺棱的頭數(shù)與螺槽底部正多邊形的邊數(shù)相同。
混煉-熔融段(簡稱HP段)的結(jié)構(gòu)對聚合物產(chǎn)生了多種效應(yīng)。下面通過這些效應(yīng)來解釋其機理和工作原理。
首先，當(dāng)聚合物進入HP段就被分成多股流動，即產(chǎn)生分流效應(yīng)。它的股數(shù)與螺棱頭數(shù)也即槽底邊數(shù)相同。
第二，聚合物進入螺槽上某一邊時，如螺槽展開圖及聚合物流動示意圖2所示，由于起始處A半螺槽的深度較小，阻力較大，B半螺槽的情況則正好相反，這使聚合物多數(shù)流入B半螺槽內(nèi)，與B半螺槽內(nèi)已有的聚合物混合;接著，A半螺槽逐漸變深，而B半螺槽則相應(yīng)變淺，使B半螺槽內(nèi)的多數(shù)聚合物流入A半螺槽并與A半螺槽內(nèi)已有的聚合物混合，螺槽每一邊都使多數(shù)聚合物在兩半螺槽內(nèi)來回流動一次，聚合物沿螺槽流動一圈時其來回流動的次數(shù)與槽底邊數(shù)相同。即兩半螺槽內(nèi)的大部分聚合物發(fā)生這樣的對流B→A→B→A……，使聚合物受到了充分對流混合效應(yīng)。
第三，由于兩半螺槽均由深變淺，再由淺變深，不斷重復(fù)，在每圈螺槽中重復(fù)的次數(shù)與槽底邊數(shù)相同，這使聚合物受到相應(yīng)次數(shù)的“增壓-減壓”效應(yīng)。
第四，槽深的獨特變化強化了螺槽內(nèi)聚合物沿橫向與徑向的流動，產(chǎn)生了延伸流動效應(yīng)。
第五，聚合物沿螺槽流動一圈時，必須越過螺槽底部的拐角多次，其次數(shù)與槽底邊數(shù)相同。此時聚合物因受到剪切作用而被剪薄成許多薄層，使其表面不斷更新。聚合物在槽底拐角的前、后部位處發(fā)生層狀環(huán)流，即產(chǎn)生了壓延效應(yīng)。
第六，由于螺槽底部呈正多邊形及槽深的獨特分布，螺槽內(nèi)聚合物的速度分布被連續(xù)多次地改變，使聚合物單元頻繁地重新排列。


圖1為槽底邊數(shù)為4的混煉-熔融段(簡稱為HP段)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為槽底邊數(shù)為4的混煉-熔融段(簡稱為HP段)的螺槽展開圖及聚合物流動示意圖。
圖3為槽底邊數(shù)為4的混煉-熔融段(簡稱為HP段)的槽底拐角前、后形成的層狀環(huán)流示意圖。
圖4為槽底邊數(shù)為8的混煉-熔融段(簡稱為HP段)的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
實施例1一螺桿直徑D為45毫米，在它的熔融段和計量段上設(shè)置有如圖1所示的HP段。HP段的螺槽底部2呈正四邊形，螺桿上設(shè)置有螺棱1，其頭數(shù)為四，即與螺槽底部的邊數(shù)相同。如圖2所示，在Ⅰ-Ⅰ截面處，兩半螺槽A與B的平均深度相同;在Ⅱ-Ⅱ截面處，A半螺槽的平均深度比B半螺槽的大;截面Ⅲ-Ⅲ處的情形正好與截面Ⅱ-Ⅱ的相反。在每一圈螺槽中，都重復(fù)上述槽深變化規(guī)律，其槽深變化次數(shù)與螺槽底部的邊數(shù)相同，本實施例即為四次。HP段構(gòu)成了一系列重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元，每一結(jié)構(gòu)單元的槽深均按規(guī)律發(fā)生一次如上的變化。在圖3中，3為機筒，4為螺桿，5為螺槽底部拐角，6表示螺槽底部拐角5處前后形成的層狀環(huán)流。在螺槽底部的邊數(shù)為四的HP段中，當(dāng)聚合物沿螺槽流動一圈時，在槽底拐角前后形成八個層狀環(huán)流6，使聚合物受到壓延效應(yīng)，進一步強化熔融與混煉功能;同時聚合物還要越過螺槽底部的拐角5四次，受到一定的剪切作用，而被剪薄成許多薄層，使其表面不斷得到更新，大大提高了傳熱性能。
