專利名稱：一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，主要涉及對(duì)聚合物輸送機(jī)理的演變及加料段機(jī)筒襯套和螺桿整體結(jié)構(gòu)的匹配設(shè)計(jì)，可用于板材、管材、異型材等塑料制品的高產(chǎn)量擠出成型。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)固體輸送機(jī)理為摩擦拖曳輸送。在摩擦拖曳輸送中，螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，固體塞可看做沿螺槽方向繞螺桿旋轉(zhuǎn)的“螺母”，因此固體塞相對(duì)于螺桿運(yùn)動(dòng)模型可被視為“螺母模型”。在“螺母模型”中，機(jī)筒表面對(duì)“螺母”摩擦力為動(dòng)力，螺桿表面對(duì) “螺母”摩擦力為阻力，為防止螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)“螺母”在機(jī)筒表面打滑而停滯向前輸送，必須使機(jī)筒表面摩擦力大于螺桿表面摩擦力，以確保物料有效向前輸送，如專利CN201357555Y， CN2012M168Y等。摩擦拖曳輸送的缺點(diǎn)主要包括(1)對(duì)物料性能要求苛刻，難以實(shí)現(xiàn)高粘度、低摩擦系數(shù)物料的穩(wěn)定擠出；( 固體輸送段建壓能力差，沿螺桿軸向?yàn)槟嫦驂毫ο到y(tǒng)，機(jī)筒與螺桿之間間隙導(dǎo)致較大漏流；C3)輸送效率低，機(jī)筒和螺桿之間的磨損嚴(yán)重，比能耗較大。已經(jīng)有一些公開的針對(duì)提高單螺桿固體輸送效率的改進(jìn)方法或設(shè)備，如專利 CN2546176Y，AT397941B, DE3443412A1等。這些改進(jìn)方法的共同特點(diǎn)是在機(jī)筒加料段襯套內(nèi)壁開設(shè)軸向直槽或螺旋溝槽來增大機(jī)筒表面的摩擦力。通過在機(jī)筒襯套內(nèi)壁開槽將物料輸送過程中的動(dòng)力由物料與機(jī)筒間的外摩擦力轉(zhuǎn)化為物料與物料間的內(nèi)摩擦力，有效增大了固體塞輸送的動(dòng)力，提高了輸送效率。但這種輸送機(jī)理仍是摩擦拖曳輸送機(jī)理，因此這些改進(jìn)方法或設(shè)備還存在以下缺點(diǎn)(1)因這些方法或結(jié)構(gòu)均建立在摩擦拖曳輸送機(jī)理之上，物料在輸送過程中受到強(qiáng)烈的剪切作用，導(dǎo)致固體輸送段產(chǎn)生大量的摩擦耗散熱，固體輸送段需要強(qiáng)制冷卻，造成加大額外的能耗；(2)物料輸送中，產(chǎn)生的高剪切、高摩擦熱，導(dǎo)致對(duì)不同加工物料的適應(yīng)性差；C3)因固體塞內(nèi)部受到較大的周向剪切，導(dǎo)致機(jī)筒加料襯套磨損大，導(dǎo)致設(shè)備成本的增加，不適用于熔料擠出機(jī)和排氣擠出機(jī)；(4)導(dǎo)致擠出機(jī)整體的比產(chǎn)量減小，比能耗加大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，有效解決利用傳統(tǒng)固體輸送方式造成的單螺桿擠出機(jī)輸送效率低、能耗大、對(duì)不同加工物料適應(yīng)性差的技術(shù)缺陷。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，包括，儲(chǔ)料室、機(jī)筒襯套溝槽、螺桿加料段；儲(chǔ)料室為半封閉的具有確定幾何形狀，由溝槽螺棱推進(jìn)面、溝槽螺棱后緣面、螺桿螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱后緣面圍成；當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，在溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面的推動(dòng)下，儲(chǔ)料室沿所述的機(jī)筒襯套溝槽方向向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)儲(chǔ)料室內(nèi)物料沿機(jī)筒襯套溝槽方向向前輸送，實(shí)現(xiàn)在溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面雙螺棱推動(dòng)作用下的物料輸送。前述的機(jī)筒襯套的溝槽頭數(shù)為螺桿直徑的10% -25%，溝槽深度為螺桿直徑的 5%-15%，溝槽寬為溝槽深的1.5-6倍，溝槽螺紋升角為30° -90°。前述的螺桿加料段的螺紋頭數(shù)為單頭或雙頭，螺桿加料段螺槽深為螺桿直徑的 5% _15%，螺桿加料段螺距為0. 5-1. 5倍的螺桿直徑，螺桿加料段螺紋升角為10° -25°， 螺桿壓縮比大于1，螺桿頭部設(shè)置混煉元件。前述的儲(chǔ)料室的平面幾何形狀為近似平行四邊形，平行四邊形頂角為機(jī)筒襯套溝槽和螺桿螺槽間夾角。