科学设计的分离型螺杆制造技术

本发明专利技术公开了一种具有新结构特征的科学设计的新颖的分离型螺杆，其消除了以前分离型螺杆的缺点并进一步改进了其性能。这些重要的新结构特征包括：在不产生任何死点的情况下开始屏障螺纹同时保持恒定的固体料槽宽度的结构；在不产生任何死点的情况下终止屏障螺纹同时保证良好熔融料质量的结构；避免过深的槽深度同时保证足够的熔融料输送能力的熔融料槽结构；以及避免具有浅的槽深度的槽面积过大同时保证良好熔融料质量的固体料槽结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于单螺杆挤出机的改进型螺杆设计。
技术介绍
单螺杆挤出机广泛用于加工塑性材料，用于将固体塑料熔化成适于形成所需形状的熔融状态或熔融料。挤出机的性能基本上取决于螺杆的几何特征。在为改进挤出机性能而研发的各种特殊螺杆中，利用屏障螺纹的分离型螺杆最为成功。具有紧密间隙的屏障螺纹将螺杆槽分为固体料槽和熔融料槽。只有熔融的塑性材料才能够从固体料槽越过屏障螺纹而流入熔融料槽。虽然分离型螺杆显著地改进了挤出机的性能，但是所有的分离型螺杆都具有一些不理想的结构特征，并且其结构仍然可以改进。以前的分离型螺杆所遇到的问题包括但不限于对固体床运动的阻塞、塑性材料在死点处或在深熔融料槽内的降解、在端部处固体床小块从很大深度的固体料槽进入熔融料槽、在端部处在极浅深度的固体料槽端部的熔融料过热、在端部处极深熔融料槽的很差计量能力以及在与阻力流相反方向上从深熔融料槽进入浅计量槽的不希望的熔融料分配。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于单螺杆挤出机的螺杆，其包括位于挤出机供料端且具有较深深度的供料段、位于挤出机排出端且具有较浅深度的计量段以及位于所述供料段与所述计量段之间的压缩段。所述压缩段具有至少一对与挤出机料筒具有最小间隙的螺旋主螺纹和与所述料筒具有紧密间隙的螺旋屏障螺纹。所述主螺纹起始于所述螺杆的供料端并在所述供料段内保持基本恒定的螺距，并且所述主螺纹在所述供料段内形成具有基本恒定的槽宽度和基本恒定的槽深度的螺旋供料槽。所述主螺纹的螺距在所述供料段端部处或在所述供料段端部附近增加。所述屏障螺纹起始于所述主螺纹的推挤侧附近，但是在紧接在所述主螺纹的螺距增加之后的主螺纹下游的点处与所述主螺纹充分分开而不会产生死点，并且所述屏障螺纹在所述压缩段内形成螺旋固体料槽和螺旋熔融料槽。所述主螺纹的最小间隙或主螺纹间隙是所述螺杆和所述料筒的机械加工和装配中的可用最小值。所述屏障螺纹的紧密间隙基本上大于所述主螺纹间隙，从而允许熔融料从所述固体料槽流经所述屏障螺纹间隙而流入所述熔融料槽中，并且防止固体塑性材料进入所述熔融料槽。所述供料段的供料槽延续到所述压缩段并成为具有基本相同的槽深度和槽宽度的所述固体料槽，所述固体料槽的槽面积基本没有减小，并且不会阻塞紧密装填的固体塑性材料从所述供料槽到所述固体料槽的运动。通过迅速增加所述主螺纹和所述屏障螺纹的螺距，在所述熔融料槽长度起点的约10 30%内，所述熔融料槽的宽度迅速增加到所述固体料槽宽度的约30 50%，然后在其长度的约70 90%内，保持其宽度基本恒定。所述熔融料槽的起点具有与所述计量段的深度基本相同或更深的深度，显著大于所述屏障螺纹的紧密间隙，具有朝向所述固体料槽或所述供料槽的开口而不会产生死点。在所述熔融料槽长度的约70 90 %内，所述熔融料槽的深度逐渐增加到所述计量槽深度的约150 200%。在所述熔融料槽长度的约70 90%之后，通过增加所述屏障螺纹的螺距并减小与增加量基本相同量的固体料槽宽度，在所述熔融料槽长度终点的约10 30%内，所述熔融料槽的宽度迅速增加到所述固体料槽与所述熔融料槽的组合槽宽度的约50 80%，同时在同一长度上，所述熔融料槽的深度增加到所述计量槽深度的约170 220%。所述固体料槽的起点具有与所述供料槽宽度基本相同的宽度，并且在所述固体料槽长度的约70 90%内，其宽度保持基本恒定。