挤出机制造技术

一种挤出机，具有从进料入口端延伸到挤出机出口端的机筒。机筒具有内表面、外表面和在内表面和外表面之间的壁厚。挤出机还具有至少一个位于机筒上的加热部件；驱动地连接于位于机筒内可旋转地安装的螺杆上的螺杆驱动马达，其中螺杆以不同的每分钟转数(PRM)旋转；和可操作地连接于螺杆驱动马达，以基于穿过所述机筒和/或从机筒挤出的材料温度调节螺杆的RPM的控制器。还提供了一种填充模具的操作挤出机的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】挤出机
本公开一般涉及挤出机，更具体地涉及用于挤出塑料或热塑材料的挤出机。本公开也涉及使用一个或多个挤出机生产挤出的或模塑的塑料零件的方法。
技术介绍
挤出机通常用于加热和融化固体输入材料(例如塑料，或热塑材料)并且以可流动或融化的状态挤出该材料。被挤出的或输出的材料当冷却并固化以形成具有被模壳(form)或铸模(die)限定的截面轮廓的细长塑料组件时，可被引导通过该模壳或铸模。或者，输出的材料可被直接导入模具(mold)，随后冷却并固化以形成具有被该模具限定的形状的被模塑的组件。所提供的用于提高被传送的塑性材料在通过挤出机或注射机筒时的温度的热量来源之一是机械剪切产热。在剪切产热中，塑性材料经常在处于相对高的压力(例如每平方英寸(psi)2000磅到高达30000psi或更高)下、在旋转的螺杆和静止的机筒之间经受剪切或拉伸，这就导致热量在材料中产生。通常，剪切产热是热量的重要来源。例如，通过剪切产热提供大约50％或更多融化被传送的塑性材料所需的热量可以认为是优选的。虽然剪切产热可有效提高塑性材料的温度，但是可能存在一种或多种缺陷。例如，塑性材料的过度剪切可能导致塑性材料内的聚合物分子物理和/或化学降解。
技术实现思路
提供下面的介绍以向读者引入如下更多详细的探讨。该介绍并非意在限制或限定任何要求的或至今仍未要求的专利技术。一种或多种专利技术可存在于本文本的包括其权利要求和附图在内的任何部分公开的元素或工序步骤的任意组合或子组合中。根据本公开的一个方面，挤出机被配置为降低或最小化通过剪切产热赋予被传送的塑性材料的热量。例如，可提供具有相对高的通过机筒壁的传热速率(heattransferrate)的挤出机。可通过由具有高热导率(thermalconductivity)的材料制成的挤出机机筒和/或提供相对薄壁的挤出机机筒，可以增加通过机筒壁的传热速率。通过机筒壁的传热速率的提升能允许更多热量在给定的单位时间内通过机筒壁转移。因此，每单位时间内更多的热量可以通过使用一个或多个机筒加热器转移到通过挤出机机筒传送的塑性材料，这就减少了融化塑性材料所需的剪切产热量。可替代地或附加地，挤出机机筒和挤出机螺杆的几何结构可被配置为减小通过挤出机机筒传送的塑性材料的压力，由此减少剪切产热量。例如，挤出机机筒和/或挤出机螺杆可被配置为沿挤出机机筒的长度提供恒定的或缩减的体积压缩比。因此，通过挤出机机筒传送的塑性材料可以承受足够的压力，以防止通过机筒的回流(例如，如果模具正在由挤出机进料，则可选择机筒内的压力以使得挤出机填充模具而不回流穿过挤出机)和/或如果两种或多种不同材料存在时，足够混合正通过挤出机机筒传送的材料。这种设计的优势为能使用薄壁机筒，这就增大了机筒的径向热导率。这就使得设置在机筒上的加热器提供更大比例的热量，并且对由于机筒内部提供的热量(例如，剪切混合)的依赖更少。通过挤出机的流速可大致低于传统高压挤出机。因此，根据根本公开的单个挤出机的每单位时间内的材料吞吐量可能低于传统高压挤出机。但是，通过降低机筒内部的压力，机筒会变得更轻并且其成本会大幅减少。因此，代替使用单个传统挤出机来制造所需数量的零件，可以以相同或更低的资本成本获得与单个标准挤出机具有相同容量的多个挤出机。根据本广泛的方面，提供了一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和所述外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件(heatingmember)，所述加热部件设置在所述机筒上(例如，位于其外部和/或内部)；和c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达驱动地连接于位于所述机筒内的可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段(length)和所述段上的螺节(flight)，由此所述螺杆能够以不同的每分钟转数(RPM)旋转；其中，所述螺杆和机筒的尺寸做成使得引导给到所述机筒内的材料的少于40％、30％、25％、20％、15％、10％或5％的热量通过剪切所述材料提供，并且剩余部分由至少一个所述加热元件(heatingelement)提供。在一些实施例中，挑选机筒的内表面和该螺节的外部范围之间的螺节间隙，以使得引导给到所述机筒内的材料的少于40％、30％、25％、20％、15％、10％或5％的热量通过剪切该材料提供，并且剩余部分由至少一个所述加热元件提供。根据本广泛的方面，还提供了一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和所述外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件，所述加热部件位于所述机筒的外部；c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达驱动地连接于位于所述机筒内的可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段和所述段上的螺节，其中，所述机筒的内表面和该螺节的外部范围之间的螺节间隙为从0.001到0.08英寸，可选地为0.005到0.06英寸、0.005到0.04英寸或0.02到0.04英寸；并且至少为下述一项：i)所述机筒具有从0.01到0.375英寸、可选地为从0.04到0.25英寸的壁厚；ii)体积压缩比，定义为所述挤出机的进料区段的通道深度和所述挤出机的计量区段的通道深度，为≤1；iii)所述机筒包含铝和铜的至少一种；iv)沿所述螺杆的所述段从所述螺节的外部横向范围(outerlateralextent)到所述螺节的内部横向范围(innerlateralextent)的螺节的深度大致恒定；v)沿所述螺杆的所述段从所述螺节的外部横向范围到所述螺节的内部横向范围的螺节深度为0.2-0.5英寸；vi)所述螺节的两个相邻螺纹(threads)之间的所述螺杆的齿刃部(landportion)为0.125到0.5英寸、可选地为0.125到0.375英寸，或可选地为0.125到0.25英寸；vii)所述螺节的两个相邻螺纹之间的所述螺杆的所述螺节的外侧面范围(outwardlateralextent)的齿刃部为从0.25到0.5英寸；viii)所述机筒具有区段(section)，所述区段中固体进料在1-1000psi，可选地为1-500psi、10-400psi或40-200psi的压力下操作而被液化；ix)提供给所述挤出机的至少80％、可选地，至少85％、至少90％或至少95％的能量用于生成热；和x)所述螺杆和机筒的尺寸做成以使得引导给到所述机筒内的材料的至少60％的热量通过至少一个所述加热部件提供，并且引导给到所述机筒内的材料的至少40％的热量通过剪切所述材料提供。根据本广泛方面，还提供了一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和所述外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件，所述加热部件位于所述机筒的外部；c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达驱动地连接于位于所述机筒内的可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段和所述段上的螺节，由此所述螺杆能够以不同的每分钟转速(RPM)旋转；和d)控制器，所述控制器可操作地连接于所述螺杆驱动马达，以基于穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料的温度而调整所述螺杆的RPM。根据广泛的方面，还提供了操作挤出机的方法，包括基于穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料的温度，而调整位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和所述外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件，所述加热部件位于所述机筒的外部；c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达驱动地连接于位于所述机筒内的可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段和具有多个螺纹的螺节，其中所述螺杆以不同的每分钟转速(RPM)旋转；和d)控制器，所述控制器可操作地连接于所述螺杆驱动马达，以基于穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料温度调节所述螺杆的RPM。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.12 CA 2,900,2511.一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和所述外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件，所述加热部件位于所述机筒的外部；c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达驱动地连接于位于所述机筒内的可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段和具有多个螺纹的螺节，其中所述螺杆以不同的每分钟转速(RPM)旋转；和d)控制器，所述控制器可操作地连接于所述螺杆驱动马达，以基于穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料温度调节所述螺杆的RPM。2.根据权利要求1所述的挤出机，其特征在于，所述控制器可操作地连接于所述螺杆驱动马达，以在穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料的温度升高到预定值以上之后，增加所述螺杆的RPM。3.根据权利要求1所述的挤出机，其特征在于，所述控制器可操作地连接于所述螺杆驱动马达，以在穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料的温度降低到预定值以下之后，降低所述螺杆的RPM。4.根据权利要求1-3中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述机筒具有从0.01到0.375英寸、可选地为从0.04到0.25英寸的壁厚。5.根据权利要求1-4中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述机筒的内表面和螺节的外部范围之间的螺节间隙为从0.001到0.08英寸，可选地为0.005到0.06英寸、0.005到0.04英寸、或0.02到0.04英寸。6.根据权利要求5所述的挤出机，其特征在于，所述螺节间隙保持恒定或从所述进料入口端到所述挤出机出口端增加。7.根据权利要求6所述的挤出机，其特征在于，所述体积压缩比≤1，且被定义为所述挤出机的进料区段的通道深度和所述挤出机的计量区段的通道深度的比率。8.根据权利要求1-7中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述机筒包括铝、铜、钢和不锈钢中的至少一种。9.根据权利要求1-8中任一项所述的挤出机，其特征在于，沿所述螺杆的段从所述螺节的外部横向范围到所述螺节的内部横向范围的螺节深度大致恒定。10.根据权利要求1-8中任一项所述的挤出机，其特征在于，沿所述螺杆的段从所述螺节的外部横向范围到所述螺节的内部横向范围的螺节深度为0.2-0.5英寸。11.根据权利要求1-10中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述螺节的两个相邻螺纹之间的螺杆的齿刃部为从0.125到0.5英寸，可选地为0.125到0.375英寸，或可选地为0.125到0.25英寸。