一种自循环油加热的反应型挤出机及其工作方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种自循环油加热的反应型挤出机及其工作方法与应用，该挤出机包括三个驱动、三个螺筒、每个驱动均由驱动电机和与驱动电机连接的螺杆组成，每个驱动的螺杆分别套接在螺筒中，螺筒之间通过三通连接；第一个螺筒的前段设置有电加热瓦片、两个加料口，第一个螺筒的后段和另外两个螺筒设置有自循环油加热单元和测温热电偶，自循环油加热单元连接有放空管，第三个螺筒设置有加料口和抽气孔；循环油加热单元包括外壳，外壳与螺筒之间设置有空隙，空隙中设置有冷却水管，外壳设置有突出部，突出部中设置有电加热棒。本发明采用三段螺杆的设计，可以较好满足反应型挤出对较长滞留时间，反应试剂和树脂均匀混合的要求。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种反应型挤出机及其工作方法与应用，尤其涉及一种自循环油加热 的反应型挤出机及其工作方法与应用，属于化工设备【技术领域】。 一种自循环油加热的反应型挤出机及其工作方法与应用
【背景技术】
[0002] 挤出机是塑料加工最常用的一种加工机械。通常它的加热方式是在机筒外附瓦片 型电加热元件，直接加热。近十几年，将聚合反应和挤出成型结合在一起的反应挤出技术， 高分子接枝改性技术，反应共混技术的研究和应用越来越多，这些技术，本发明暂称为反应 型挤出技术。但是真正适合于这类技术的挤出机还不多。在生产实践中，有的采用加长现 有的挤出机进行上述技术的加工，但较难满足反应挤出加工的预定工艺要求。
[0003] 首先，一般用于挤出成型的挤出机，基本上只有塑化和挤出两个过程，物料停留时 间较短（1.5-2min)，每段温度温控范围较宽，电热瓦片直接加热，升温快，温差大。但是对 于反应型挤出，例如高分子接枝挤出，最重要的是使高分子材料和接枝试剂、引发剂充分混 合，并在适宜的温度下发生接枝反应，这种混合需要较长的时间和严格的温度。在这较长的 反应区和挤出区，需要外给热量很小，甚至由于内摩擦热，还需略微降温，电热瓦片直接加 热的热惯性大，就难以满足反应性挤出的工艺要求。
[0004] 另外，一般挤出机缺少混合和反应需要的特殊螺纹设计，来提供高效的混合区间、 足够的停留时间并满足均匀混合和充分反应的需要。
[0005] 因此，提出一种适合于反应挤出的反应区设计和与此适应的加热方式，是制造反 应型挤出机的关键。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种自循环油加热的反应型挤出机及其工作方 法与应用。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] -种自循环油加热的反应型挤出机，包括第一驱动、第一螺筒、第二驱动、第二螺 筒、第三驱动和第三螺筒，所述的第一驱动、第二驱动和第三驱动均分别包括驱动电机和与 驱动电机连接的螺杆，所述的第一驱动、第二驱动和第三驱动的螺杆分别套接在所述的第 一螺筒、第二螺筒和第三螺筒中，所述的第一螺筒和第二螺筒之间以及第二螺筒和第三螺 筒之间均通过三通连接；所述的第一螺筒的前段设置有电加热瓦片、第一加料口和第二加 料口，所述的第一螺筒的后段、第二螺筒和第三螺筒设置有自循环油加热单元和热电偶，所 述的热电偶的测温部设置在第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒的内部，所述的自循环油加热 单元连接有放空管，所述的第三螺筒设置有第三加料口和抽气孔；所述的循环油加热单元 包括圆形加热单元外壳，所述的加热单元外壳分别与第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之间 留有空隙，所述的加热单元外壳端面方向的左下部或右下部设置有半圆形的突出部，所述 的突出部中设置有电加热棒，在所述的空隙中相对于坚直方向与突出部对称的一侧设置有 冷却水管，所述的电加热棒到加热单元外壳中心的连线与所述的冷却水管到加热单元外壳 中心的连线之间的夹角呈90°，所述的电加热棒到加热单元外壳中心的连线与水平面的夹 角 Θ = 30-50。。