實施例2一螺桿直徑D為120毫米，在它的熔融段或計量段上設(shè)置如圖4所示的HP段。HP段的螺槽底部2呈正八邊形，螺桿上設(shè)置有螺棱1，其頭數(shù)為四，即與螺槽底部的邊數(shù)相同。工作原理同實施例1。每一圈螺槽中，其槽深變化次數(shù)為八次，螺槽底部拐角處前、后形成十六個層狀環(huán)流，使聚合物受到壓延效應(yīng)，同時聚合物還要越過螺槽底部的拐角八次。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1、在雙槽波狀段中，聚合物沿螺槽流動一圈時，熔體只發(fā)生來回流動一次，而在HP段中，聚合物來回流動、“增壓-減壓”次數(shù)與螺槽底部的邊數(shù)相同。因混煉性能隨上述次數(shù)的增多而提高，所以設(shè)置有HP段的螺桿有效地強化了混煉功能。
2、在HP段中，固熔兩組份均處于不斷的對流狀態(tài)中，增強了它們的橫向與徑向流動，產(chǎn)生了壓延、剪薄與表面更新效應(yīng)，大大提高了傳熱性能，強化了混煉-熔融功能。
3、由于優(yōu)點1、2，使HP段具有很高的分布混煉與分散混煉性能。
4、HP段的結(jié)構(gòu)，使固體顆粒與熔體均可在兩半螺槽之間對流，故可在熔融段始端設(shè)置HP段，它可逐漸破碎堅硬的固體床，使固體顆粒分散在熔體流中，形成固體-熔體混合物，實現(xiàn)了“分散熔融機理”，它的熔融性能比服從經(jīng)典的馬多克熔融機理的螺桿高得多。
5、HP段螺桿服從“分散熔融機理”，可降低熔融所需的機械功率消耗。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min時，以表示熔體粘度的冪律指數(shù)n分別為0.34、0.50與0.60的LDPE、HDPE與LLDPE這三種塑料為例，機械功率降低幅度分別為29%、35%與39%。熔體粘度越大，熔融機械功率消耗降低幅度越大，可見HP段螺桿對于加工高粘性聚合物更有利，有效地解決了采用普通螺桿時要求高功率電機的問題。
6、由于在HP段中，固體顆粒分散在熔體中，固體與熔體兩相之間的接觸面積即傳熱面積大大增加，固體溫度可較快地升高。熔體與固體的溫差較小，即熔融段螺槽內(nèi)聚合物溫度分布較均勻。此外，聚合物的平均溫度較低。
7、“分散熔融”可加速熔融，減小熔融長度，而且轉(zhuǎn)速越高，熔融長度減小的幅度也越大，因此，本發(fā)明的HP段在高速下更能發(fā)揮優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種由進料段、熔融段與計量段所構(gòu)成的多邊螺槽對流式螺桿，其特征在于在熔融段或/和計量段上設(shè)置有混煉-熔融段，該混煉-熔融段的結(jié)構(gòu)是螺槽底部呈正多邊形，其邊數(shù)最多取D/10，取整數(shù)，其中D代表螺桿直徑，其單位為毫米，邊數(shù)最小取3；螺桿上設(shè)置有多頭螺棱，其螺棱的頭數(shù)與螺槽底部所呈正多邊形的邊數(shù)相同。
全文摘要
本發(fā)明屬于擠出、注射用螺桿的一種改進。即在螺桿的熔融段或/和計量段設(shè)置混煉-熔融段(簡稱為HP段)。HP段的結(jié)構(gòu)為螺槽底部呈正多邊形，螺桿上設(shè)置多頭螺棱。HP段對聚合物產(chǎn)生了分流、對流、增壓-減壓、延伸流動、剪切、表面更新、壓延、連續(xù)改變速度分布等效應(yīng)，實現(xiàn)了分散熔融。實驗證明其混煉與熔融性能比雙槽波狀螺桿的還要高。它的功耗低，聚合物溫度分布均勻。故本發(fā)明特別適用于高混煉如共混、共聚、填充與改性的場合，且在高速下更能發(fā)揮優(yōu)勢。
文檔編號B29C47/38GK1077158SQ9211488
公開日1993年10月13日 申請日期1992年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月24日
發(fā)明者黃漢雄, 彭玉成 申請人:華南理工大學(xué)