專利名稱:錐形螺旋盤擠出機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明錐形螺旋盤擠出機(jī),可以用于熱塑性塑料、熱固性樹脂、食品、涂料、推進(jìn)劑、炸藥、紙漿、藥品、飼料及橡膠等的加工成型,對粉料和熱敏性物料加工有一定優(yōu)勢。
背景技術(shù):
無螺桿擠出機(jī)是塑料等擠出加工的有效途徑。其中,端面擠出機(jī)是利用液體(如高分子材料熔體)在一對表面平整的可轉(zhuǎn)動圓盤間受剪切時產(chǎn)生的法向應(yīng)力效應(yīng)(韋森伯效應(yīng))的原理而研制的。物料受剪切而迅速熔融,并向中心匯聚從出料口擠出。日本住友株式會社公開的“旋轉(zhuǎn)盤式排氣擠出裝置”和美國專利44002111就屬于這類圓盤端面擠出機(jī).。中國專利CN95227711. 5提出了另一種端面混煉擠出機(jī),是將平直螺桿與一端面轉(zhuǎn)盤串接,依次進(jìn)行螺旋送料與端面法向塑化,解決了加料問題,通過端面槽型變化增強(qiáng)混煉效果,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以上幾種端面擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊,物料停留時間短;利用材料彈性進(jìn)行加工,因此具有低溫擠出等特點,用于加工粉狀物料和熱穩(wěn)定性差物料有一定優(yōu)勢。由于是在平直端面來實現(xiàn)塑化,為此引起加料困難,操作復(fù)雜;端面鑲嵌結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜,加工制造較困難。這也是該類設(shè)備至今沒有廣泛應(yīng)用的主要原因,需要改進(jìn)。另一方面,轉(zhuǎn)鼓式無螺桿擠出機(jī)是有轉(zhuǎn)動盤的拖動流體泵,被泵送材料被引入到轉(zhuǎn)鼓和環(huán)狀機(jī)筒之間形成的環(huán)形空間,經(jīng)轉(zhuǎn)鼓拖動排出。進(jìn)一步,我們期望將端面法向效應(yīng)、轉(zhuǎn)鼓拖動和螺旋輸送三種作用有效疊加,綜合幾種設(shè)備的優(yōu)點??梢栽O(shè)想將端面擠出機(jī)的轉(zhuǎn)鼓端面轉(zhuǎn)變成鈍圓錐體,在其上布置螺旋槽即增強(qiáng)了轉(zhuǎn)鼓拖動和螺旋輸送作用。目前工業(yè)應(yīng)用的圓柱螺桿塑化系統(tǒng)具備轉(zhuǎn)鼓拖動和螺旋輸送的作用,錐形螺桿具有很弱的端面法向效應(yīng)。為此,若將錐形螺桿明顯縮短,成為鈍圓錐形則強(qiáng)化這一效果。至此,人們會想到專利200420039774. 7和200820056183. 9等提出的單螺桿錐形擠出機(jī)。但常規(guī)錐形擠出機(jī)與這里提出的構(gòu)想有很大不同?,F(xiàn)有錐形擠出機(jī)的長徑比在12-20,法向效應(yīng)幾乎可以忽略。只有將單螺桿錐形擠出機(jī)螺桿-料筒進(jìn)行極大“壓縮”成短圓錐螺桿-錐料筒才能就實現(xiàn)這一目標(biāo)。轉(zhuǎn)子采用錐形結(jié)構(gòu),尾部直徑增大,加料量增大,有助于提高承載能力和產(chǎn)量;加料段容積大,易加入較大體積的松密度粉料,也有利于熱傳導(dǎo),更易實現(xiàn)對物料加熱或冷卻;轉(zhuǎn)子小端即排料段直徑小,圓周速度較小,產(chǎn)生的剪切較低,摩擦熱也較小,熱損傷的危險性??;螺旋槽容積沿擠出方向逐漸減小,物料逐漸得到壓縮,從而使螺旋槽更快充滿物料,保證物料連續(xù)平緩地塑化;在同樣的生產(chǎn)能力下,相對傳統(tǒng)端面擠出機(jī),背壓可較低。這樣,下面提出錐形螺旋盤擠出機(jī),把傳統(tǒng)端面擠出機(jī)中的平直端面取消,在傳統(tǒng)光滑輸出大圓錐面上加工出螺旋槽,物料從大端加料口被容易的加入,在小端較高壓力下排出