[0009] 根据本发明，优选的，所述的第一螺筒的前段长500-1000mm，所述的第一螺筒的后 段长1500-2000mm，所述的电加热瓦片的个数为4-8个。
[0010] 根据本发明，优选的，所述的第二螺筒长2400-3000mm，所述的第三螺筒长 2400-3000mm〇
[0011] 根据本发明，优选的，所述的循环油加热单元长350-500mm。
[0012] 根据本发明，优选的，所述的第一螺筒的循环油加热单元个数为3-4个，第二螺筒 的循环油加热单元个数为4-6个，第三螺筒的循环油加热单元的个数为4-6个。
[0013] 根据本发明，优选的，所述的第一螺筒的测温热电偶个数为1-2个，第二螺筒的测 温热电偶个数为1-2个，第三螺筒的测温热电偶个数为1-2个。
[0014] 根据本发明，优选的，所述的加热单元外壳与第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之间 留有空隙的距离为20-25mm。
[0015] 根据本发明，优选的，所述的电加热棒到加热单元外壳中心的连线与水平面的夹 角 Θ = 40-48°，更优选 45°。
[0016] 根据本发明，优选的，所述的加热单元外壳外侧设置有保温层。
[0017] 根据本发明，优选的，相邻的循环油加热单元内的电加热棒交错排布。电加热棒交 错排布便于电加热棒的更换和维修。
[0018] 根据本发明，优选的，所述的第三螺筒末端与造粒机头连接。物料经挤出后在造粒 机中造粒。
[0019] 根据本发明，上述自循环油加热的反应型挤出机的工作方法，步骤如下；
[0020] 加热单元外壳与第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之间留有的空隙填充有导热油用 于传热，加热棒用于加热导热油，热电偶测试物料温度，当物料温度过高，开启冷却水管调 节温度；开启驱动电机，从第一加料口和第二加料口加入反应原料，反应原料在第一螺筒前 段经电加热瓦片加热熔融，在第一螺筒后段混合均匀并发生化学反应，在第二螺筒完成化 学反应；物料到达第三螺筒，通过第三加料口加入其他原料，通过抽气孔真空抽气除去低沸 点物，物料从第三螺筒末端出料。出料后可进入到造粒机中造粒。
[0021] 根据本发明，上述自循环油加热的反应型挤出机应用于树脂材料的反应型挤出。
[0022] 本发明采用三段设计，包括有熔融塑化段、反应段和后处理和挤出段，熔融塑化段 (第一螺筒）主要是完成物料的熔融和塑化，第一加料口可以加入树脂和固体助剂，第二加 料口可以加入引发剂或其他液体助剂，物料经电加热瓦片加热熔融，在引发剂作用下反应。 反应段（第二螺筒）主要是完成化学反应（可以包括接枝反应、聚合反应等）。后处理和挤 出段（第三螺筒）除继续化学反应外，主要完成后处理（真空抽气除去低沸点物，加入第二 单体以除去接枝单体，加入改性剂等）。
[0023] 本发明加热单元采用特殊设计，加热单元外壳与第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒 之间留有空隙填充有导热油用于传热，加热单元外壳的突出部中设置的电加热棒将导热油 加热后导热油膨胀，使得加热单元中的导热油能够产生循环，实现自循环油加热。放空管的 设置实现加热单元外壳内的压力和大气压力平衡，使自循环顺畅。
[0024] 本发明每个自循环油加热单元，以测温热电偶得到的料液温度为基础，和电加热 棒开关、冷水水管开关联动，实现加热、保温和降温的自动控制。
[0025] 本发明的有益效果如下：
[0026] 1、本发明采用三段螺杆设计，可以较好满足反应型挤出对较长滞留时间的要求， 以及对反应试剂和树脂均匀性混合的要求。
[0027] 2、本发明采用能够自循环的油加热方式，加热温度易于控制，克服了电热瓦片直 接加热而导致的加热惯性大的缺陷；而且，在一个加热单元中同时设置有电加热棒和冷却 水管，能够同时实现加热和冷却的要求，便于温度的迅速调整和灵活控制。