12.根据权利要求1-10中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述螺节的两个相邻螺纹之间的螺杆的螺节的外侧面范围的齿刃部为从0.25到0.5英寸。13.根据权利要求1-12中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述机筒具有区段，所述区段中固体进料材料在1-1000psi、可选地为1-500psi、10-400psi或40-200psi的压力下操作而被液化。14.根据权利要求1-13中任一项所述的挤出机，其中，提供给所述挤出机的至少60％、可选地为至少65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的能量用于产热。15.根据权利要求1-14中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述螺杆和机筒的尺寸做成以使得引导给所述机筒内的材料的至少60％的热量通过至少一个加热部件提供，并且引导给所述机筒内的材料的少于40％的热量通过剪切所述材料提供。16.根据权利要求1-14中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述螺杆和机筒的尺寸做成以使得引导给所述机筒内的材料的至少70％的热量通过至少一个加热部件提供，并且引导给所述机筒内的材料的少于30％的热量通过剪切所述材料提供。17.根据权利要求1-14中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述螺杆和机筒的尺寸做成以使得引导给所述机筒内的材料的至少80％的热量通过至少一个加热部件提供，并且引导给所述机筒内的材料的少于20％的热量通过剪切所述材料提供。18.根据权利要求1-17中任一项所述的挤出机，其特征在于，所述螺杆包括第一螺杆区段和第二螺杆区段，并且热绝缘部件设置在所述第一和第二螺杆区段之间。19.根据权利要求18所述的挤出机，其特征在于，所述第一螺杆区段由具有比所述第二螺杆区段更低热导率的材料制成。20.根据权利要求18或19所述的挤出机，其特征在于，所述第一螺杆区段设置在所述挤出机的进料区段，并且所述第二螺杆区段设置在所述挤出机的所述进料区段的下游。21.根据权利要求1所述的挤出机，其特征在于，所述螺杆包括第一螺杆区段和第二螺杆区段，并且所述第一螺杆区段由具有比所述第二螺杆区段更低的热导率的材料制成。22.一种操作挤出机的方法，该方法包括基于穿过所述机筒和/或从机筒挤出的材料的温度，调节位于挤出机的机筒内的螺杆的RPM。23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料的温度升高到预定数值以上之后，所述螺杆的RPM增加，并且在穿过所述机筒和/或从所述机筒挤出的材料的温度降低到预定数值以下之后，降低所述螺杆的RPM。24.根据权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述挤出机以体积压缩比≤1运行，所述体积压缩比定义为所述挤出机的进料区段的通道深度和所述挤出机的计量区段的通道深度。25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其特征在于，操作所述挤出机以维持所述机筒的区段的压力，所述区段中固体进料材料在1-1000psi、可选地为1-500psi、10-400psi或40-200psi的压力下被液化。26.根据权利要求22-25中任一项所述的方法，其特征在于，操作所述挤出机以使得提供给所述挤出机的至少60％，可选地为至少65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％的能量用于产热。27.根据权利要求22-26中任一项所述的方法，其特征在于，操作所述挤出机以使得引导给所述机筒内的材料的至少60％的热量通过至少一个加热部件提供，并且引导给所述机筒内的材料的少于40％的热量通过剪切所述材料提供。28.根据权利要求22或26中任一项所述的方法，其特征在于，操作所述挤出机以使得引导给所述机筒内的材料的至少70％的热量通过至少一个加热部件提供，并且引导给所述机筒内的材料的少于30％的热量通过剪切所述材料提供。29.根据权利要求22或26中任一项所述的方法，其特征在于，操作所述挤出机以使得引导给所述机筒内的材料的至少80％的热量通过至少一个加热部件提供，并且引导给所述机筒内的材料的少于20％的热量通过剪切所述材料提供。30.一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件，所述加热部件设置在所述机筒上；和，c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达驱动地连接于位于所述机筒内的可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段和在所述段上的螺节，其中所述螺节以不同的每分钟转数(RPM)旋转；其特征在于，所述螺杆和机筒的尺寸做成以使得引导给所述机筒的材料的少于40％的热量通过剪切所述材料提供，并且剩余的热量通过所述至少一个加热元件提供。31.根据权利要求30所述的挤出机，其特征在于，挑选所述机筒的内表面和所述螺节的外部范围之间的螺节间隙，以使得引导给所述材料的少于40％的热量通过剪切材料提供，并且剩余的热量通过所述至少一个加热部件提供。32.一种挤出机，包括：a)机筒，所述机筒从进料入口端延伸到挤出机出口端，所述机筒具有内表面、外表面和在所述内表面和外表面之间的壁厚；b)至少一个加热部件，所述加热部件设置在所述机筒上；c)螺杆驱动马达，所述螺杆驱动马达可驱动地连接于位于所述机筒内可旋转地安装的螺杆，所述螺杆具有段和具有多个螺纹的螺节...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·E·康拉德，
申请(专利权)人：奥马克罗知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA