本發(fā)明涉及一種高分子材料加工成型設(shè)備，特別是涉及一種單螺桿塑化擠出機(jī)。

背景技術(shù)：

單螺桿擠出成型具有建壓能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好和用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，幾乎適合于所有的高分子材料的加工。螺桿擠出機(jī)能將一系列化工基本單元過程，如固體輸送、熔融、發(fā)泡、接枝、熔體輸送和泵出等物理和化學(xué)過程集中在擠出機(jī)內(nèi)的螺桿上來進(jìn)行。固態(tài)塑料顆?；蚍勰┰诼輻U上壓縮、熔融塑化、混合并擠出至成型機(jī)頭定型以得到制品或半制品。研究表明，螺桿的熔融塑化能力直接影響擠出制品的質(zhì)量，而塑化質(zhì)量和產(chǎn)量往往是矛盾的。常規(guī)單螺桿擠出機(jī)的熔融塑化效率較低，無法與固體輸送效率和熔體輸送效率相匹配，長(zhǎng)久以來制約著單螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單螺桿塑化擠出機(jī)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提高單螺桿擠出機(jī)熔融塑化效率，降低擠出機(jī)的制造成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種單螺桿塑化擠出機(jī)，包括殼體、驅(qū)動(dòng)裝置、螺桿、機(jī)筒和加熱冷卻裝置，所述機(jī)筒設(shè)置在所述殼體上，所述機(jī)筒內(nèi)嵌套有所述螺桿，所述螺桿包括依次連接的固體輸送段、熔融段和熔體輸送段，所述驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與所述固體輸送段的外端相連接，所述加熱冷卻系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)所述機(jī)筒的溫度，所述機(jī)筒在位于所述固體輸送段的一端上部設(shè)有進(jìn)料口，所述機(jī)筒在位于所述熔體輸送段的一端設(shè)有出料口，所述熔融段上設(shè)有形螺棱。

優(yōu)選的，所述形螺棱包括若干首尾相連的形棱邊，所述形螺棱沿其螺旋方向展開在同一平面上后：各所述形棱邊中心對(duì)稱，各所述形棱邊的兩個(gè)端點(diǎn)的連線穿過各所述形棱邊的對(duì)稱中心形成各所述形棱邊的中心線，各所述形棱邊的中心線在同一直線上且相互連接形成所述形螺棱的螺旋展開線，所述形螺棱展開的軌跡滿足以下函數(shù)：

y＝a·sin(πb·x)

其中，所述螺旋展開線的方向?yàn)閤軸的方向，垂直于所述螺旋展開線的方向?yàn)閥軸方向，a的取值范圍為0.1D～0.25D，b的取值范圍為2/D～5/D，D為所述螺桿的公稱直徑，所述固體輸送段、所述熔融段和所述熔體輸送段的公稱直徑均為D，所述螺桿與所述機(jī)筒內(nèi)壁之間設(shè)有單面間隙。

優(yōu)選的，所述固體輸送段、所述熔融段和所述熔體輸送段的長(zhǎng)度之比為：(20％～60％)：(20％～40％)：(10％～50％)。

優(yōu)選的，所述熔融段上設(shè)有形螺棱的螺桿長(zhǎng)度與所述熔融段總長(zhǎng)度的比例為0.4～1.0。

優(yōu)選的，所述熔融段為漸變螺桿，所述熔融段包括前端和后端，所述前端與所述固體輸送段相連，所述后端與所述熔體輸送段相連；由所述前端至所述后端，所述熔融段的螺槽深度逐漸變淺，且所述前端和所述后端的螺槽深度分別與所述固體輸送段和所述熔體輸送段的螺槽深度相匹配。

優(yōu)選的，所述固體輸送段和所述熔體輸送段的螺紋升角為17°42'。

優(yōu)選的，所述形螺棱的所述螺旋線的螺紋升角比所述固體輸送段和所述熔體輸送段的螺紋升角大10°～20°。

優(yōu)選的，所述加熱冷卻裝置包括電加熱器和鼓風(fēng)機(jī)，所述電加熱器設(shè)置在所述機(jī)筒外部，所述鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在所述機(jī)筒下部。

優(yōu)選的，所述單螺桿塑化擠出機(jī)還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別與所述驅(qū)動(dòng)裝置、所述加熱冷卻裝置通信連接，以控制所述螺桿的轉(zhuǎn)速以及所述機(jī)筒的溫度。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)、皮帶、第一皮帶輪、第二皮帶輪和減速器，所述電機(jī)輸出軸與所述第一皮帶輪連接，所述第一皮帶輪通過所述皮帶與所述第二皮帶輪連接，所述第二皮帶輪與所述減速器的輸入軸連接，所述減速器的輸出軸與所述螺桿連接。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的單螺桿塑化擠出機(jī)，螺桿的熔融段采用形螺棱，相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)，物料在螺桿上單個(gè)導(dǎo)程內(nèi)的熔融長(zhǎng)度增大，提高了物料在螺桿熔融段的塑化效率；本發(fā)明的單螺桿塑化擠出機(jī)相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可縮小螺桿熔融段長(zhǎng)徑比，降低擠出機(jī)的制造成本；本發(fā)明的新型單螺桿塑化擠出機(jī)相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)，建壓能力強(qiáng)，螺桿內(nèi)壓力峰值出現(xiàn)在熔融段，有利于物料更穩(wěn)定的擠出。

進(jìn)一步的，形螺棱包括若干形棱邊，物料在螺桿熔融段的壓縮熔融塑化過程中，由于形棱邊的阻隔作用，會(huì)造成物料軸向流動(dòng)，扭轉(zhuǎn)混合，增大了物料在螺桿熔融段中的最大剪切速率，有助于物料的混合，進(jìn)一步提高了物料的塑化效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明單螺桿塑化擠出機(jī)的裝配示意圖；

圖2是本發(fā)明單螺桿塑化擠出機(jī)的螺桿與機(jī)筒裝配示意圖；

圖3是本發(fā)明單螺桿塑化擠出機(jī)的螺桿熔融段結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明單螺桿塑化擠出機(jī)螺桿熔融段沿螺旋方向的展開示意圖；

圖中：1-殼體、2-螺桿、21-固體輸送段、22-熔融段、221-形螺棱、222-螺旋展開線、223-形流道、23-熔體輸送段、3-機(jī)筒、31-進(jìn)料口、32-出料口、4-電加熱器、5-鼓風(fēng)機(jī)、61-電機(jī)、62-皮帶、63-第一皮帶輪、64-第二皮帶輪、7-控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單螺桿塑化擠出機(jī)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提高單螺桿擠出機(jī)熔融塑化效率，降低擠出機(jī)的制造成本。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提供一種單螺桿塑化擠出機(jī)，如圖1、2所示，包括殼體1、驅(qū)動(dòng)裝置、螺桿2、機(jī)筒3和加熱冷卻裝置，機(jī)筒3設(shè)置在殼體1上，機(jī)筒3內(nèi)嵌套有螺桿2，螺桿2包括依次連接的固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23，驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與固體輸送段21的外端相連接，加熱冷卻系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)機(jī)筒3的溫度，機(jī)筒3在位于固體輸送段21的一端上部設(shè)有進(jìn)料口31，機(jī)筒3在位于熔體輸送段23的一端設(shè)有出料口32，螺桿2外壁上均設(shè)有螺棱，在熔融段22外壁上設(shè)有的螺棱為形螺棱221。

本發(fā)明提供的單螺桿塑化擠出機(jī)，螺桿2的熔融段22采用形螺棱221，利用形螺棱221在螺桿2形成的形流道223提高了熔融長(zhǎng)度，較短的螺桿熔融段長(zhǎng)度可以達(dá)到相同的塑化效果，相比常規(guī)單螺桿，能夠縮小熔融段22所占比例，進(jìn)而縮小了螺桿2的整體長(zhǎng)度，減小了長(zhǎng)徑比；相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)，物料在螺桿2上單個(gè)導(dǎo)程內(nèi)的熔融長(zhǎng)度增大，提高了物料在螺桿2熔融段的塑化效率，螺桿2長(zhǎng)度的減小大大降低了螺桿2加工成本和擠出機(jī)制造成本。由于形螺棱221的阻隔作用，會(huì)造成物料沿螺桿軸向流動(dòng)，與螺棱推進(jìn)的物料扭轉(zhuǎn)混合，增大了物料在螺桿2熔融段22中的剪切作用與最大剪切速率，有助于物料的混合，提高了物料的塑化效率；相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)，建壓能力強(qiáng)，螺桿2內(nèi)壓力峰值出現(xiàn)在熔融段22，有利于物料更穩(wěn)定的擠出。

