超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机的制作方法

本发明涉及一种塑料挤出成型装置，特指一种超高比扭矩的可强化传热与混炼塑化的挤出机。

背景技术：

挤出机螺杆的长径比是螺杆的长度L与螺杆的直径D之比。一般来讲，挤出机螺杆的长径比越大，聚合物的热历程越长，塑化质量越好，产量越高。在螺杆转速n一定的条件下，长径比增大，意味着物料在螺杆中的运动时间增加，有利于塑料的塑化和混合，可减少熔料的逆流和漏流，提高生产能力。但是由于受到螺杆所能承受扭矩的限制，螺杆长径比不可能无限增加，长径比过长，能承受的转速越低、物料黏度越小，易发生螺杆扭断现象。

自挤出机问世以来，螺杆长径比经历了一个逐渐变大的过程。早期的挤出机螺杆的长径比较小，只有12-16，随着塑料成型加工工业的发展，挤出机螺杆的长径比逐渐增大，目前常用的为15、20、25、28等，最大可达43。增加长径比有很多好处，例如：螺杆加压充分，制品的物理机械性能均可提高；物料塑化好，制品外观质量较好；挤出量提高20-40％。同时，长径比大的螺杆特性曲线斜率小，较平坦，挤出量稳定；有利于粉料成型，如聚氯乙烯粉料挤管。

专利“超大长径比双螺杆造粒设备”(专利号：201020680116.1)中涉及一种超大长径比的锥形双螺杆挤出机，但是专利中仅仅提到两根锥形螺杆的有效长径比为25～95：1，并未明确指出怎样实现的长径比变大。目前来讲，主要从螺杆及芯轴材料上入手，选用扭矩承载能力更高的材料以实现螺杆的高扭矩，从而提高螺杆长径比。例如，南京科亚公司在螺杆与芯轴上采用承载扭矩更高、装拆更为方便的非标准渐开线花键设计，实现双螺杆挤出机的高转速、高扭矩、高产量。但是由于受到材料本身的限制以及螺杆加工困难、螺杆与机筒安装不便等原因，螺杆长径比增加程度有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，该挤出机可显著提高螺杆扭矩及螺杆长径比，改善挤出机的传热与混炼塑化效果，得到更高质量、更大产量的挤出成型制品。

本发明的技术方案为，超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，主要包括机架、减速箱、加料装置、机筒、主动塑化部件、齿轮泵、从动混合部件、机头、电机、加热冷却部件、控制系统等，主动塑化部件和从动混合部件之间由齿轮泵连接，齿轮泵的作用是将主动塑化部件塑化的熔体以较大的流量输送到从动混合部件。其中主动塑化部件主要由花键孔螺杆元件、花键芯轴组成，多个积木式花键孔螺杆元件串联在花键芯轴上组成主动塑化部件螺杆，花键芯轴端部与减速箱连接，通过电机旋转经减速箱的降速，扭矩传递到螺杆芯轴，进而带动主动塑化部件螺杆旋转，促使物料塑化及向前输送。从动混合部件主要由圆柱孔螺杆元件、圆柱芯轴组成，多个积木式圆柱孔螺杆元件，如强化分散及混合的螺杆元件(像分离型、分流型等螺杆构型)、强化传热元件等，串联在圆柱芯轴上组成从动混合部件螺杆，圆柱芯轴两端分别固定在齿轮泵和机头处。聚合物经过主动塑化部件塑化后，通过齿轮泵输送到从动混合部件，在聚合物熔体自身流动的驱动下，从动混合部件中的圆柱孔螺杆元件在圆柱芯轴上发生从动旋转，一边旋转一边进一步驱动聚合物熔体混合塑化及向前输送。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，塑化部分由主动塑化和从动混合两部分实现。主动塑化部件靠电机通过减速箱主动驱动主动塑化部件螺杆旋转，从动混合部件通过物料流动间接驱动从动混合部件螺杆旋转。因此，从动混合部件圆柱芯轴无需承受扭矩，螺杆长径比不受限制；而主动塑化部件螺杆长度较短，可用来承受高扭矩。本发明既适用于双螺杆等多螺杆挤出机，也适用于单螺杆挤出机。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，主动塑化部件和从动混合部件之间由齿轮泵连接，齿轮泵的作用是将主动塑化部件塑化的熔体以较大的流量输送到从动混合部件。在流量足够的情况下，可以不使用齿轮泵。主动塑化部件与从动混合部件直接连接。从动混合部件圆柱芯轴直接固定在主动塑化部件花键芯轴上。主动塑化部件中的花键孔螺杆元件串联在主动塑化部件花键芯轴，从动混合部件中的圆柱孔螺杆元件串联在从动混合部件圆柱芯轴上。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，圆柱芯轴与花键芯轴及机头处的连接方案可以是，圆柱芯轴与花键芯轴的连接为，花键芯轴开孔，圆柱芯轴与花键芯轴之间通过止推轴承发生相对旋转、弹性挡圈限位、端盖与密封圈密封，端盖与花键芯轴通过螺栓连接，止推轴承靠端盖与花键芯轴轴肩定位，止推轴承用来承受轴向力，端盖与圆柱芯轴之间设有密封圈密封；同样地，圆柱芯轴与机头处的连接为，分流板中心开孔，圆柱芯轴伸入分流板孔中，通过止推轴承发生相对转动、端盖与密封圈密封，端盖与分流板通过螺栓连接，止推轴承靠端盖与分流板中心孔轴肩定位，端盖与圆柱芯轴之间设有密封圈密封。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，从动混合部分各螺杆元件端面一端开槽，一端设置凸台，相邻的螺杆元件通过槽与凸台相互键合，改变了扭矩的传递形式，将传统芯轴与螺杆元件的花键传动改为螺杆元件端面之间的键合传动，可有效解决花键芯轴易扭断的问题。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，从动混合部分各螺杆元件端面键合形式可以是“十字形”键合或其他形式。十字形键合形式主要是在螺杆元件两端面分别开设十字形凸台和十字形凹槽，通过一个螺杆元件的十字形凸台插入相邻螺杆元件的十字形凹槽，以此类推，组成螺杆串，与圆柱芯轴一起构成从动混合部件螺杆。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，主动塑化部分可采用开内螺旋槽机筒和开长条槽螺杆的形式，以获得良好的传热塑化及输送能力。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，从动混合部件中的圆柱芯轴，也可以是链、钢丝绳等柔性芯轴。

本发明的有益效果是：通过引入从动混合，可显著提高螺杆扭矩及螺杆长径比，满足日益复杂的反应挤出成型等特种挤出，改善挤出机的传热与混炼塑化效果，得到更高质量、更大产量的挤出成型制品。

附图说明

图1为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机整机示意图；

图2为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机未使用齿轮泵的螺杆芯轴；

图3为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机未使用齿轮泵的双螺杆；

图4为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机主动塑化部分的一种形式；

图5为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机未使用齿轮泵的塑化部分的一种形式。

图6为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机未使用齿轮泵的圆柱芯轴与花键芯轴及机头的连接；

图7为本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机从动混合部分螺杆元件的连接。

图中，1.机架；2.减速箱；3.加料装置；4.机筒；5.花键孔螺杆元件；6.花键芯轴、7.齿轮泵；8.强化分散及混合的螺杆元件；9.强化传热元件；10.圆柱芯轴；11.机头12.电机；13.开内螺旋槽机筒；14.开长条槽螺杆；15.弹性挡圈；16.止推轴承；17.密封圈；18.端盖；19.分流板；20.十字形凸台；21.十字形凹槽。