[0028] 3、本发明自循环油加热，温度调节的精度可达到±0. 2°C，从偏离温度调整到正常 温度所需的时间短，在设定的温度下，稳定运行，受环境干扰小。
[0029] 4、本发明每个自循环油加热单元都是相互独立的，能够满足加料、反应、挤出不同 阶段的物料温度要求。
[0030] 5、本发明自循环油加热和传统的电热瓦片加热相比，能够节能50-60%。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明实施例1自循环油加热的反应型挤出机的主体结构示意图。
[0032] 图2为本发明实施例1自循环油加热的反应型挤出机自循环油加热单元沿A-A方 向的剖面示意图。
[0033] 其中，1、第一驱动，2、第一螺筒，3、第二驱动，4、第二螺筒，5、第三驱动，6、第三螺 筒，7、三通，8、电加热瓦片，9、第一加料口，10、第二加料口，11、自循环油加热单元，12、放空 管，13、测温热电偶，14、第三加料口，15、抽气孔，16、造粒机头，17、加热单元外壳，18、突出 部，19、电加热棒，20、冷却水管。
[0034] 具体实施方
[0035] 下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0036] 实施例1
[0037] 本实施例自循环油加热的反应型挤出机水平方向固定安装。
[0038] -种自循环油加热的反应型挤出机，包括第一驱动1、第一螺筒2、第二驱动3、第 二螺筒4、第三驱动5和第三螺筒6,所述的第一驱动1、第二驱动3和第三驱动5均分别包 括驱动电机和与驱动电机连接的螺杆，所述的第一驱动1、第二驱动3和第三驱动5的螺杆 分别套接在所述的第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6中，所述的第一螺筒2和第二螺筒 4之间以及第二螺筒4和第三螺筒6之间均通过三通7连接；所述的第一螺筒2的前段设 置有电加热瓦片8、第一加料口 9和第二加料口 10,所述的第一螺筒2的后段、第二螺筒4 和第三螺筒6设置有自循环油加热单元11 (如图1所示，自循环油加热单元11设置在第一 螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6的外侧）和热电偶13,所述的热电偶13的测温部设置在 第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6的内部（螺筒和螺杆之间留有间隙，热电偶能够直接 测得物料的温度），所述的自循环油加热单元11连接有放空管12(图1中仅标出第一螺筒 2中的放空管12)，所述的第三螺筒6设置有第三加料口 14和抽气孔15 ;所述的循环油加 热单元11包括圆形加热单元外壳17,所述的加热单元外壳17分别与第一螺筒2、第二螺筒 4和第三螺筒6之间留有空隙（如图2所示，加热单元外壳17与第一螺筒2、第二螺筒4和 第三螺筒6之间设置有空隙，空隙填充有导热油，用于加热），所述的加热单元外壳11端面 方向的左下部设置有半圆形的突出部18 (如图2所示，第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒 6均为水平放置，突出部18设置在加热单元外壳11端面方向的左下部），所述的突出部18 中设置有电加热棒19,在所述的空隙（如图2所示，用于填充导热油的空隙）中相对于坚 直方向与突出部18对称的一侧设置有冷却水管20,所述的电加热棒19到加热单元外壳17 中心的连线与所述的冷却水管20到加热单元外壳17中心的连线之间的夹角呈90°，所述 的电加热棒19到加热单元外壳17中心的连线与水平面的夹角Θ = 45°。
[0039] 本实施例中所述的第三螺筒6末端与造粒机头16连接。物料经挤出后在造粒机 头16中造粒。
[0040] 本实施例中所述的第一螺筒2的前段长1000mm，所述的第一螺筒的后段长 1500mm，所述的电加热瓦片8的个数为8个；
[0041] 所述的第二螺筒4长3000mm，所述的第三螺筒6长3000mm ;
