專利名稱：帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高聚物加工機械，特別是一種用于塑料擠出加工中使用的、帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿。
目前，凡應用于塑料加工中的擠出機、注射機、造粒機、中空成型機等擠出類加工機械主要是由可旋轉的螺桿，包設在螺桿外周的機筒、帶動螺桿轉動的傳動系統以及控制系統構成，而加工產品的質量、生產效率、能耗的優劣和高低則主要取于螺桿型式及其設計參數的選擇。
而螺桿型式的選擇設計、參數的選擇和設計所依賴的理論基礎仍為國內外高聚物加工領域使用了多年的熔融理論(亦稱固體床理論)，這種傳統理論認為，螺桿螺旋線部分的長度(L)，按其對物料作用的功能不同，從入料口開始依序分為首段(即稱為加料段或固體輸送段)；中段(稱為熔融段或壓縮段或塑化段)；末段(稱為擠出段或均化段或計量段)，參見
圖1。
傳統理論認為，塑料在中段，即溶融段從熔膜出現開始，隨著熱歷程的增加，螺桿旋轉時，在其螺棱的推力面上便形成熔池，其相鄰的界面另一方便形成固體床。熔融段的熔化過程是固體床的體積從大到小，直至消失的過程；而熔池是從小到大，直至全部充滿螺槽的過程。為此，沿著螺槽橫截面，其固體床的寬度X是從B→O(B為螺槽的寬度)減小的過程；而熔池的寬度(B-X)是由O→B增加的過程，如圖2所示。在傳統理論指導下，熔融段螺桿的結構應保持固體床和溶池兩極的分離狀態，在熔融段，沿著Z向將螺槽展開，固相和液相便有較明顯的界面如圖3所示。按著傳統理論設計的螺桿結構如常規的三段式螺桿，和特殊型BM螺桿，橫紋螺桿等。在螺桿中段即熔融段螺桿末的螺槽中都忌加入其他功能性元件，以保持固體床的有序熔融過程。而有些螺桿設計者曾償試過在螺桿末段加入捏合盤或置入少量銷釘，以便增強均化效果，但其效果均不理想。而在決定塑化質量、塑化效率、節能占螺桿總長度較大的螺桿中段的設計中，至今尚未見到有重大突破。因而在擠出類機構的實際應用中也未有一種低能耗、高效率、高塑化能力，長徑比小的高效能擠出機出現。另外，由于現有螺桿的塑化段設計思路一直未有突破，功效有限，對于以超高分子量為基礎的高粘度、多組分、高充填改性塑料的物料加工更難以勝任。
本實用新型的目的就在于克服現有技術的上述缺點和不足，而提供一種在螺桿的中間段螺槽中沿螺槽的螺旋走向設計有螺旋狀分離混合件的脈動式螺桿，以便通過該螺旋狀分離混合件自身所加工形成的若干具有一定幾何形狀豁口的不規則混合件與機筒內表而所形成的異形通道，增強物料在整個中段內的混合、塑化、剪切、熔融效果。
本實用新型的另一目的就在于應用該連續的或間隔分布但總趨勢是呈螺旋狀軌跡走向的分離混合件打破傳統的固體床熔融理論，以使該段螺槽中的固體料流層和熔融料流從始自終就被一直被打亂，形成固體料中滲透有或包復有熔融料流，而熔融料流中混滲有固體料團，以便增強混合剪切塑化熔融效果，同時，有助于縮短中間段螺桿長度，減少整機長度，改善機器安裝、調試的難度以及工作性能。
本實用新型的目的是通過下面的技術方案實現的，帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，有一螺桿本體，螺桿本體上設有螺紋并沿其長度方向依次分為首段，中間段和末段，其特征在于在螺桿中間段的螺槽中設計加工有沿螺槽走向呈螺旋狀分布的混合件，沿該混合件走向設計加工有呈間隔狀的供螺槽內物料由該混合件自身一側向另一側通過的若干個剪切混合單元豁口。螺旋狀走向的混合件是由一條螺棱高度低于中間段螺棱高度、在連續狀螺紋本體的螺棱高度方向上向下切制加工有若干個剪切混合單元豁口的螺紋段構成。螺旋狀走向的混合件是由若干個間隔載置固定在中間段螺槽中并呈螺旋狀排列的獨立元件排列組合構成的。由混合件自身螺紋段螺棱頂部向下部螺紋根部切制加工并垂直于螺棱法向截面的混合單元豁口的形狀是三角形或弧形或梯形或鋸齒形。獨立元件形狀是圓柱形或三角體或錐狀體或多棱體或板體。各種形狀的獨立元件混雜設置分布并沿中間段螺槽中焊接形成一螺旋狀走向的混合件。螺旋狀的混合件所構成的走向呈螺旋狀的帶有豁口容積、形狀不同的單元豁口的螺旋段是連續的或分段設置的。