具体实施方式

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，如图1所示，主要包括机架1、减速箱2、加料装置3、机筒4、主动塑化部件、齿轮泵7、从动混合部件、机头11、电机12、加热冷却部件、控制系统等，主动塑化部件和从动混合部件之间由齿轮泵7连接，齿轮泵7的作用是将主动塑化部件塑化的熔体以较大的流量输送到从动混合部件。其中主动塑化部件主要由花键孔螺杆元件5、花键芯轴6组成，多个积木式花键孔螺杆元件5串联在花键芯轴6上组成主动塑化部件螺杆，花键芯轴6端部与减速箱2连接，通过电机12旋转经减速箱2的降速，扭矩传递到螺杆芯轴，进而带动主动塑化部件螺杆旋转，促使物料塑化及向前输送。从动混合部件主要由圆柱孔螺杆元件、圆柱芯轴10组成，多个积木式圆柱孔螺杆元件，如强化分散及混合的螺杆元件8(像分离型、分流型等螺杆构型)、强化传热元件9等，串联在圆柱芯轴10上组成从动混合部件螺杆，圆柱芯轴两端分别固定在齿轮泵7和机头11处。聚合物经过主动塑化部件塑化后，通过齿轮泵7输送到从动混合部件，在聚合物熔体自身流动的驱动下，从动混合部件中的圆柱孔螺杆元件在圆柱芯轴10上发生从动旋转，一边旋转一边进一步驱动聚合物熔体混合塑化及向前输送。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，塑化部分由主动塑化和从动混合两部分实现。主动塑化部件靠电机12通过减速箱2主动驱动主动塑化部件螺杆旋转，从动混合部件通过物料流动间接驱动从动混合部件螺杆旋转。因此，从动混合部件圆柱芯轴10无需承受扭矩，螺杆长径比不受限制；而主动塑化部件螺杆长度较短，可用来承受高扭矩。本发明既适用于双螺杆等多螺杆挤出机，也适用于单螺杆挤出机。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，主动塑化部件和从动混合部件之间由齿轮泵7连接，齿轮泵7的作用是将主动塑化部件塑化的熔体以较大的流量输送到从动混合部件。在流量足够的情况下，可以不使用齿轮泵7。主动塑化部件与从动混合部件直接连接。从动混合部件圆柱芯轴10直接固定在主动塑化部件花键芯轴6上，如图2所示。主动塑化部件中的花键孔螺杆元件5串联在主动塑化部件花键芯轴6，从动混合部件中的圆柱孔螺杆元件串联在从动混合部件圆柱芯轴10上，如图3所示。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，圆柱芯轴10与花键芯轴6及机头11处的连接方案可以是，如图6所示，圆柱芯轴10与花键芯轴6的连接为，花键芯轴6开孔，圆柱芯轴10与花键芯轴6之间通过止推轴承16发生相对旋转、弹性挡圈15限位、端盖18与密封圈17密封，端盖18与花键芯轴6通过螺栓连接，止推轴承16靠端盖18与花键芯轴6轴肩定位，止推轴承16用来承受轴向力，端盖18与圆柱芯轴10之间设有密封圈17密封；同样地，圆柱芯轴10与机头11处的连接为，分流板19中心开孔，圆柱芯轴10伸入分流板19孔中，通过止推轴承16发生相对转动、端盖18与密封圈17密封，端盖18与分流板19通过螺栓连接，止推轴承16靠端盖与分流板19中心孔轴肩定位，端盖18与圆柱芯轴10之间设有密封圈17密封。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，从动混合部分各螺杆元件端面一端开槽，一端设置凸台，相邻的螺杆元件通过槽与凸台相互键合，改变了扭矩的传递形式，将传统芯轴与螺杆元件的花键传动改为螺杆元件端面之间的键合传动，可有效解决花键芯轴6易扭断的问题。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，从动混合部分各螺杆元件端面键合形式可以是“十字形”键合或其他形式，如图7所示。十字形键合形式主要是在螺杆元件两端面分别开设十字形凸台20和十字形凹槽21，通过一个螺杆元件的十字形凸台20插入相邻螺杆元件的十字形凹槽21，以此类推，组成螺杆串，与圆柱芯轴10一起构成从动混合部件螺杆。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，主动塑化部分可采用开内螺旋槽机筒13和开长条槽螺杆14的形式，以获得良好的传热塑化及输送能力，如图4和图5所示。

本发明超高比扭矩强化传热与混炼塑化挤出机，从动混合部件中的圆柱芯轴10，也可以是链、钢丝绳等柔性芯轴。

以上所述为本发明的具体设备及工艺情况，配合各图予以说明。但是本发明并不局限于以上所述的具体设备及工艺过程，任何基于上述所说的对于相关设备修改或替换，任何基于上述所说的对于相关工艺的局部调整，只要在本发明的精神领域范围内，均属于本发明。