[0042] 所述的循环油加热单元11长500mm ;
[0043] 所述的第一螺筒2的循环油加热单元11个数为3个，第二螺筒4的循环油加热单 元11个数为5个，第三螺筒6的循环油加热单元11的个数为5个；
[0044] 所述的第一螺筒2的测温热电偶13个数为2个，第二螺筒4的测温热电偶13个 数为2个，第三螺筒6的测温热电偶13个数为2个；
[0045] 相邻的循环油加热单元11内的电加热棒19交错排布。电加热棒19交错排布便 于电加热棒19的更换和维修。
[0046] 所述的热电偶13的测温部设置在第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6的内部，热 电偶13的测温部直接与物料接触，直接测得物料的温度，便于及时调整加热和冷却参数， 实现温度的灵活控制。
[0047] 本实施例第一螺筒2的前段主要是完成物料的熔融和塑化，第一加料口 9可以加 入树脂和固体助剂，第二加料口 10可以加入引发剂或其他液体助剂，物料经电加热瓦片8 加热熔融，在引发剂作用下反应。第二螺筒4主要是完成化学反应（可以包括接枝反应、聚 合反应等）。第三螺筒6除继续化学反应外，主要完成后处理（通过抽气孔15真空抽气除 去低沸点物，加入第二单体以除去接枝单体，加入改性剂等）。加热单元外壳17与螺筒2 (4、 6)之间的空间填充有导热油用于传热，加热单元外壳17的突出部18中设置的电加热棒19 将导热油加热后导热油膨胀，并产生按图2箭头方向的循环，实现自循环油加热。放空管的 设置实现加热单元外壳内的压力和大气压力平衡，使自循环顺畅。
[0048] 本实施例上述自循环油加热的反应型挤出机，使用时：
[0049] 加热单元外壳17与第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6之间留有的空隙填充有 导热油用于传热，开启驱动电机，从第一加料口 9和第二加料口 10加入反应原料，反应原料 在第一螺筒2前段经电加热瓦片8加热熔融，在第一螺筒2后段混合均匀并发生化学反应， 在第二螺筒4完成化学反应；物料到达第三螺筒4,通过第三加料口 14加入其他原料，通过 抽气孔15真空抽气除去低沸点物，物料从第三螺筒6末端出料进入到造粒机头16中造粒。
[0050] 实施例2
[0051] 如实施例1所述的一种自循环油加热的反应型挤出机，不同的是所述的第一螺筒 2的前段长500mm，所述的第一螺筒的后段长2000mm，所述的电加热瓦片8的个数为4个；
[0052] 所述的第二螺筒4长2400mm，所述的第三螺筒6长2400mm ;
[0053] 所述的循环油加热单元11长400mm ;
[0054] 所述的第一螺筒2的循环油加热单元11个数为4个，第二螺筒4的循环油加热单 元11个数为4个，第三螺筒6的循环油加热单元11的个数为4个；
[0055] 所述的第一螺筒2的测温热电偶13个数为1个，第二螺筒4的测温热电偶13个 数为2个，第三螺筒6的测温热电偶13个数为2个；
[0056] 所述的电加热棒19到加热单元外壳17中心的连线与水平面的夹角Θ = 30°。
[0057] 实施例3
[0058] 如实施例1所述的一种自循环油加热的反应型挤出机，不同的是所述的第一螺筒 2的前段长800mm，所述的第一螺筒的后段长1800mm，所述的电加热瓦片8的个数为6个；
[0059] 所述的第二螺筒4长2800mm，所述的第三螺筒6长2800mm ;
[0060] 所述的循环油加热单元11长350mm ;
[0061] 所述的第一螺筒2的循环油加热单元11个数为4个，第二螺筒4的循环油加热单 元11个数为6个，第三螺筒6的循环油加热单元11的个数为6个；
[0062] 所述的电加热棒19到加热单元外壳17中心的连线与水平面的夹角Θ = 50°。
【权利要求】