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明錐形螺旋盤擠出機(jī)主要由錐芯體、錐形腔體、機(jī)頭、傳動裝置、加熱裝置、機(jī)架等組成。具有較大錐角的成對錐芯體和錐形腔體至少有一個從大端外緣至小端中心具有螺旋槽。二者相對旋轉(zhuǎn)運動便對槽內(nèi)物料產(chǎn)生端面法向效應(yīng)、轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)拖動和槽內(nèi)螺旋輸送作用的疊加效果。兼有圓盤擠出機(jī)和錐形螺桿擠出機(jī)優(yōu)點。錐芯體/錐形腔體可以是轉(zhuǎn)子/定子或者定子/轉(zhuǎn)子的相對旋轉(zhuǎn)運動形式之一。 錐芯體和錐形腔體的錐角、螺旋槽的條數(shù)、沿長度方向結(jié)構(gòu)考慮加料段、壓縮段、混合段和計量段等不同功能進(jìn)行組合設(shè)計。圓錐腔體接近加料口的大端內(nèi)側(cè)為加料段,可以借鑒普通螺桿擠出機(jī)加料段開設(shè)溝槽進(jìn)行強(qiáng)制加料;在中間壓縮段可以設(shè)置分離型副螺棱等結(jié)構(gòu)促進(jìn)熔融;在混合段和計量段則可通過設(shè)置銷釘、在轉(zhuǎn)子/定子上設(shè)置成對波型螺旋槽來實現(xiàn)強(qiáng)制混合,促進(jìn)物料的塑煉和混合。物料除受到以上力作用外,還需要加熱,熱量來源于安裝在定子、轉(zhuǎn)子或二者上的加熱體。物料從定子的錐芯體大端外緣加入,經(jīng)錐形螺旋盤內(nèi)輸送和加熱、熔融、混合并從機(jī)頭計量擠出。為了適應(yīng)物料狀態(tài)的變化,加熱可以沿螺旋槽長度方向分段控制;為了提高物料排出壓力,還可以在機(jī)頭前安裝齒輪泵等增壓系統(tǒng)。而且,可以通過多個錐形螺旋盤串聯(lián),中間轉(zhuǎn)盤前端為前一級的錐形腔體,后端為下一級的錐芯體,從而實現(xiàn)多級錐形螺旋盤擠壓塑化??紤]出口壓力和加工用途,采用適合結(jié)構(gòu)機(jī)頭實現(xiàn)造?;虺尚汀S捎诓捎缅F形結(jié)構(gòu)具有較大的壓縮比和較高的建壓能力,物料受到剪切、拉伸、法向擠壓(捏合)的復(fù)合力作用及大錐面的熱作用而快速塑化,并受到螺旋槽結(jié)構(gòu)作用而強(qiáng)制混合。因此,錐形螺旋盤擠出機(jī)解決了傳統(tǒng)端面擠出機(jī)的突出弱點,具有工程應(yīng)用前景 可以用于熱塑性塑料、熱固性樹脂、食品、涂料、推進(jìn)劑、炸藥、紙漿、藥品、飼料及橡膠等的加工成型,對粉料和熱敏性物料加工有一定優(yōu)勢。
圖1為錐芯體旋轉(zhuǎn)的錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-電機(jī),2-減速箱,3-軸承,4-機(jī)架、5-錐芯體,6_加料裝置,7_加熱體,8_機(jī)頭, 9-錐形腔體圖2為螺旋槽的平面投影示意3為錐形腔體旋轉(zhuǎn)的錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-電機(jī),2-減速箱,3-軸承,4-機(jī)架和錐芯體,6-加料裝置,7-加熱體,8_機(jī)頭, 9-錐形腔體圖4為螺旋槽設(shè)置在錐形腔體上的錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖4-機(jī)架,5-錐芯體,6-加料裝置,7-加熱體,8-機(jī)頭圖5為螺旋槽盤中段設(shè)置副螺旋槽的錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖IOa-主螺棱,IOb-未塑化物料,IOc-副螺棱,IOd-塑化料圖6為相對轉(zhuǎn)子完整螺旋槽在定子外緣設(shè)置加料段反向螺旋槽圖7為定子和轉(zhuǎn)子配合設(shè)置波動型螺旋槽的錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖5-錐芯體,9-錐形腔體,11-螺旋槽圖8為強(qiáng)拉伸型錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖5-錐芯體,9-錐形腔體,Ila-深螺旋槽,lib-窄螺棱間隙
圖9為串聯(lián)型多級錐形螺旋盤擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖5-錐芯體,6-加料裝置,7-加熱體,8-機(jī)頭,9_錐形腔體,95a- 一級動子錐形腔體,95b- 二級動子錐形腔體,12-料道
具體實施方案具體實施例一本實施案例為錐芯體旋轉(zhuǎn)的錐形螺旋盤擠出機(jī),包括電機(jī)1,減速箱2,軸承3,機(jī)架4,錐芯體5,加料裝置6,加熱體7,機(jī)頭8和9-錐形腔體,見圖1。工作原理為經(jīng)減速箱2降速將電機(jī)1旋轉(zhuǎn)運動通過軸承3浮動傳遞給安裝于機(jī)架4內(nèi)的錐芯體5,固定的錐形腔體9內(nèi)側(cè)安裝加熱體7來加熱物料。錐芯體5表面自大端外緣加料口處設(shè)置螺旋槽,錐芯體螺旋槽相對錐形腔體9旋轉(zhuǎn)運動,促進(jìn)其中物料的輸送、 壓縮、熔融、混合和計量。為分段實現(xiàn)這些功能,螺旋槽應(yīng)分段進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,如壓縮段的螺旋槽應(yīng)逐漸變淺,混合段可以增設(shè)銷釘,計量段可以螺棱進(jìn)行切槽等。圖2給出了一個錐芯體上螺旋槽的平面投影示意圖。物料通過錐形腔體頂端料管連接的機(jī)頭擠出,采用適合的機(jī)頭結(jié)構(gòu)可進(jìn)行造粒和成型。加料裝置6安裝在錐形腔體9上,除加料口外,錐芯體和錐形腔體在大端處是相互接觸旋轉(zhuǎn)的,在接觸面上應(yīng)設(shè)置與錐芯體旋向相反的螺紋槽等密封結(jié)構(gòu),保證物料不從此漏出。錐芯體5通過軸承3等穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),圓周偏轉(zhuǎn)控制在很小范圍。具體實施例二本案例為錐形腔體旋轉(zhuǎn)的錐形螺旋盤擠出機(jī),包括電機(jī)1,減速箱2,軸承3,機(jī)架 4,錐芯體5,加料裝置6,加熱體7,機(jī)頭8和9-錐形腔體,見圖3。與實施例一的錐芯體旋轉(zhuǎn)錐形螺旋盤擠出機(jī)不同處是轉(zhuǎn)子為錐形腔體,錐芯體為定子;為此經(jīng)減速箱2降速將電機(jī)1旋轉(zhuǎn)運動通過軸承3浮動傳遞給錐形腔體9,促進(jìn)其旋轉(zhuǎn)。機(jī)頭連接于錐芯體5的內(nèi)排料管;加料裝置6安裝在固定錐芯體的機(jī)架4上,除加料口外,錐芯體和錐形腔體在大端處是相互接觸旋轉(zhuǎn)的,通過接觸密封結(jié)構(gòu)保證物料不從此漏出。