本發(fā)明一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)因這些方法或結(jié)構(gòu)均建立在正位移輸送機(jī)理之上，物料在溝槽螺棱和螺桿螺棱的共同推力作用下整體向前輸送，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高粘度、低摩擦系數(shù)物料的穩(wěn)定輸送擠出，擠出機(jī)的輸送能力顯著提高，產(chǎn)量大幅增加；(2)物料在輸送過程中，避免了固體塞受到強(qiáng)烈的層間剪切和內(nèi)部滑移，同時(shí)機(jī)筒襯套內(nèi)壁及螺桿表面均為光滑加工面，摩擦力大大減小，導(dǎo)致固體輸送段的機(jī)筒加料套磨損小、比能耗減??；(3)沿螺桿軸向?yàn)檎驂毫ο到y(tǒng)，擠出制品時(shí)壓力波動(dòng)小，擠出穩(wěn)定，制品質(zhì)量尚；(4)比產(chǎn)量大、比能耗小。


圖1 本發(fā)明機(jī)筒內(nèi)襯套剖視圖；圖2 本發(fā)明物料輸送模型圖。圖中1為溝槽螺棱推進(jìn)面；2為溝槽螺棱后緣面；3為螺桿螺棱推進(jìn)面；4為螺桿螺棱后緣面；5為儲(chǔ)料室；6為機(jī)筒襯套溝槽；7為機(jī)筒襯套；8為螺桿加料段；9為螺桿螺槽；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例加以說明。請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明機(jī)筒內(nèi)襯套剖視圖。從圖中可以看出，6為機(jī)筒襯套溝槽；7為機(jī)筒襯套；8為螺桿加料段；9為螺桿螺槽。請(qǐng)參閱圖2所示，為本發(fā)明物料輸送模型圖。1為溝槽螺棱推進(jìn)面；2為溝槽螺棱后緣面；3為螺桿螺棱推進(jìn)面；4為螺桿螺棱后緣面；5為儲(chǔ)料室。第一實(shí)施例本實(shí)例加工原料為高密度聚乙烯(牌號(hào)5000 ，螺桿直徑90mm，長徑比30，螺紋頭數(shù)1，右旋，加料段螺槽深10mm，螺桿轉(zhuǎn)速125r/min，驅(qū)動(dòng)功率167KW，機(jī)筒襯套溝槽左旋，螺旋角50°，溝槽數(shù)12，溝槽深8mm，溝槽寬16mm。本發(fā)明的物料輸送工作原理如見圖2，半封閉儲(chǔ)料室5由溝槽螺棱推進(jìn)面1、溝槽螺棱后緣面2、螺桿螺棱推進(jìn)面3和螺桿螺棱后緣面4圍成。儲(chǔ)料室5俯視圖為平行四邊形，平行四邊形頂角為機(jī)筒襯套溝槽6和螺桿螺槽9間夾角。儲(chǔ)料室5高度等于溝槽深和螺槽深之和。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)料室5內(nèi)的高密度聚乙烯物料在溝槽螺棱推進(jìn)面1和螺桿螺棱推進(jìn)面3的共同作用下，沿機(jī)筒襯套溝槽6螺旋角向前輸送。由于避免了儲(chǔ)料室5內(nèi)的固體塞在機(jī)筒襯套7與螺桿加料段8分界面處發(fā)生層間剪切和內(nèi)部滑移，可實(shí)現(xiàn)固體塞在機(jī)筒溝槽螺棱推進(jìn)面1推力和螺桿螺棱推進(jìn)面3推力的共同作用下的正位移輸送。按該固體輸送方法和結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的單螺桿擠出機(jī)的固體輸送最高產(chǎn)量為 1200Kg/h,名義比功率為0. 139KW/ (Kg/h)，比流量為9. 6 (Kg/h) /rpm。而同等參數(shù)下按傳統(tǒng)摩擦拖曳輸送機(jī)理設(shè)計(jì)的Battenfeld擠出機(jī)的最高產(chǎn)量為800Kg/h，名義比功率為 0. 300KW/ (Kg/h)，比流量為 5. 839 (Kg/h) /rpm。第二實(shí)施例本實(shí)例加工原料為低密度聚乙烯(牌號(hào)LD607)，螺桿直徑45mm，長徑比26，螺紋頭數(shù)2，右旋，加料段螺槽深4mm，螺桿轉(zhuǎn)速120r/min，驅(qū)動(dòng)功率17KW，機(jī)筒襯套溝槽左旋，螺旋角，溝槽數(shù)8，溝槽深5mm，溝槽寬9mm。本發(fā)明的物料輸送工作原理如見圖2，半封閉儲(chǔ)料室5由溝槽螺棱推進(jìn)面1、溝槽螺棱后緣面2、螺桿螺棱推進(jìn)面3和螺桿螺棱后緣面4圍成。儲(chǔ)料室5俯視圖為平行四邊形，平行四邊形頂角為機(jī)筒襯套溝槽6和螺桿螺槽9間夾角。儲(chǔ)料室5高度等于溝槽深和螺槽深之和。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)料室5內(nèi)的低密度聚乙烯物料在溝槽螺棱推進(jìn)面1和螺桿螺棱推進(jìn)面3的共同作用下，沿機(jī)筒襯套溝槽6螺旋角向前輸送。由于避免了儲(chǔ)料室5內(nèi)的固體塞在機(jī)筒襯套7與螺桿加料段8分界面處發(fā)生層間剪切和內(nèi)部滑移，可實(shí)現(xiàn)固體塞在機(jī)筒溝槽螺棱推進(jìn)面1推力和螺桿螺棱推進(jìn)面3推力的共同作用下的正位移輸送。