一種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種擠出機(jī)的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，尤其是一種用于擠出機(jī)的具有強(qiáng)剪切 力的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱熔膠作為一種加熱后能夠獲得粘結(jié)流動(dòng)性的熱粘膠。其主要特點(diǎn)是粘結(jié)強(qiáng)度 高，根據(jù)不同的使用場(chǎng)合來選擇不同的熱熔膠。由聚烯烴分子斷鏈與馬來酸酐接枝制備的 熱熔膠對(duì)于金屬和非金屬都具有一定的粘結(jié)性。粘結(jié)性能的好壞取決于熱熔膠制備時(shí)，接 枝反應(yīng)的程度，而接枝反應(yīng)的程度又取決于聚烯烴分子的斷鏈程度。因此，提高高分子聚合 物分子鏈的斷鏈程度，對(duì)熱熔膠產(chǎn)品的性能有著重要的意義。
[0003][0004] 發(fā)明人先前發(fā)明的"一種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器"，公開號(hào)為CN103566862A，該反應(yīng) 器是將"磨盤式"的剪切結(jié)構(gòu)引入到"螺旋式"剪切結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了高分子聚合物的熱 熔膠產(chǎn)品性能，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)的目的。"螺旋式"剪切結(jié)構(gòu)相對(duì)于"磨盤式"的剪切結(jié)構(gòu)其 旋轉(zhuǎn)半徑要小很多，因此可以大幅度的提升其旋轉(zhuǎn)速度。而且"螺旋式"剪切結(jié)構(gòu)增加了物 料流受剪切的有效行程，從而使剪切更加充分。因此"螺旋式"剪切結(jié)構(gòu)使得力化學(xué)反應(yīng)器 的剪切效果有較大的提升。
[0005] 上述剪切結(jié)構(gòu)對(duì)某些高分子材料進(jìn)行反應(yīng)加工時(shí)，還存在螺紋剪切力不夠，接枝 共聚反應(yīng)不充分，擠出效率低等問題。這是由于力化學(xué)反應(yīng)中，機(jī)械力使高分子鏈斷鏈時(shí)， 其實(shí)質(zhì)是由于物料流所受的速度梯度。速度梯度越大，越有利于分子鏈的斷鏈。而且應(yīng)改 變物料流的運(yùn)動(dòng)軌跡，避免部分物料未受到強(qiáng)剪切而流出，使盡可能多的物料受到剪切，提 高接枝反應(yīng)的程度，從而提升熱熔膠產(chǎn)品的性能。因此，需要進(jìn)一步對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè) 計(jì)，同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研宄，設(shè)計(jì)并確定出較佳的設(shè)計(jì)參數(shù)及其完整的技術(shù)方案，以進(jìn)一步提高 擠出機(jī)對(duì)高分子聚合物分子鏈的剪切性能，提高接枝率和擠出率，以適應(yīng)熱熔膠產(chǎn)品性能 的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問題是通過對(duì)現(xiàn)有剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié) 構(gòu)的改進(jìn)，進(jìn)一步提高高分子化學(xué)反應(yīng)器的剪切力，以達(dá)到高分子材料在反應(yīng)器中接枝共 聚反應(yīng)充分，并提供一種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明的具體任務(wù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] -種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，包括反應(yīng)器機(jī)架固定的輸送段和熔 融段，以及熔融段中螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)剪切和輸送結(jié)構(gòu)；其特征是：在熔融段后端增 設(shè)有強(qiáng)剪切段及其螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪切結(jié)構(gòu)； 所述強(qiáng)剪切段中螺桿螺棱與料筒螺槽是螺線型結(jié)構(gòu)與直線型結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)； 所述螺桿螺棱與料筒螺槽的頭數(shù)為5 ; 所述螺桿螺棱與料筒螺槽的升角為40° ; 所述螺桿螺棱與料筒螺槽的寬度為IOmm時(shí)，螺桿螺棱高度是4. 5mm、料筒螺槽深度是 2mm ;且螺桿螺棱與料筒螺槽的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0009] 進(jìn)一步地，附件技術(shù)特征如下。
[0010] 所述螺桿螺棱與料筒螺槽的螺線型與直線型組合結(jié)構(gòu)是直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié) 構(gòu)、直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu)+直線型結(jié)構(gòu)、螺線型結(jié)構(gòu)+直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu)。