1. 一种自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于该挤出机包括第一驱动、第一螺筒、 第二驱动、第二螺筒、第三驱动和第三螺筒，所述的第一驱动、第二驱动和第三驱动均分别 包括驱动电机和与驱动电机连接的螺杆，所述的第一驱动、第二驱动和第三驱动的螺杆分 别套接在所述的第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒中，所述的第一螺筒和第二螺筒之间以及 第二螺筒和第三螺筒之间均通过三通连接；所述的第一螺筒的前段设置有电加热瓦片、第 一加料口和第二加料口，所述的第一螺筒的后段、第二螺筒和第三螺筒设置有自循环油加 热单元和热电偶，所述的热电偶的测温部设置在第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒的内部，所 述的自循环油加热单元连接有放空管，所述的第三螺筒设置有第三加料口和抽气孔；所述 的循环油加热单元包括圆形加热单元外壳，所述的加热单元外壳分别与第一螺筒、第二螺 筒和第三螺筒之间留有空隙，所述的加热单元外壳端面方向的左下部或右下部设置有半圆 形的突出部，所述的突出部中设置有电加热棒，在所述的空隙中相对于坚直方向与突出部 对称的一侧设置有冷却水管，所述的电加热棒到加热单元外壳中心的连线与所述的冷却水 管到加热单元外壳中心的连线之间的夹角呈90°，所述的电加热棒到加热单元外壳中心的 连线与水平面的夹角Θ = 30-50°。
2. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，所述的第一螺 筒的前段长500-1000mm，所述的第一螺筒的后段长1500-2000mm，所述的电加热瓦片的个 数为4-8个。
3. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，所述的第二螺 筒长2400-3000mm，所述的第三螺筒长2400-3000mm。
4. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，所述的循环油 加热单元长350-500mm。
5. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，所述的第一螺 筒的循环油加热单元个数为3-4个，第二螺筒的循环油加热单元个数为4-6个，第三螺筒的 循环油加热单元的个数为4-6个。
6. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，所述的第一螺 筒的测温热电偶个数为1-2个，第二螺筒的测温热电偶个数为1-2个，第三螺筒的测温热电 偶个数为1-2个； 所述的加热单元外壳与第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之间留有空隙的距离为 2〇-25mm〇
7. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，所述的电加热 棒到加热单元外壳中心的连线与水平面的夹角Θ = 40-48°。
8. 根据权利要求1所述的自循环油加热的反应型挤出机，其特征在于，相邻的循环油 加热单元内的电加热棒交错排布。
9. 一种权利要求1-8任一项所述的自循环油加热的反应型挤出机的工作方法，步骤如 下； 加热单元外壳与第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之间留有的空隙填充有导热油用于传 热，加热棒用于加热导热油，热电偶测试物料温度，当物料温度过高，开启冷却水管调节温 度；开启驱动电机，从第一加料口和第二加料口加入反应原料，反应原料在第一螺筒前段经 电加热瓦片加热熔融，在第一螺筒后段混合均匀并发生化学反应，在第二螺筒完成化学反 应；物料到达第三螺筒，通过第三加料口加入其他原料，通过抽气孔真空抽气除去低沸点 物，物料从第三螺筒末端出料。
10.权利要求1-8任一项所述的自循环油加热的反应型挤出机应用于树脂材料的反应 型挤出。
【文档编号】B29C47/38GK104057597SQ201410267400
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】杨建强 申请人:杨建强