加熱體7設(shè)置在錐芯體側(cè)提供熱量。螺旋槽設(shè)置在錐芯體上,錐形腔體9相對錐芯體螺旋槽旋轉(zhuǎn)運動,促進(jìn)其中物料塑化和混合,并擠壓排出中心料管到機(jī)頭進(jìn)行造粒和成型。具體實施案三本例為螺旋槽設(shè)置在錐形腔體上的錐形螺旋盤擠出機(jī),如圖4所示,螺旋槽設(shè)置在錐形腔體9上。轉(zhuǎn)子可以為錐形腔體,相似于實施案例一;轉(zhuǎn)子可以為錐形腔體,相似于實施案例二。具體實施案四本案例為在螺旋槽盤中段設(shè)置副螺旋槽的錐形螺旋盤擠出機(jī),結(jié)構(gòu)示意為圖5。從邊緣到中心設(shè)置主螺棱10a,形成主螺旋槽,按照功能依次是固體輸送段、壓縮熔融段和混合段及計量段。為加速壓縮段盡快實現(xiàn)熔融,在主螺旋槽中設(shè)置過渡性副螺棱10c,低于主螺棱10a,將螺旋槽分為兩部分,順接固體輸送段螺旋槽的分螺旋槽逐漸變窄直至與主螺旋槽相交,而與之相伴的分螺旋槽正好相反,逐漸從變寬直至與壓縮段的下一段主螺旋槽合為一體。這樣,固體槽內(nèi)未塑化物IOb不斷熔融塑化,成為塑化料IOd從較低副螺棱流向熔體槽。固體槽不斷變窄對固體不斷壓縮,將熔融材料排出更有利于傳熱促進(jìn)為熔融固體吸收熱量,從而加快熔融進(jìn)度。具體實施案五本案例為在相對轉(zhuǎn)子完整螺旋槽在定子外緣設(shè)置加料段反向螺旋槽的錐形螺旋盤擠出機(jī),結(jié)構(gòu)示意為圖6。轉(zhuǎn)子錐形體工作面自外緣到中心具有完整的螺旋槽,而定子工作面接近外緣的加料段設(shè)置反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽段,這樣實現(xiàn)固體的正位移輸送。在該案例中,完整螺旋槽也可設(shè)置在定子上,反向螺旋槽則設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。具體實施案六本案例的錐形螺旋盤擠出機(jī)中定子5和轉(zhuǎn)子9上均設(shè)置螺旋槽11,如圖7。它們相對旋轉(zhuǎn),促進(jìn)物料流形成波動,有助于組分混合、溫度均化,從而提高物料塑化質(zhì)量。具體實施案七與案例七相似,在錐形螺旋盤擠出機(jī)中定子5和轉(zhuǎn)子9上均設(shè)置螺旋槽11,如圖 8。其中二者的螺旋槽Ila相對、螺棱相對,這樣螺旋槽中物料流經(jīng)很窄的螺棱間隙lib時形成拉伸流場,拉伸作用促進(jìn)物料塑化和混合。具體實施案八本案例串聯(lián)型多級錐形螺旋盤擠出機(jī)。如圖9,除具有錐芯體5、加料裝置6、加熱體7、機(jī)頭8和9-錐形腔體外,中間還有一級動子錐形腔體和二級動子錐形腔體95b。 一級動子錐形腔體是獨立旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,與定子錐芯體形成一級錐形螺旋盤擠出結(jié)構(gòu),將從加料裝置6來的物料進(jìn)行一級塑化;然后從一級動子錐形腔體中的料道12流到其其另一側(cè)的大端螺旋槽,進(jìn)行二次塑化和混合。此時,一級動子錐形腔體作為二級動子錐形腔體%b 的“定子”形成二級錐形螺旋盤擠出結(jié)構(gòu);二級動子錐形腔體%b獨立旋轉(zhuǎn),并從其中的料道把物料輸送到最后一級錐形螺旋盤擠出機(jī)的大端螺旋槽開始進(jìn)行最后一次塑化和混煉。 最終經(jīng)定子錐形腔體9和機(jī)頭8排出進(jìn)行造粒和成型。