[0011] 所述螺線型結(jié)構(gòu)與直線型結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)是螺線型結(jié)構(gòu)+直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié) 構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)時(shí)，螺桿螺棱與料筒螺槽的頭數(shù)為5,螺桿螺棱與料筒螺槽的升角為40° ;所 述螺桿螺棱與料筒螺槽的寬度為10 mm時(shí)，螺桿螺棱高度是4. 5mm、料筒螺槽深度是2mm，物 料流的剪切速率是145(Ts。
[0012] 所述螺線型結(jié)構(gòu)+直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu)的螺桿與料筒的組合結(jié)構(gòu)比例是 1:1:1〇
[0013] 所述螺桿螺棱和料筒螺槽的斷面結(jié)構(gòu)是三角形結(jié)構(gòu)、矩形結(jié)構(gòu)和梯形結(jié)構(gòu)中的一 種。
[0014] 本發(fā)明上述本發(fā)明所提供的一種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，是通過 對(duì)現(xiàn)有化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提高了高分子化學(xué)反應(yīng)器中高分子材料的 剪切力，使得高分子材料在反應(yīng)器中接枝共聚的反應(yīng)更加充分，實(shí)現(xiàn)了不同高分子材料在 反應(yīng)器中的接枝共聚反應(yīng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)與積極效果如下： 本發(fā)明的螺桿螺棱與料筒螺槽的組合結(jié)構(gòu)提高了高分子聚合物物料在反應(yīng)器中的接 枝共聚反應(yīng)效果，將化學(xué)反應(yīng)器對(duì)熔融態(tài)高分子材料的剪切性能提高了 100%。
[0015] 本發(fā)明的螺桿螺棱和料筒螺槽均采用兩端螺線型，中間直線型的分布排列結(jié)構(gòu)， 改變了物料流的運(yùn)動(dòng)方式，使剪切發(fā)生更加充分，物料輸送更加合理。
[0016] 本發(fā)明的梯形螺桿螺棱斷面與梯形的料筒螺槽斷面的組合結(jié)構(gòu)還能形成較大的 剪切速率梯度，從而形成較強(qiáng)的剪切力場(chǎng)，使高分子聚合物達(dá)到更好的斷鏈和接枝效果。
[0017] 本發(fā)明的梯形螺桿螺棱斷面與梯形的料筒螺槽斷面的組合結(jié)構(gòu)使得高分子聚合 物物料在流經(jīng)該段時(shí)，旋向相反的螺桿和料筒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得高分子聚合物物料經(jīng)過更多 的剪切次數(shù)，以此來達(dá)到更好的斷鏈和接枝效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2是本發(fā)明強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的機(jī)筒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明螺桿螺棱和料筒螺槽斷面形狀為三角形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖5是本發(fā)明螺桿螺棱和料筒螺槽斷面形狀為矩形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖6是本發(fā)明螺桿螺棱和料筒螺槽斷面形狀為梯形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖7是本發(fā)明各種不同螺桿螺棱和料筒螺槽斷面形狀的所有組合示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做出進(jìn)一步的說明。
[0026] 實(shí)施本發(fā)明上述所提供的一種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，是以本發(fā) 明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施的，所給出的詳細(xì)實(shí)施方式以及具體操作過程，不限于本發(fā) 明下述的【具體實(shí)施方式】。
[0027] 如附圖所述，圖1是本發(fā)明螺桿和料筒的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，螺桿螺棱右旋，料筒 螺槽左旋。圖2、圖3和圖4是本發(fā)明螺桿螺棱和料筒螺槽斷面形狀分別為三角形結(jié)構(gòu)、矩 形結(jié)構(gòu)或梯形結(jié)構(gòu)。圖5是本發(fā)明螺桿螺棱和料筒螺槽的不同斷面形狀下的各種組合結(jié) 構(gòu)。
[0028] 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】是在現(xiàn)有高分子力化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)反應(yīng)器的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，即在原反應(yīng)器熔融段的端頭增設(shè)有強(qiáng)力剪切段，對(duì)強(qiáng)力剪切段的螺桿螺棱 和料筒螺槽的具體改進(jìn)如下。