所述固体料槽的起点具有与所述供料槽深度基本相同的深度，并且在所述固体料槽长度的约70 90%内，其深度逐渐减小到与所述计量槽深度基本相同的深度。在所述固体料槽长度的约70 90%之后，在所述固体料槽的长度终点的约10 30%内，所述固体料槽的宽度迅速减小到所述固体料槽与所述熔融料槽的组合槽宽度的约 20 50%。在基本相同的长度上，所述固体料槽的深度迅速减小到所述计量槽深度的约 20 50%，并且在同一长度上，所述屏障螺纹的间隙显著增加到所述计量槽深度的约20 50%。所述固体料槽的端部具有所述计量槽深度的约20 50%的相对较浅深度，以防止大量固体材料进入所述计量槽，同时提供朝向所述计量槽的充分大的开口而不会产生死点， 并且使具有较浅深度的槽面积最小，以避免产生过多热量。通过将所述主螺纹转换为第二屏障螺纹以及将所述屏障螺纹转换为第二主螺纹， 所述主螺纹与所述屏障螺纹在所述压缩段的端部互换其功能。螺纹互换导致所述熔融料槽和所述固体料槽的位置相对于螺杆旋转而转换，并且通过螺杆旋转的阻力流，在不需要所述熔融料槽中具有高压的情况下，使熔融料从深熔融料槽分配到浅固体料槽。在约1 3倍螺杆直径的螺杆轴向长度内，在螺纹互换之后位于第二主螺纹的从动侧的熔融料槽的深度从所述计量槽深度的约170 220%迅速减小到所述计量槽深度。 在同一螺杆轴向长度上，在螺纹互换之后位于第二主螺纹的推挤侧的固体料槽的深度从所述计量槽深度的约20 50%迅速增加到所述计量槽深度。附图说明图1是具有常规螺杆的单螺杆挤出机的示意图。图2是典型的常规螺杆的示意图。图3示出了在熔融过程中常规螺杆槽的理想化横截面。图4示出了具有对角线屏障螺纹的分离型螺杆的展开螺杆槽。图5示出了具有平行屏障螺纹和恒定主螺纹螺距的分离型螺杆的展开螺杆槽。图6示出了随着主螺纹螺距和屏障螺纹螺距的增加，在整个供料段和压缩段具有恒定固体料槽宽度的分离型螺杆的展开螺杆槽。图7示出了具有敞开的平行屏障螺纹、恒定螺纹螺距和螺纹互换的分离型螺杆的展开螺杆槽。图8示出本专利技术的科学设计的分离型螺杆的展开螺杆槽的示例性实施例。 具体实施例方式对
技术介绍
部分所提及的单螺杆挤出机中螺杆的几何形状和功能的一般性理解将有助于理解和认识本专利技术示例性实施例的新颖结构特征和优点。如要获得更多的背景信息，请参见技术文献 Chan I. Chung, Extrusion of Polymers, Theory and Practice (1st ed. 2000)；在此通过引用方式将该文献的全部内容并入本文作为参考。在下面针对本专利技术具体实施例的说明书和相关附图中披露了本专利技术的几个方面。 在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下可以设计出替换实施例。另外，为了不影响对本专利技术相关细节的理解，本专利技术示例性实施例中的已知元件将不再进行详细描述或者将其省略。此外，为了便于理解说明书，下面将就本文所使用的若干术语进行论述。本文所使用的词语“示例性”是指“用作范例、实例或例证”。本文被描述为“示例性”的任何实施例不一定解释为比其他实施例优选或有利。同样，术语“本专利技术的实施例”、 “实施例”或“专利技术”不要求本专利技术的所有实施例都包括所论述的特征、优点或操作模式。图1示意性地示出了具有常规螺杆102的示例性单螺杆挤出机100。由马达104 旋转螺杆102，由加热器108加热料筒106。图2示意性地示出了常规螺杆102的设计。螺杆102具有一条螺旋状螺纹或螺棱202，从而沿螺杆102形成具有槽深206的连续螺杆槽 204。螺纹202与料筒之间具有最小的间隙。螺纹202行进一圈的轴向距离为螺杆102的节距或螺距208。