本發(fā)明提供的單螺桿塑化擠出機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可縮小螺桿熔融段長(zhǎng)徑比，降低單螺桿塑化擠出機(jī)的制造成本。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，如圖3、4所示，本發(fā)明的形螺棱221包括若干首尾相連的形棱邊，形螺棱沿其螺旋方向展開在同一平面上后：各形棱邊中心對(duì)稱，各形棱邊的兩個(gè)端點(diǎn)的連線穿過各形棱邊的對(duì)稱中心形成各形棱邊的中心線，各形棱邊的中心線在同一直線上且相互連接形成形螺棱的螺旋展開線222，形螺棱221展開的軌跡滿足以下函數(shù)：

y＝a·sin(πb·x)

其中，螺旋展開線222的方向?yàn)閤軸的方向，垂直于螺旋展開線222的方向?yàn)閥軸方向，a的取值范圍為0.1D～0.25D，b的取值范圍為2/D～5/D，D為螺桿2的公稱直徑，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的公稱直徑均為D，機(jī)筒3內(nèi)壁與螺桿2上的形螺棱221和普通螺棱間設(shè)有0.5mm單面間隙，即螺桿2的螺棱頂部與機(jī)筒3內(nèi)壁的間隙為0.5mm。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的熔融段上設(shè)有形螺棱的螺桿長(zhǎng)度與熔融段總長(zhǎng)度的比例為0.4～1.0。

根據(jù)不同的輸送物料，本發(fā)明的固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度之比可為：(20％～60％)：(20％～40％)：(10％～50％)。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的熔融段22為漸變螺桿，熔融段22包括前端和后端，前端與固體輸送段21相連，后端與熔體輸送段23相連；由前端至后端，熔融段22的螺槽深度逐漸變淺，且前端和后端的螺槽深度分別與固體輸送段21和熔體輸送段23的螺槽深度相匹配。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的固體輸送段和熔體輸送段的螺紋升角為17°42'，形螺棱的螺旋線的螺紋升角比固體輸送段和熔體輸送段的螺紋升角大10°～20°。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的加熱冷卻裝置包括電加熱器4和鼓風(fēng)機(jī)5，電加熱器1設(shè)置在機(jī)筒3外部，鼓風(fēng)機(jī)5設(shè)置在機(jī)筒3下部。利用附著在機(jī)筒3外部的電加熱器4能夠?qū)C(jī)筒3進(jìn)行加熱，通過機(jī)筒3下部的鼓風(fēng)機(jī)5可強(qiáng)制空氣冷卻從而對(duì)機(jī)筒3進(jìn)行降溫。加熱冷卻系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)并維持機(jī)筒3的溫度，機(jī)筒3與螺桿2之間是通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行熱量傳遞的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿2溫度的調(diào)節(jié)。

驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)61、皮帶62、第一皮帶輪63、第二皮帶輪64和減速器，電機(jī)輸出軸與第一皮帶輪63連接，第一皮帶輪63通過皮帶62與第二皮帶輪64連接，第二皮帶輪64與減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸與螺桿2連接。

單螺桿塑化擠出機(jī)還包括控制系統(tǒng)7，控制系統(tǒng)7分別與驅(qū)動(dòng)裝置、加熱冷卻裝置通信連接，從而分別控制螺桿2的轉(zhuǎn)速以及機(jī)筒3的溫度。控制系統(tǒng)7通過PID反饋控制電加熱器4和鼓風(fēng)機(jī)5來實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定，通過控制電機(jī)61轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)螺桿2轉(zhuǎn)速。

下面以不同的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的單螺桿塑化擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)置進(jìn)行闡述：

實(shí)施例一

本實(shí)施例提供的單螺桿塑化擠出機(jī)，形螺棱221沿其螺旋方向展開在同一平面的軌跡滿足以下函數(shù)：

y＝a·sin(πb·x)

其中，螺旋展開線222的方向?yàn)閤軸的方向，垂直于螺旋展開線222的方向?yàn)閥軸方向，a為0.1D，b為5/D，D為螺桿2的公稱直徑，本實(shí)施例螺桿的公稱直徑D為65mm。

固體輸送段21的螺槽深度為6.5mm，熔體輸送段23螺槽深度為3mm，固體輸送段21和熔體輸送段23的螺紋升角均為17°42'；熔融段22的螺槽槽深由其前端的6.5mm沿螺桿2軸向逐漸減小至其后端的3mm，熔融段形螺棱221的螺旋展開線222的螺紋升角θ為27°42'；螺桿2轉(zhuǎn)速為30r/min，驅(qū)動(dòng)功率為20kW；加工原料為聚丙烯，位于熔融段22的機(jī)筒3溫度設(shè)為180℃。

本實(shí)施例熔融段上設(shè)有形螺棱221的螺桿長(zhǎng)度與熔融段22螺桿總長(zhǎng)度的比例為1.0，本實(shí)施例中螺桿2長(zhǎng)度為975mm，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度分別為390mm，195mm和390mm，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度之比為：40％：20％：40％。

按本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的單螺桿塑化擠出機(jī)，熔融塑化效果良好。傳統(tǒng)的單螺桿塑化擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比要在25左右，而本實(shí)施例的單螺桿塑化擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為15，相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)長(zhǎng)徑比減小了約10。

實(shí)施例二

本實(shí)施例中的單螺桿塑化擠出機(jī)，相比實(shí)施例一中的單螺桿塑化擠出機(jī)的不同之處在于，形螺棱221沿其螺旋方向展開在同一平面的軌跡滿足以下函數(shù)：

y＝a·sin(πb·x)

其中，螺旋展開線222的方向?yàn)閤軸的方向，垂直于螺旋展開線222的方向?yàn)閥軸方向，a為0.15D，b為3/D，D為螺桿2的公稱直徑，本實(shí)施例螺桿的公稱直徑D為90mm。

固體輸送段21螺槽深度為9mm，熔體輸送段23螺槽深度為4mm，固體輸送段21和熔體輸送段23的螺紋升角均為17°42'；熔融段22螺槽槽深由其前端的9mm沿螺桿2軸向逐漸減小至其后端的4mm，熔融段22形螺棱221的螺旋展開線222的螺紋升角θ為32°42'；螺桿2轉(zhuǎn)速為30r/min，驅(qū)動(dòng)功率為20kW；加工原料為聚丙烯，位于熔融段22的機(jī)筒3溫度設(shè)為180℃。

本實(shí)施例熔融段上設(shè)有形螺棱221的螺桿長(zhǎng)度與熔融段22螺桿總長(zhǎng)度的比例為0.6，本實(shí)施例中螺桿2長(zhǎng)度為1620mm，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度分別為648mm，486mm和486mm，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度之比為：40％：30％：30％。本實(shí)施例其他的結(jié)構(gòu)設(shè)置均與實(shí)施例一相同。

按本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的單螺桿塑化擠出機(jī)，熔融塑化效果良好。傳統(tǒng)的單螺桿塑化擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比要在25左右，而本實(shí)施例的單螺桿塑化擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為18，相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)長(zhǎng)徑比減小了約7。

實(shí)施例三

本實(shí)施例中的單螺桿塑化擠出機(jī)，相比實(shí)施例一中的單螺桿塑化擠出機(jī)的不同之處在于，形螺棱221沿其螺旋方向展開在同一平面的軌跡滿足以下函數(shù)：

y＝a·sin(πb·x)

其中，螺旋展開線222的方向?yàn)閤軸的方向，垂直于螺旋展開線222的方向?yàn)閥軸方向，a為0.25D，b為2/D，D為螺桿2的公稱直徑，本實(shí)施例螺桿的公稱直徑D為70mm。

固體輸送段21螺槽深度為7mm，熔體輸送段23螺槽深度為3.5mm，固體輸送段21和熔體輸送段23的螺紋升角均為17°42'；熔融段22螺槽槽深由其前端的7mm沿螺桿2軸向逐漸減小至其后端的3.5mm，熔融段22形螺棱221的螺旋展開線的螺紋升角θ為37°42'；螺桿2轉(zhuǎn)速為30r/min，驅(qū)動(dòng)功率為20kW；加工原料為聚丙烯，熔融段機(jī)筒溫度為180℃。

本實(shí)施例熔融段上設(shè)有形螺棱221的螺桿長(zhǎng)度與熔融段22螺桿總長(zhǎng)度的比例為0.4，本實(shí)施例中螺桿2長(zhǎng)度為1400mm，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度分別為560mm，560mm和280mm，固體輸送段21、熔融段22和熔體輸送段23的長(zhǎng)度之比為：40％：40％：20％。本實(shí)施例其他的結(jié)構(gòu)設(shè)置均與實(shí)施例一相同。

按本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的單螺桿塑化擠出機(jī)，熔融塑化效果良好。傳統(tǒng)的單螺桿塑化擠出機(jī)的螺桿長(zhǎng)徑比要在25左右，而本實(shí)施例的單螺桿塑化擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為20，相比傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)長(zhǎng)徑比減小了約5。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。