CN1038616A - 三阶式排气挤出机螺杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合加工HPVC、ABS等干混料的三阶式整体式排气挤出机螺杆，它既克服了现有的两阶式排气挤出机螺杆产量低而不稳定及极易冒料的缺点，又解决了现有螺杆结构复杂、强度低、造价高等不足，提供了一种大长径比、实心、设计有槽式混炼环和螺纹螺杆头的三阶式整体排气挤出机螺杆。

Description

本发明涉及一种加工干混料的排气挤出机螺杆，特别是一种由加料段、压缩段、排气段、计量段、孔式混炼环及螺杆头组成的长径比比值为25并由六部分组配而成的两阶式钻孔排气挤出机螺杆，其特征在于它是一种长径比比值为28-33之间，第二计量段为7-9个螺距长度，带有槽式混炼环和螺纹螺杆头的整体式实心或由两段组配而成并有钻冷却孔的三阶式干混料排气挤出机螺杆。

图1-4是1986年我国从意大利菲亚普公司引进的并在夏门齐鲁包装材料厂使用的加工HPVC包装膜的干混料排气挤出机螺杆的结构示意图和局部剖视图。该螺杆1由A、B两阶组成，其中A阶由加料段4、第一压缩段5、第一计量段6、孔式混炼环7组成，B阶由减压段8、排气段10、第二压缩段11、第二计量段12、孔式混炼环7及螺杆头13组成。由于螺杆1在机筒2内的旋转作用，使物料由加料口3加入后则被螺杆1的螺旋槽卷入并逐渐被压缩、混合、升温并在半塑化状态时到达排气段10、将气体及挥发物由排气口9排出后再一次被压缩、升温直至成熔融状态由机头14的圆形流道15挤出。为了强化混合效果，在第一计量段6末端和第二计量段12末端装有孔式混炼环7。

该螺杆1的第一个不足是长径比比值只有25，偏小，第二计量段12只有6个螺距长度也偏短。由于长径比小，物料在相同转速下的停留时间则短，物料塑化质量就较差，为了达到塑化质量，则必须使螺杆1在低速下运行，这又导致了产量的下降。B阶的第二计量段12的偏短则导致了均压效果差，其轴向长度不能保证建立起稳定而足够的机头压力，使机头压力波动达±5kg f/cm²以上，导致了挤出量也发生波动。同时，由于12偏短，也导致了倒流量增大，这就是该机台的排气口9大量冒料的根本原因。同时由该螺杆长径比小，B/A阶段长比比值在0.5-0.6，段长比匹配不合理，所以当螺杆转速升高时，机头14处的压力也随之增高，倒流量和冒料量也随之增加，而当螺杆转速降低时，冒料虽然减少，但机头压力又下降，制品致密性和质量也下降，因此该螺杆只能在一较低的转速下运转，所以产量比较低，这也是排气挤出机的一个共同弱点。

该螺杆的第二个不足是，当高温物料在第二计量段12螺棱的推动下通过第二个孔式混炼环7的小孔16而进入到螺杆头13部位时，由于螺杆头13极短且没有螺纹，所以到此的熔融料只能依赖后面的物料通过小孔16后的残余挤压力继续向前推进，由于此推力很小（因为螺杆1转速偏低、挤出量偏小），所以熔融料极易在此迟流，尤其是螺杆头13圆锥表面的层流层在螺杆旋转时产生强烈剪切摩擦而使物料温度急剧上升甚至烧焦，该烧焦料便会粘附在13表面而且越积越多直至剥落而被带入到制品中而被迫停止生产。为解决由于物料滞流而引起的烧焦问题，所以必须在螺杆1上钻有通油冷却的轴向深孔22，这不仅给螺杆1的加工带来了困难，而且还需配备一套供调节冷却介质温度和流量的管路、泵、仪表等，使机器庞大而造价高。

该螺杆的第三点不足是孔式混炼环7的周边小孔16在整体式螺杆上是很难加工的，（因为7外径与螺杆1外径相同，无法装卡加工）因此必须将7作为单独的零件预先加工好，再用两头均带有螺纹20的联接螺纹段18分别与与之相邻的部分连接起来。加之前边所述的深孔22不好加工，也须将螺杆1分段。这就使得螺杆1是由两个孔式混炼环7，螺杆头13、螺纹段18、螺杆段19和21六部分串接而成的，同时为了防止冷却质漏入螺杆1外部物料中，在各联接处均有密封件17，这不仅增加了零件的数目和加工的难度，而且给拆装维修带来了很大的不便，特别是导致了螺杆1轴向装配精度和螺杆1强度和刚度的下降。