本實用新型螺桿的工作機理如下在螺桿中段螺槽中的固體料和熔融料在螺桿旋轉中連續不斷地被混合加工件上所加工的各種幾何形狀的單元豁口所打破，通過混合、剪切、輸送作用形成固相微團和液相微團，二者之間不斷地進行滲合、混合、攪拌、穿插、分割、使之相互包容形成均勻的兩相流混合物；而兩相流的微團之間不斷地進行能量交換和質量交換形成溫度均勻與組合均勻的兩相流混合體，直至固相微團全部均勻地消失在液相之中，便達到相對的能量與質量的平衡。
由于螺桿中間段的螺槽內，沿Z向設置螺棱，并在其螺棱的本體上，在高度方向上開設形狀各異的凸凹豁口，使其垂直于螺棱的法向截面上，構成具有一定幾何形狀的塑化功能元件，其幾何形狀可以是三角形、正方形、長方形、菱形、半圓形、橢圓形、多邊形以及組合圖形如圖4和圖5所示。這種熔融機理極大地提高熔體質量的均勻性，組分的均勻性，分子量分布的均勻性；由于溫度與壓力的均布極大地提高了熔融速率和熔體質量。
由于混合加工件帶有若干容積不同的幾何形狀各異的供物料通過的剪切單元豁口，將使通過的兩相流產生容積效應，形成脈動壓力。即可使物料反復地受到通過單元豁口的強剪切、擠壓及通過單元豁口前后的松弛，使大分子鏈在脈動壓力作用下，不斷地拉伸或松馳并予以適度的等切力和等切速率，在提高熔體質量和熔融速率的同時，防止了分子鏈的斷裂，發生降解的危險；在脈動壓力作用下，物料也不易滯留和粘連螺桿表面，加速了塑化的熔融。
由上可見本實用新型具有下述優點本實用新型提供的一種在螺桿的中間段螺槽中沿螺槽的螺旋走向設計有螺旋狀分離混合件的脈動式螺桿，能夠通過該螺旋狀分離混合件自身所加工形成的若干具有一定幾何形狀豁口的不規則混合件與機筒內表而所形成的異形通道，增強物料在整個中段內的混合、塑化、剪切、熔融效果。
本實用新型提供的脈動式螺桿，應用該連續的或間隔分布但總趨勢是呈螺旋狀軌跡走向的分離混合件打破傳統的固體床熔融理論，能夠使該段螺槽中的固體料流層和熔融料流從始自終就被一直被打亂，形成固體料中滲透有或包復有熔融料流，而熔融料流中混滲有固體料團，因此增強混合剪切塑化熔融效果，同時，有助于縮短中間段螺桿長度，減少整機長度，改善機器安裝、調試的難度以及工作性能。
本實用新型的具體結構是通過下面附圖及實施例實現的。
圖1為現有螺桿的結構示意圖。
圖2為
圖1所示螺桿加工物料時物料沿N-N’剖面的分布示意圖。
圖3為
圖1所示螺桿加工物料時物料沿螺槽走向Z分布示意圖。
圖4為本實用新型實施例之一結構圖。
圖5為本實用新型實施例之二結構圖。
圖6為圖4的B-B向結構剖面放大圖之一。
圖7為圖4的B-B向結構剖面放大圖之二。
圖8為圖4的B-B向結構剖面放大圖之三。
圖9為圖4的B-B向結構剖面放大圖之四。
圖10為圖4的B-B向結構剖面放大圖之五。
圖11為圖4的B-B向結構剖面放大圖之六。
圖12為本實用新型實施例之三結構圖。
圖13為圖5的B-B向剖面圖。
參見
圖1，傳統理論認為，螺桿螺旋線部分的長度(L)，按其對物料作用的功能不同，從入料口開始依序分為首段L1稱為加料段或固體輸送段；中段L2稱為熔融段或壓縮段或塑化段；末段L3稱為擠出段或均化段或計量段。塑料在中段，即溶融段L2從熔膜出現開始，隨著熱歷程的增加，螺桿旋轉時，在其螺棱52的推力面53上便形成熔池55，其相鄰的界面另一方便形成固體床54。熔融段L2的熔化過程是固體床54的體積從大到小，直至消失的過程；而熔池55是從小到大，直至全部充滿螺槽51的過程。為此，沿著螺槽51橫截面，其固體床54的寬度X是從B→O(B為螺槽的寬度)減小的過程；而熔池55的寬度(B-X)是由O→B增加的過程，如圖2所示。在傳統理論指導下，熔融段L2螺桿的結構應保持固體床54和溶池55兩極的分離狀態，在熔融段，沿著Z向將螺槽展開，固相57和液相56便有較明顯的界面，如圖3所示。其中，L21為熔融段開始，L22為熔融段終止。
下面將結合附圖4至13對本實用新型的具體結構進行詳細的說明帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，有一螺桿本體1，螺桿本體1上設有螺紋11并沿其長度方向依次分為首段12，中間段13和末段14，其特征在于在螺桿中間段13的螺槽131中設計加工有沿螺槽走向呈螺旋狀分布的混合件132，沿該混合件132走向設計加工有呈間隔狀的供螺槽內物料由該混合件自身一側向另一側通過的若干個剪切混合單元豁口1321。參見圖4至圖7。
螺旋狀走向的混合件132是由一條螺棱高度低于中間段螺棱高度、在連續狀螺紋本體的螺棱高度方向上向下切制加工有若干個剪切混合單元豁口1321的螺紋段構成。參見圖4。
螺旋狀走向的混合件132是由若干個間隔載置固定在中間段螺槽中并呈螺旋狀排列的獨立元件1322排列組合構成的。參見圖5。
由混合件自身螺紋段螺棱頂部向下部螺紋根部切制加工并垂直于螺棱法向截面的混合單元豁口1321的形狀是三角形或弧形或梯形或鋸齒形。見圖6至
圖11。
獨立元件1322形狀是圓柱形或三角體或錐狀體或多棱體或板體，見圖5、
圖13。
各種形狀的獨立元件混雜設置分布并沿中間段螺槽中焊接形成一螺旋狀走向的混合件132。參圖
圖12或
圖13。
螺旋狀的混合件132所構成的走向呈螺旋狀的帶有豁口容積、形狀不同的單元豁口1321的螺旋段是連續的或分段設置的。參見
圖11。
權利要求1.帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，有一螺桿本體，螺桿本體上設有螺紋并沿其長度方向依次分為首段，中間段和末段，其特征在于在螺桿中間段的螺槽中設計加工有沿螺槽走向呈螺旋狀分布的混合件，沿該混合件走向設計加工有呈間隔狀的供螺槽內物料由該混合件自身一側向另一側通過的若干個剪切混合單元豁口。
2.如權利要求1所述的帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，其特征在于螺旋狀走向的混合件是由一條螺棱高度低于中間段螺棱高度、在連續狀螺紋本體的螺棱高度方向上向下切制加工有若干個剪切混合單元豁口的螺紋段構成。
3.如權利要求1所述的帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，其特征在于螺旋狀走向的混合件是由若干個間隔載置固定在中間段螺槽中并呈螺旋狀排列的獨立元件排列組合構成的。
4.如權利要求2所述的帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，其特征在于由混合件自身螺紋段螺棱頂部向下部螺紋根部切制加工并垂直于螺棱法向截面的混合單元豁口的形狀是三角形或弧形或梯形或鋸齒形。
5.如權利要求3所述的帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，其特征在于獨立元件形狀是圓柱形或三角體或錐狀體或多棱體或板體。
6.如權利要求3所述的帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，其特征在于各種形狀的獨立元件混雜設置分布并沿中間段螺槽中焊接形成一螺旋狀走向的混合件。
7.如權利要求2或4所述的帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿，其特征在于螺旋狀的混合件所構成的走向呈螺旋狀的帶有豁口容積、形狀不同的單元豁口的螺旋段是連續的或分段設置的。
專利摘要本實用新型提供帶有螺旋狀加工混合件的脈動螺桿,有一螺桿本體,螺桿本體上設有螺紋并沿其長度方向依次分為首段,中間段和末段,在螺桿中間段的螺槽中設有沿螺槽呈螺旋狀的混合件,沿該混合件走向設計加工有呈間隔狀的容積、形狀供螺槽內物料由該混合件自身一側向另一側通過的若干個剪切混合單元豁口。通過該豁口的混合、剪切、攪拌、爭割使物料能被加速混合,并因此縮短其加工時間,減少螺桿長度。提高生產效率及節能的效果。
文檔編號B29C47/38GK2437476SQ0024631
公開日2001年7月4日 申請日期2000年8月9日 優先權日2000年8月9日
發明者王興天, 王守信 申請人:王興天, 王守信