有η級錐形螺旋盤擠出機(jī),則中間有n-1個動子錐形腔體。前一級動子錐形腔體和下一級動子錐形腔體互為定子和轉(zhuǎn)子。這樣,物料經(jīng)過η級塑煉明顯改善塑化效果。其二,多種組分可以分級加入,保證混合效果。實際上,其中的轉(zhuǎn)子是分級實現(xiàn)轉(zhuǎn)動控制的,這可以通過外緣轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)或中心嵌套軸來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.錐形螺旋盤擠出機(jī)主要由錐芯體、錐形腔體、機(jī)頭、傳動裝置、加熱裝置、機(jī)架等組成,其特點是具有較大錐角的成對錐芯體和錐形腔體至少有一個從大端外緣至小端中心具有螺旋槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐形螺旋盤擠出機(jī),其特點是錐芯體和錐形腔體相對旋轉(zhuǎn)運動便對槽內(nèi)物料產(chǎn)生端面法向效應(yīng)、轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)拖動和槽內(nèi)螺旋輸送作用的疊加效果;物料從大端外緣加入,經(jīng)錐形螺旋盤內(nèi)輸送和加熱、熔融、混合并再從機(jī)頭計量擠出;錐芯體和錐形腔體的錐角、螺旋槽的條數(shù)、沿長度方向結(jié)構(gòu)變化根據(jù)實現(xiàn)塑化、混合等不同功能工藝確定。
全文摘要
錐形螺旋盤擠出機(jī)主要由錐芯體、錐形腔體、機(jī)頭、傳動裝置、加熱裝置、機(jī)架等組成,具有較大錐角的成對錐芯體和錐形腔體至少有一個從大端外緣至小端中心具有螺旋槽;錐芯體和錐形腔體相對旋轉(zhuǎn)運動便對槽內(nèi)物料產(chǎn)生端面法向效應(yīng)、轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)拖動和槽內(nèi)螺旋輸送作用的疊加效果;物料從大端外緣加入,經(jīng)錐形螺旋盤內(nèi)輸送和加熱、熔融、混合并再從機(jī)頭計量擠出。錐芯體和錐形腔體的錐角、螺旋槽的條數(shù)、螺旋槽沿長度方向結(jié)構(gòu)變化根據(jù)實現(xiàn)塑化、混合等不同功能工藝確定,如在加料段開槽進(jìn)行強(qiáng)制加料、壓縮段設(shè)置分離型副螺棱促進(jìn)熔融、在計量段的轉(zhuǎn)子/定子上設(shè)置成對波型螺槽實現(xiàn)強(qiáng)制混合、也可通過多個錐形螺旋盤串聯(lián)實現(xiàn)多級擠壓塑化等??紤]出口壓力和加工用途,選擇合理的機(jī)頭實現(xiàn)造粒或成型,機(jī)頭前可安裝齒輪泵等進(jìn)行增壓。該擠出機(jī)兼有圓盤擠出機(jī)和錐形螺桿擠出機(jī)優(yōu)點采用錐形結(jié)構(gòu)具有較大的壓縮比和較高的建壓能力,物料受到剪切、拉伸、法向擠壓(捏合)的復(fù)合力作用及大錐面的熱作用而快速塑化,采用螺旋槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制混合;可以用于熱塑性塑料、熱固性樹脂、食品、涂料、推進(jìn)劑、炸藥、紙漿、藥品、飼料及橡膠等的加工成型,對加工粉料和熱敏性物料有一定優(yōu)勢。
文檔編號B29C47/52GK102285087SQ20111015478
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者王克儉 申請人:北京化工大學(xué)