本发明的任务就在于克服现有技术所存在的上述缺点和不足，而提供一种优质高效、维修方便、造价低廉的整体式实心或只有两部分组配而成的适于加工干混料的三阶式排气挤出机螺杆。

图1是意大利进口机台螺杆结构示意图。

图2是图1的E-E剖视图。（放大图）

图3是图1的F-F剖视图。

图4是图1的G-G剖视图。

图5是本发明螺杆的结构示意图（实施例1）。

图6是本发明实施例2的结构示意图。

图7是图5、6、8、11的A-A剖视放大图。

图8是本发明实施例3螺杆的结构示意图。

图9、图10是图7、图8的波型螺槽底径变化示意放大图。

图11是本发明实施例4螺杆的结构示意图。

图12是图11的B-B剖视图。

本发明主要特点就是将螺杆长径比比值增加到28-33，并将B阶的第二计量段段长提高到6个螺距长度以上，螺杆头是一带有螺纹的螺杆头，螺杆上的混炼环为槽式混炼环，该环与螺杆本体是整体式实心结构。也可以视加工物料的不同将螺杆设计成两段组合式的钻孔式结构，它同样具有上述特点，是一种适于干混料加工的三阶式排气挤出机螺杆。

下面将结合附图对本发明进行描述：

本发明所述的三阶式排气挤出机螺杆（见图5和图7）的第一个特点就是该螺杆23上的混炼环为槽式结构的混炼环24，24上的数十个豁槽34可用铣刀在螺杆23本体上直接铣出来，而不必将24作为一个单独零件加工后再与螺杆体组装起来，因此可使本螺杆23成一个只由一个零件构成的实心整体式结构。为了使螺杆能在高转速下运行并能够加工热敏性很强的易于热分解的物料，扩大机器的使用范围和使用性能，本螺杆还可以采用钻孔冷却式结构。为了使深孔30（见图5、6图8和图11）易于加工，可将本螺杆分成A段与（B+C）两段，A段有内螺纹，（B+C）段有外螺纹29，此时槽式混炼环24与螺杆本体A段（B+C）段还是一体的，整个螺杆是由两个零件组装起来的，密封面由原来的4处减少到一处。这样不仅减少了零件数目与加工成本，而且增加了螺杆的强度和刚度，亦提高了螺杆的轴向装配精度和减少了密封环节。

槽式混炼环24在螺杆上的轴向位置可在A阶的第一计量段6和B阶的第二计量段28的最后一个螺距之内或它们的末端，其布局可视加工物料及螺杆其它参数的具体情况设置在其一个计量段上，也可同时在两个计量段上设置，在某一计量段上环的个数可视混炼的要求而定，一般为1-2个，也可设置3个。24上的周边豁槽34的排列在圆周方向要均布，在豁槽厚度方向贯穿。豁槽34的数量及其开口截面积的大小应保证让其开槽截面积总和等于或略大于与其相邻的各计量段螺槽横截面积，一般大于时的量为5%，对于流动性好而热敏性差的物料也可使豁槽34的开豁数量和开口截面积总和小于相邻的计量段螺槽横截面积的5%-10%，以强化分流混合的效果。

本发明的第二特点是把螺杆23的长径比比值设计增大到28-33，把通常的两阶式设计成三阶式即A、B、C三阶（见图5），并把原B/A段长比比值0.5左右优化为（B+C）/A段长比比值为0.8-0.9，这样不仅使第二计量段28的长度增加到6个螺距以上，一般为7-9个螺距，而且还增加了一个特别阶即C阶，从而大大增长了螺杆23的轴向工作长度，延长了物料在同一螺杆转速下在机筒2内的停留时间，这不仅提高了产品塑化质量，而且也保证了螺杆23可以在较高转速下运行，见有较高的产量。另外由于增加了C阶及B阶第二计量段28的长度，使螺杆23的稳压效果提高，大大降低了机头压力波动和挤出产量的波动，使机头压力波动减少到±2kg f/cm²以下。同时由于C阶即螺纹螺杆头26的增加，使机头处向后的回料大幅度减少，从而使排气口9（见图1）的冒料减少到极少。实验证明：即使在高达350kg f/cm²的机头压力下，对冒料也没有什么影响，这充分说明了本螺杆具有很好的稳压效果和在较大机头压力范围内稳定工作的特点，其产量为同类机的两倍上，这就是本螺杆与通常的两阶式排气挤出机螺杆的最大同之处。