[0029] -種強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，包括反應(yīng)器機(jī)架固定的輸送段和熔 融段，以及熔融段中螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)剪切和輸送結(jié)構(gòu)；其結(jié)構(gòu)特征是：在熔融段后 端增設(shè)有強(qiáng)剪切段及其螺桿在料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪切結(jié)構(gòu)。
[0030] 其中，強(qiáng)剪切段中螺桿螺棱與料筒螺槽采用螺線型結(jié)構(gòu)與直線型結(jié)構(gòu)的組合結(jié) 構(gòu)，也可以選用以下三種結(jié)構(gòu)，即直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu)、直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu)+直 線型結(jié)構(gòu)、螺線型結(jié)構(gòu)+直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu)，加工采用一般機(jī)械加工即可獲得螺線型 與直線型的組合結(jié)構(gòu)，在加工中，螺桿螺棱與料筒螺槽的頭數(shù)設(shè)計(jì)為5,螺桿螺棱與料筒螺 槽的升角設(shè)計(jì)為40°， 螺桿螺棱與料筒螺槽的寬度設(shè)計(jì)為IOmm時(shí)，螺桿螺棱高度設(shè)計(jì)為4. 5mm、料筒螺槽深 度設(shè)計(jì)為2mm ;且螺桿螺棱與料筒螺槽的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0031] 在本發(fā)明實(shí)施方式中，進(jìn)一步優(yōu)先選用螺線型結(jié)構(gòu)+直線型結(jié)構(gòu)+螺線型結(jié)構(gòu) 的復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用此結(jié)構(gòu)時(shí)，螺桿與料筒的組合結(jié)構(gòu)比例是1:1: 1，螺桿螺棱與料筒螺槽的 頭數(shù)按5頭加工，螺桿螺棱與料筒螺槽的升角按40°加工，螺桿螺棱與料筒螺槽的寬度為 IOmm時(shí)，螺桿螺棱高度是4. 5mm、料筒螺槽深度是2mm，物料流的剪切速率是145(Ts，使用效 果較佳，獲得了突出的 在本發(fā)明實(shí)施方式中，螺桿螺棱和料筒螺槽的斷面結(jié)構(gòu)可以選用三角形結(jié)構(gòu)、矩形結(jié) 構(gòu)和梯形結(jié)構(gòu)中的一種。
[0032] 以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作出進(jìn)一步的說明。
[0033] 在下述實(shí)驗(yàn)方案中，利用上述強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器對(duì)高密度聚乙烯顆粒進(jìn)行加 工，并添加抗氧劑，防止聚乙烯材料，經(jīng)剪切后氧化降解。通過對(duì)比加工前后聚乙烯材料的 平均分子量，來評(píng)判該設(shè)備對(duì)聚乙烯材料的剪切效果。
[0034] 在實(shí)施例中依次實(shí)驗(yàn)對(duì)比了螺桿螺棱和機(jī)筒螺槽的截面形狀、頭數(shù)、升角的影響 趨勢(shì)，并在實(shí)施例4中，公開了最佳的螺桿和機(jī)筒參數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0035] 實(shí)施例1 強(qiáng)剪切部的螺桿和機(jī)筒的螺紋分布形式均按照螺旋一直線一螺旋的排列形式。螺桿長(zhǎng) 度1=270_，直徑D=90mm，長(zhǎng)徑比為3。
[0036] 螺桿各段長(zhǎng)度比：螺旋：直線：螺旋=1:1:1 ;螺旋部分螺棱頭數(shù)為3,長(zhǎng)徑比為1， 右旋，螺棱升角50° ;直線部分螺棱頭數(shù)為3,均布，長(zhǎng)徑比為1。
[0037] 機(jī)筒長(zhǎng)度1=270,直徑D=92mm，長(zhǎng)徑比為3。
[0038] 機(jī)筒各段長(zhǎng)度比為螺旋：直線：螺旋=1:1:1 ;螺旋部分螺槽頭數(shù)為3,長(zhǎng)徑比為1， 左旋，螺棱升角50° ;直線部分螺棱頭數(shù)為5,均布，長(zhǎng)徑比為1。
[0039] 螺桿和機(jī)筒的螺棱形狀按照三角形、矩形和梯形交叉組合的形式依次進(jìn)行組合實(shí) 驗(yàn)，如附圖7。
[0040] 電機(jī)功率22Kw，轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分。
[0041] 原料：高密度聚乙烯：HDPE，5000S，熔融指數(shù)MI :0.7gAl0min) (190°C，負(fù)載 2. 16Kg)中國石油蘭州石化。
[0042] 抗氧劑1010 :工業(yè)級(jí)，中國北京化工三廠。
[0043] 抗氧劑168 :工業(yè)級(jí)，中國北京化工三廠。
[0044] 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器。
[0045] 測(cè)試指標(biāo)：平均分子量(溶液粘度法)