螺杆102包括三个不同的段位于挤出机供料端且具有恒定深度的供料段 210、位于挤出机排出端且具有恒定深度的计量段212以及位于供料段210与计量段212之间的过渡段或本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于单螺杆挤出机的螺杆，其包括：位于挤出机供料端且具有较深深度的供料段、位于挤出机排出端且具有较浅深度的计量段以及位于所述供料段与所述计量段之间的压缩段；所述压缩段具有至少一对与挤出机料筒具有最小间隙的螺旋主螺纹和与所述料筒具有紧密间隙的螺旋屏障螺纹；所述主螺纹起始于所述螺杆的供料端并在所述供料段内保持基本恒定的螺距，并且所述主螺纹在所述供料段内形成具有基本恒定的槽宽度和基本恒定的槽深度的螺旋供料槽；所述主螺纹的螺距在所述供料段端部处或在所述供料段端部附近增加；所述屏障螺纹起始于所述主螺纹的推挤侧附近，但是在紧接在所述主螺纹的螺距增加之后的主螺纹下游的点处与所述主螺纹充分分开而不会产生死点，并且所述屏障螺纹在所述压缩段内形成螺旋固体料槽和螺旋熔融料槽；所述主螺纹的最小间隙或主螺纹间隙是所述螺杆和所述料筒的机械加工和装配中的可用最小值；所述屏障螺纹的紧密间隙或屏障螺纹间隙基本上大于所述主螺纹间隙，从而允许熔融料从所述固体料槽流经所述屏障螺纹间隙而流入所述熔融料槽中，并且防止固体塑性材料进入所述熔融料槽；所述供料段的供料槽延续到所述压缩段并成为具有基本相同的槽深度和槽宽度的所述固体料槽，所述固体料槽的槽面积基本没有减小，并且不会阻塞紧密装填的固体塑性材料从所述供料槽到所述固体料槽的运动；通过迅速增加所述主螺纹和所述屏障螺纹的螺距，在所述熔融料槽长度起点的约１０～３０％内，所述熔融料槽的宽度迅速增加到所述固体料槽宽度的约３０～５０％，然后在其长度的约７０～９０％内，保持其宽度基本恒定；所述熔融料槽的起点具有与所述计量段的深度基本相同或更深的深度，具有朝向所述固体料槽或所述供料槽的开口而不会产生死点，并且在所述熔融料槽长度的约７０～９０％内，所述熔融料槽的深度逐渐增加到所述计量槽深度的约１５０～２００％；在所述熔融料槽长度的约７０～９０％之后，通过增加所述屏障螺纹的螺距并减小与增加量基本相同量的固体料槽宽度，在所述熔融料槽长度终点的约１０～３０％内，所述熔融料槽的宽度增加到所述固体料槽与所述熔融料槽的组合槽宽度的约５０～８０％，同时在同一长度上，所述熔融料槽的深度增加到所述计量槽深度的约１７０～２２０％；所述固体料槽的起点具有与所述供料槽宽度基本相同的宽度，并且在所述固体料槽长度的约７０～９０％内，其宽度保持基本恒定；所述固体料槽的起点具有与所述供料槽深度基本相同的深度，并且在所述固体料槽长度的约７０～９０％内，其深度逐渐减小到与所述计量槽深度基本相同的深度；在所述固体料槽长度的约７０～９０％之后，在所述固体料槽的长度终点的约１０～３０％内，所述固体料槽的宽度减小到所述固体料槽与所述熔融料槽的组合槽宽度的约２０～５０％，同时在基本相同的长度上，所述固体料槽的深度减小到所述计量槽深度的约２０～５０％，并且在同一长度上，还显著增大了所述屏障螺纹的间隙；所述固体料槽的端部具有所述计量槽深度的约２０～５０％的相对较浅深度，以防止大量固体材料进入所述计量槽，同时提供朝向所述计量槽的充分大的开口而不会产生死点，并且使具有较浅深度的槽面积最小，以避免产生过多热量；通过将所述主螺纹转换为第二屏障螺纹以及将所述屏障螺纹转换为第二主螺纹，所述主螺纹与所述屏障螺纹在所述压缩段的端部互换其功能；螺纹互换导致所述熔融料槽和所述固体料槽的位置相对于螺杆旋转而转换，并且通过螺杆旋转的阻力流，在不需要所述熔融料槽中具有高压的情况下，使熔融料从深熔融料槽分配到浅固体料槽；在约１～３倍螺杆直径的螺杆轴向长度内，在螺纹互换之后位于第二主螺纹的从动侧的熔融料槽的深度从所述计量槽深度的约１７０～２２０％迅速减小到所述计量槽深度，而在同一螺杆轴向长度上，在螺纹互换之后位于第二主螺纹的推挤侧的固体料槽的深度从所述计量槽深度的约２０～５０％迅速增加到所述计量槽深度。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑灿一，
申请(专利权)人：郑灿一，
类型：发明
国别省市：US