本螺杆的第三个特点是C阶巧妙地设计成带有螺纹的螺杆头26，这样使得由槽式混炼环24的豁槽34推挤过来的物料除了继续受到后部物料的推挤作用外，还受到螺纹螺杆头26螺纹的强制输送作用，这样就有效地克服了由于向机头14（见图1）方向推动力不够而造成在螺杆头圆锥尖部27周围物料的滞留以及分解粘附在27表面上烧焦的缺点。另外，C阶的螺槽深度一般比第二计量段28槽深深30%-40%，从而降低了对物料的剪切速率，使料温不仅不会升高，而且在低速时还会略有下降，完全可以保证物料不会因温度过高发生热分解。因此本螺杆具有良好的低温挤出性能和自洁性，可以在不需任何温控下迅速长时间运行。

但为了扩大螺杆23的使用性能和适用范围，为了使螺杆可在超过其极限转速下也能正常工作，我们可将螺杆23钻孔以进行油温控制，为了钻内深孔30（见图6）方便，本发明将螺杆设计成两段（即A段与B+C段），（B+C）段后段有一外螺纹头29，29与A阶内螺纹联接。这种设计以及槽式混炼环24结构改进使原螺杆1的三段6件串接组装减少到本螺杆23的两段2件组装，不仅零件数目大大减少，装配精度提高，而且密封面从原来的三处减少到一处，给螺杆的拆装和密封带来了极大方便，因此本螺杆可以是不钻深孔30的实心结构，也可以是钻有冷却孔30的空心结构。钻孔式螺杆在平时可不通油控温，在超过临界转速后可通油控温，这就是本螺杆23的第四个特点。

本发明的第二个实施例（见图6、图9、和图10）就是在第一实施例基础上，将螺杆23的第二压缩段25和第二计量段28上的单头螺纹设计为单波状螺纹结构，该单波形螺纹段31与本发明实施例1的其它部分组成新的三阶式波状排气挤出机螺杆32。（A阶与图5相同故未画出）该单波状螺纹段31的螺纹槽深在圆周方向（径向）是变化的。该螺纹段以排气段33相接的第一个螺距为起点，在零度至540度的一个变化周期中，波状螺纹段31的螺槽底径外表面37（见图9和10）与机筒的内表面38之间螺纹槽深在每一点上都是不同的，在零度和540度处为最浅，此时螺杆32螺槽底径外表面37与机筒的内表面38之间间隙为最小，而容积也为最小，而在270度时为最深，此时37与38之间间隙为最大，而容积也为最大，由于槽深变化影响了37与38之间的容积的变化，使得物料所受到的剪应力和剪切速率也在变化，而这种变化是每540度循环一次，在周向每变化一周期，在轴向物料则向机头方向前移1.5个螺距。而且这种变化是随着螺杆32的转动逐渐渐变并不断改变的，当物料进入到浅螺槽区域时，0度-180度时，由于容积小体积被压缩，相互间剪切摩擦作用增大而所受剪应力和剪切速率也就增大，物料发热量就大。但随着螺杆32转动，物料又逐渐进入到深螺槽区域，180度-360度，物料由强压状态逐渐进入到一个较疏松、压力较小的状态，因而其相互间摩擦力也随之下降，剪切力也就变小，当然物料温度不再上升甚至还有所下降。当螺杆转动到360度以后时，由于槽深又逐渐变浅，物料又再一次受到压缩和强剪切。如此周而复始直至物料通过单波状螺杆段31并通过槽式混炼环24为止。由此可见，本实施例中的螺杆32不仅具有实施例1所述的优点，还具有瞬间强剪切、串动高混合及低温升的效果，更适合加工热敏性高的物料。

本发明的第三实施例就是用双波状螺纹段35代替实施例1中的第二压缩段25和第二计量段28上的原单头螺纹而组成双波状排气挤出机螺杆36。（见图8、图9和图10）。由图可见，双波状螺纹段35是将单波的螺槽变成波形正好180度错位的两个波状起伏段，这样物料除了像在单波形螺纹段31那样受到挤压一松驰、剪切一混合作用外，还能在两个波间轴向来回串动，因此具有比单波形螺纹更好的混合效果，其作用原理与单波形螺纹段31类似，此处不再阐述。

