专利名称：二阶式排气挤出机螺杆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种加工干混料的排气挤出机螺杆，特别是一种由加料段、压缩段、计量段、排气段、孔式混炼环及螺杆头组成的长径比比值为25并由6部分组配而成的两阶式排气挤出机螺杆，其特征在于它是一种长径比比值为28至33之间，第二计量段为7至9个螺距长度，带有螺纹螺杆头，B／A阶段长比为0.8至0.9，由5部分组配而成的两阶式排气挤出机螺杆。
图1至4是1986年我国从意大利菲亚普公司引进的并在厦门齐鲁包装材料厂使用的加工HPVC包装膜的干混料排气挤出机螺杆的结构示意图和局部剖视图。该螺杆1由A、B两阶组成，其中A阶由加料段4、第一压缩段5、第一计量段6、孔式混炼7组成，B阶由减压段8、排气段10、第二压缩段11、第二计量段12、孔式混炼环7及螺杆头13组成。由于螺杆1在机筒2内的旋转作用，使物料由加料口3加入后则被螺杆1的螺旋槽卷入并逐渐被压缩、混合、升温并在半塑化状态时到达排气段10，将气体及挥发物由排气口9排出后再一次被压缩、升温直至成熔融状态由机头14的圆形流道15挤出。为了强化混合效果，在第一计量段6和第二计量段12末端装有孔式混炼环7。
该螺杆1的第一个不足是长径比比值只有25偏小，第二计量段12也只有六个螺距长度也偏短。由于长径比小，第二计量段短，物料在相同转速下的停留时间也短，物料塑化质量就差，为达到塑化质量要求就必须使螺杆在低速下运行，这又导致了产量的下降。第二计量段12偏短则导致了均压效果差，即不能保证建立起稳定而足够的机头压力，使机头压力波动达±5kg／cm2以上，导致了挤出产量和质量的波动。同时由于12偏短，也导致了倒流量增大，这就是该机台排气口9大量冒料的根本原因。同时，由于螺杆1长径比小，B／A阶段长比比值在0.5至0.6之间，即B阶短段长比匹配不合理，故螺杆转速升高时，机头14压力也随之增高、倒流量也随之增加，而当螺杆转速降低时，冒料量虽然减少，但机头压力又下降，制品致密性和质量也随之下降，因此该螺杆只能在较低转速下运转，故产量比较低，这也是现有排气挤出机的一个共同的弱点。该螺杆的第二个不足是，当高温物料在第二计量段12螺棱的推动下通过第二个孔式混炼环7的小孔16而进入到螺杆头13部位时，由于螺杆头13短而没有螺纹，所以到此的熔融物料只能依赖后面物料通过16后的残余挤压力继续向前推进，由于此推力较小(因为螺杆转速偏低其推力也小)而不能有效克服前部机头压力和阻力，所以熔融料极易在此滞流，尤其是螺杆头13圆锥表面层流层在螺杆旋转时产生剪切摩擦会使料温急剧升高甚至烧焦，该烧焦料便粘附在13表面且越积越多直至剥落而被夹带到物料中被挤出，既影响产品质量，又有时造成卡堵住15而被迫停产。为解决由于热敏性物料极易烧焦之问题，所以必须在螺杆1钻油冷却深孔22，这不仅给螺杆加工带来了困难，而且还需配备一套温控仪表及流量控制泵、阀等，使机器庞大而造价高。
该螺杆第三点不是为了加工深孔22方便，而必须将螺杆1分段加工后再组装起来，这就使得螺杆1是由两部分孔式混炼环7、螺杆头13、螺纹段18、螺杆段19和21六部分串接而成的，为防止冷却介质漏入螺杆外部物料中，在各连接断处均需有密封件17密封，这不仅增加了零件的数目和加工的难度，而且给拆装带来了一定难度，特别是导致了螺杆轴向装配精度的下降。
本发明的任务就在于克服现有技术所存在的上述缺点和不足，而提供一种优质高效、维修方便，可在高转速下运行并能低温挤出的适于加工干混料的二阶式排气挤出机螺杆。
图1是意大利进口机台螺杆结构示意图。
图2是
图1的E－E剖视放大图图3是
图1的F－F剖视图图4是
图1的G－G剖视图图5是本实用新型实施例1螺杆结构示意图图6是图5的A－A剖视图图7是本实用新型实施例2结构示意图图8是本实用新型实施例3结构示意图图9、
图10是图7和图8波型螺槽底经变化示意放大图
图11是本实用新型实施例4结构示意图
图12是
图11B－B剖视图本实用新型主要特点是将螺杆长径比增加到28至33，并将B阶的第二计量段段长提高到7至9个螺距长度，螺杆头设计成一带有较深槽深的螺纹螺杆头，组合结构做了改进，即取消了连接螺纹段，将连接螺纹直接设计在螺杆各连接段本体上，减少了零件数目和密封面数目。
下面将结合附图对本实用新型进行描述本实用新型所述的两阶式排气挤出机螺杆(见图5和图6)的第一个特点就是把螺杆23的长径比比值增大到28至33，并把原B／A阶段长比比值0.5重新优化设计为B／A比值为0.8至0.9，第二计量段27段长增加到6个螺距长度以上，一般可到7至9个螺距长度。这不仅增长了螺杆23的轴向工作长度，延长了物料在相同转速下在机筒2内的停留时间，提高了产品塑化质量，而且可以保证螺杆23在较高转速下运行也能保证其塑化质量，故有较高的产量。另外由于第二计量段27的增长，使螺杆23的稳压效果明显提高，大大降低了机头压力波动和挤出产量的波动，使机头压力波动减少到±2kgf／cm2以下。而且由于其稳压效果提高及机头压力波动的降低减少了机头压力对物料回料量的影响，导致了排气口9(见
图1)处冒料量大幅度减少，即使在高达350kgf／cm2的高机头压力作用下，对冒料也没有什么影响，这就充分说明了本螺杆23具有很好的稳压效果和在较大机头压力范围下稳定工作的特性，其产量为同规格机台的两倍以上，这也是本螺杆与现有的两阶式螺杆的最大不同之处。
本螺杆的第二个特点是巧妙地设计了一个带有较深螺槽的螺纹螺杆头25，它的出现使得由孔式混炼环7推挤过来的物料除了继续受到后部物料推挤作用外，还受到了螺纹螺杆头25上的螺纹的强制输送作用，这样就有效地克服了由于向机头14方向推动力不够而造成的在螺杆头圆锥表面26周围物料的滞留及热分解后粘附在26表面烧焦的缺点。另外由于25上的螺纹槽深比第二计量段27的槽深深30％至40％，所以当物料到达25时所受的剪切摩擦就减少了，因此物料温度不会升高甚至还有所降低，这就有效地防止了因料温过高及推力不够所产生的物料的热分解。因此本螺杆具有良好的低温挤出性能和自洁性，可以在临界转速之内不需任何温控(冷却)下连续长时间运行。
但为了进一步扩大机器使用性能和使螺杆在超过其极限转速下正常工作，螺杆23同以有螺杆一样也采取了钻孔冷却结构，但它只是在超过临界转速的高转速下才要冷却，而原螺杆在一般转速下也必须冷却，这是本螺杆上述结构改进的结果。为钻孔22及孔式混炼环7加工需要螺杆23也采用了组合式结构，但组合方式及结构不同于原螺杆(
图1)的组合结构。本螺杆23的螺杆段19和29采用了在螺杆本体直接连接的方法，在29上的后部有一外螺纹段28与19的内螺纹旋合连接，这样不仅减少了原中间螺纹段18，而且减少了密封面17的数目，使密封更可靠零件数目更少了，是一种同时具有低速不冷却而在调整时可冷却的两用式螺杆。
本发明的第二个实施例(见图7、图9和
图10)就是在第一实施例基础上，将螺杆23的第二压缩段24和第二计量段27上的单头螺纹设计为单波状螺纹结构，该单波形螺纹段30与本发明实施例1的其它部分组成新的二阶式波状排气挤出机螺杆31(A阶与图5相同故未画出)。该单波状螺纹段30的螺纹槽深在圆周方向(径向)是变化的。该螺纹段从排气段32相接的第一个螺距为起点，直至孔式混炼环7内侧为终点，在零度至540°的一个变化周期中，波状螺纹段30的螺槽底径外表面35(见图9和10)与机筒的内表面36之间螺纹槽深在每一点上都是不同的，在零度和540度处为最浅，此时螺杆31螺槽底径外表面35与机筒的内表面36之间间隙为最小，而容积也为最小，而在270度时为最深，此时35与36之间间隙为最大，而容积也为最大，由于槽深变化影响了35与36之间的容积的变化使得物料所受到的剪应力和剪切速率也在变化，而这种变化是每540度循环一次，在周向每变化一周期，在轴向物料则向机头方向前移1.5个螺距。而且这种变化是随着螺杆31的转动逐渐渐变并不断改变的，当物料进入到浅螺槽区域时，0度至180度时，由于容积小体积被压缩，相互间剪切摩擦作用增大而所受剪应力和剪切速度也就增大，物料发热量就大。但随着螺杆31转动，物料又逐渐进入到深螺槽区域180度至360度时，物料由强压状态逐渐进入到一个较疏松、压力较小的状态，因而其相互间摩擦力也随之下降，剪切力也就变小，当然物料温度不再上升甚至还有所下降。当螺杆转动到360度以后时，由于槽深又逐渐变浅，物料又再一次受到压缩和强剪切。如此周而复始直至物料通过单波状螺杆段30并通过孔式混炼环7为止。由此可见，本实施例中的螺杆31不仅具有实施例1所述的优点，还具有瞬间强剪切、串动高混合及低温升的效果，更适合加工热敏性高的物料。
本发明的第三实施例就是用双波状螺纹段33代替实施例1中的第二压缩段24和第二计量段27上的原单头螺纹而组成双波状排气挤出机螺杆34(见图8、图9和
图10)。由图可见，双波状螺纹段33是将单波的螺槽变成波形正好180度错位的两个波状起伏段，这样物料除了像在单波形螺纹段30那样受到挤压－松驰、剪切－混合作用外，还能在两个波间轴向串动，因此具有比单波形螺纹更好的混合效果，其作用原理与单波形螺纹段30类似，此处不再阐述。
本发明的第四个实施例(见
图11和
图12)就是在第一实施例基础上，将第二压缩段24和第二计量段27上的原单头螺纹段设计成双头屏障型螺纹段37，37与实施例1的其它部分构成了新的二阶式屏障型排气挤出机螺杆38。它的主要特点是屏障型螺纹段37的螺棱42比原有的单头螺纹螺棱41在径向低0.5至1毫米，即屏障型螺纹槽深比原螺纹的螺槽浅。由于新加入的屏障螺纹的螺纹起点和螺距与原螺纹不同，因此就把原来的一个螺槽分割成两个螺槽，而且这两个螺槽中的液相螺槽40的螺槽容积是在轴向由小逐渐变大，而另一个固相螺槽39的螺槽容积是由大逐渐变小，当固液螺槽中的物料在与机筒内表面36处出现熔膜后，便由较低的屏障螺棱42顶上翻越到另一螺槽即液相螺槽40中去，如此不断压缩、翻越，可大大增强物料的混合性。另外为了防止物料在死角处堆积而产生热分解，为了提高螺杆38的自洁性，该屏障螺纹的螺纹起、终点都不封闭而保持大于3毫米的最小间隙。
因此，本实用新型同现有两阶式排气挤出机螺杆相比，不仅具有低温挤出、产量稳定、优质高产之优点，还具有不冒料、结构简单之特点，是一种适用于HPVC、ABS等于混料加工的两阶式排气挤出机螺杆。
权利要求1.本实用新型涉及一种加工干混料的排气挤出机螺杆，特别是一种由加料段、压缩段、计量段、排气段、孔式混炼环及螺杆头组成的长径比比值为25并由6部分组配而成的两阶式排气挤出机螺杆，其特征在于它是一种长径比比值为28至33之间，第二计量段为7至9个螺距长度，带有螺纹螺杆头，B/A阶段长比为0.8至0.9，由5部分组配而成的两阶式排气挤出机螺杆。
2.按照权利要求1所述的两阶式排气挤出机螺杆，其特征在于a、螺杆长径比比值为28至33之间，螺杆段长比B／A比值为0.8至0.9之间，螺杆第二计量段长度为7至9个螺距长度之间。b、螺杆B阶上有一个带有螺纹的螺杆头，该螺杆头上的螺纹槽深比与之相邻的第二计量段螺纹槽深深30％至40％。c、螺杆是由五部分组配而成，其连接处的一螺杆段本体上有一外螺纹段，另一螺杆段本体上有一与外螺纹相旋合的内螺纹。
3.按照权利要求1所述的两阶式排气挤出机螺杆，其特征在于a、第二压缩段和第二计量段螺纹可设计成单波状螺纹或双波状螺纹，该螺纹以排气段相接的第一螺距为起点至孔式混炼环内侧为止，每零度至540度为一变化周期，其波状螺纹槽底径外表面与机筒内表面之间的螺槽深度在径向的每一点都是不同的，在零度和540度处为最深，在270度处为最浅，在周向变化一周期螺纹在轴向前移1.5个螺距，双波状螺纹是将单波状螺槽变成波形正好180度错位的两个波状起伏段。b、在第二压缩段和第二计量段上的原单头螺纹基础上新增加了一条屏障型螺纹，该屏障型螺纹螺棱高度比原单头螺纹螺棱高度低0.5至1毫米，该屏障螺纹起、终点均不封闭，它将原来的一个螺槽分割成二个螺槽，分割后固相螺槽容积由大逐渐变小，而液相螺槽容积由小逐渐变大。
专利摘要本实用新型涉及一种适合加工HPVC、ABS等干混料的两阶式排气挤出机螺杆，它既克服了现有的两阶式排气挤出机螺杆产量低而不稳定以及极易冒料的缺点，又解决了现有两阶式排气挤出机螺杆结构复杂，强度低、造价高等不足，提供了一种大长径比，设计有螺纹螺杆头以及新组合结构的两阶式排气挤出机螺杆。
文档编号B29C47/60GK2048820SQ8920915
公开日1989年12月6日 申请日期1989年7月1日 优先权日1989年7月1日
发明者康正生 申请人:北京化工学院