擠出時(shí)最高產(chǎn)量為lMKg/h，名義比功率為0. 148Kff/(Kg/h)，比流量為0. 96 (Kg/h)/rpm。本發(fā)明中在機(jī)筒襯套內(nèi)壁開設(shè)與螺桿螺槽旋向相反的多頭螺旋溝槽，機(jī)筒襯套和螺桿為一個(gè)對(duì)物料協(xié)同輸送的整體系統(tǒng)，通過機(jī)筒襯套與螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)形成類似于雙螺桿擠出機(jī)的雙螺棱推動(dòng)的正位移固體輸送方式。而其相應(yīng)的類比模型為“剪刀推力模型”。在“剪刀推力模型”中，溝槽螺棱推進(jìn)面與螺桿螺棱推進(jìn)面類似于剪刀的兩個(gè)推力面，它們整體協(xié)同作用確保固體塞不被剪斷而在溝槽螺棱推進(jìn)面推力與螺桿螺棱推進(jìn)面推力為動(dòng)力的前提下向前輸送，同時(shí)固體塞與機(jī)筒襯套和螺桿間的摩擦力則轉(zhuǎn)變?yōu)樽枇?。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，本發(fā)明的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍，因此，與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮泻头秶鷥?nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，包括，儲(chǔ)料室(5)、機(jī)筒襯套溝槽(6)、螺桿加料段(8)；其特征在于所述的儲(chǔ)料室(5)為半封閉的具有確定幾何形狀，由溝槽螺棱推進(jìn)面(1)、溝槽螺棱后緣面O)、螺桿螺棱推進(jìn)面C3)和螺桿螺棱后緣面(4)圍成；當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，在溝槽螺棱推進(jìn)面⑴和螺桿螺棱推進(jìn)面⑶的推動(dòng)下，儲(chǔ)料室(5)沿所述的機(jī)筒襯套溝槽(6)方向向前運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)儲(chǔ)料室(5)內(nèi)物料沿機(jī)筒襯套溝槽(6)方向向前輸送，實(shí)現(xiàn)在溝槽螺棱推進(jìn)面(1)和螺桿螺棱推進(jìn)面( 雙螺棱推動(dòng)作用下的物料輸送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，其特征在于機(jī)筒襯套(7)的溝槽頭數(shù)為螺桿直徑的10% -25%，溝槽深度為螺桿直徑的5% -15%，溝槽寬為溝槽深的1.5-6倍，溝槽螺紋升角為30° -90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，其特征在于螺桿加料段(8)的螺紋頭數(shù)為單頭或雙頭，螺桿加料段螺槽(9)深為螺桿直徑的5%-15%， 螺桿加料段螺距為0. 5-1. 5倍的螺桿直徑，螺桿加料段螺紋升角為10° -25°，螺桿壓縮比大于1，螺桿頭部設(shè)置混煉元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，其特征在于所述的儲(chǔ)料室的幾何形狀為近似平行四邊形，平行四邊形頂角為機(jī)筒襯套溝槽(6)和螺桿螺槽(9)間夾角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙螺棱推動(dòng)輸送的單螺桿擠出機(jī)，儲(chǔ)料室(5)為半封閉的具有確定的幾何形狀，由溝槽螺棱推進(jìn)面(1)、溝槽螺棱后緣面(2)、螺桿螺棱推進(jìn)面(3)和螺桿螺棱后緣面(4)圍成；當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，在溝槽螺棱推進(jìn)面(1)和螺桿螺棱推進(jìn)面(3)的推動(dòng)下，儲(chǔ)料室(5)沿所述的機(jī)筒襯套溝槽(6)方向向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)儲(chǔ)料室(5)內(nèi)物料沿機(jī)筒襯套溝槽(6)方向向前輸送，實(shí)現(xiàn)在溝槽螺棱推進(jìn)面(1)和螺桿螺棱推進(jìn)面(3)雙螺棱推動(dòng)作用下的物料輸送?？捎行Ы鉀Q傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)對(duì)聚合物性能要求苛刻、難以實(shí)現(xiàn)高粘度低摩擦系數(shù)物料的穩(wěn)定擠出、固體輸送段建壓能力差、輸送效率低、比能耗大等缺陷。
文檔編號(hào)B29C47/66GK102152464SQ20101054967
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者唐廣利, 潘龍, 苗立榮, 薛平, 賈明印 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)