本发明的第四个实施例（见图11和图12）就是在第一实施例基础上，将第二压缩段25和第二计量段28上的原单头螺纹段设计成双头屏障型螺纹段39，39与实施例1的其它部分构成了新的三阶式屏障型排气挤出机螺杆40。它的主要特点是屏障型螺纹段39的螺棱44比原有的单头螺纹螺棱43在径向低0.5-1毫米，即屏障型螺槽深比原螺纹槽浅。由于新加入的屏障螺纹的螺纹起点和螺距与原螺纹不同，因此就把原来的一个螺槽分割成两个螺槽，而且这两个螺槽中的液相螺槽42的螺槽容积是在轴向由小逐渐变大，而另一个固相螺槽41的螺槽容积是由大逐渐变小，当固液螺槽中的物料在与机筒内表面38处出现熔膜后，便由较低的屏障螺棱44顶上翻越到另一螺槽即液相螺槽41中去，如此不断压缩、翻越，可大大增强物料的混合性。另外为了防止物料在死角处堆积而产生热分解，为了提高螺杆40的自洁性，该屏障螺纹的螺纹起、终点都不封闭而保持大于3毫米的最小间隙。

因此，本发明所述的三阶式整体实心或三阶式钻孔式二段组合排气挤出机螺杆，不仅结构简单，造价低廉，而且还具有优质高产、低温挤出的特点，是一种理想的适于由HPVC、ABS等干混料直接挤出成型的三阶式排气挤出机螺杆。

Claims (3)

1、本发明涉及一种加工干混料的排气挤出机螺杆，特别是一种由加料段、压缩段、排气段、计量段、孔式混炼环及螺杆头组成的长径比比值为25并由六部分组配而成的两阶式钻孔排气挤出机螺杆，其特征在于它是一种长径比比值为28-33之间，第二计量段为7-9个螺距长度，带有槽式混练环和螺纹螺杆头的整体式实心或由两段组配而成的钻孔三阶式干混料排气挤出机螺杆。

2、按照权利要求1所述的三阶式干混料排气挤出机螺杆，其特征在于：

a槽式混炼环与螺杆本体为一整体实心或整体钻孔结构，槽式混炼环圆周上均布数十个豁槽，该环在螺杆上的轴向设置位置可在计量段的后两个螺距长度之内或其末端，其数量在某一个计量段上一般为1-2个，最多为3个，该环可在一个计量段上单独或在二个计量段上同时设置，该环豁槽数量及其豁槽截面积大小应保证豁槽开槽截面积之和一般应等于与之相邻的计量段螺槽法向宽度截面积，其和也可大于与之相邻的计量段螺槽法向截面积的1-5%或略小于与之相邻的计量段螺槽法向截面积的5-10%。

b、螺杆长径比比值为28-33之间，螺杆段长比（B+C）/A比值为0.8至0.9之间，螺杆第二计量段长度为7个至9个螺距长度之间。

c、螺杆第三阶C是一个带有螺纹的螺杆头，该螺杆头与螺杆本体为一整体结构，其螺纹槽深比与之相邻的第二计量螺纹槽深深30%-40%。

d、由两段组配时的钻孔式螺杆的联接靠螺纹旋合联接，相联接的一螺杆段本体上有一外螺纹段，另一螺杆段本体上有内螺纹。

3、按照权利要求1或2所述的三阶式干混料排气挤出机螺杆，其特征在于：

a、第二计量段和第二压缩段上的原单头螺纹可设计成单波状螺纹或双波状螺纹，该螺纹以排气段相接的第一个螺距为起点至槽式混炼环内侧为止，每零度至540度为一变化周期，其波状螺纹槽底径外表面与机简内表面之间的螺槽深在周向（径向）的每一点都是不同的，在零度和540度处为最深，在270度处为最浅，在周向变化一周期螺纹在轴向前移1.5个螺距。双波状螺纹是将单波螺槽变成波形正好180度错位的两个波状起伏段。

b、在第二压缩段和第二计量段上的原单头螺纹基础上又增加了一条屏障型螺纹，该屏障型螺纹螺棱高度比原单头螺纹螺棱高度低0.5至1毫米，该屏障型螺纹起始点均不封闭，它将原来的一个螺槽分割成二个螺槽，分割后固相螺槽容积由大逐渐变小，而液相螺槽容积由小逐渐变大。

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