专利名称：多边螺槽对流式螺杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚合物加工领域，它属于挤出或注射用螺杆的一种改进。
挤出或注射用普通三段式螺杆，因其结构简单而沿用至今。但是它存在着熔融速率低、混炼性能差且不均匀及功耗高等缺点，以至于挤出机或注射机出口处熔体的径向温差大，影响制品的机械性能、电性能与光学性能，甚至可能使制品出现微裂痕，降低成品率。多年来，人们对普通三段式螺杆作了许多改进。在US-4，173，417中公开了一种双槽波状螺杆，它的目的是提高熔融与混炼性能。它的构成是设置屏障螺棱把螺槽分成等宽的两半，螺槽深度成周期性变化，且两半螺槽波形反相。它存在如下不足之处①由于在双槽波状段中设置有屏障棱把两分螺槽隔开，所以一般只有熔体才能越过屏障棱而发生对流，固体颗粒则保留在一个螺槽内，不能越过屏障棱而参与两分螺槽之间的对流。
②由于上述原因，若把双槽波状段设置在熔融段，只能置于该段后半部分。因此，无法充分发挥双槽波状段的优点。
③在双槽波状段中，聚合物沿螺槽流动一圈时，熔体在两分螺槽之间的来回流动与聚合物受到的“增压-减压”次数只有一次。
④双槽波状段中，聚合物受到的分流、压延、剪切、表面更新与速度分布改变等效应很小或较小。
因此，双槽波状螺杆的熔融与混炼性能并不很高，使用时一般还要设置其它混炼元件。
本发明的目的在于针对国内外现有各种螺杆存在的不足之处，从改进螺槽、螺棱的结构入手，研制出一种具有高效的熔融与混炼综合性能的螺杆，以适应高混炼如共混、共聚、填充与增强的要求，提高制品的附加值。
本发明的目的可通过如下措施来达到一种由进料段、熔融段与计量段所构成的多边螺槽对流式螺杆，其特征在于在熔融段或/和计量段上设置有混炼-熔融段，该混炼-熔融段的结构是螺槽底部呈正多边形，其边数最多取D/10，取整数，其中D代表螺杆直径，其单位为毫米，边数最小取3;螺杆上设置有多头螺棱，其螺棱的头数与螺槽底部正多边形的边数相同。
混炼-熔融段(简称HP段)的结构对聚合物产生了多种效应。下面通过这些效应来解释其机理和工作原理。
首先，当聚合物进入HP段就被分成多股流动，即产生分流效应。它的股数与螺棱头数也即槽底边数相同。
第二，聚合物进入螺槽上某一边时，如螺槽展开图及聚合物流动示意图2所示，由于起始处A半螺槽的深度较小，阻力较大，B半螺槽的情况则正好相反，这使聚合物多数流入B半螺槽内，与B半螺槽内已有的聚合物混合;接着，A半螺槽逐渐变深，而B半螺槽则相应变浅，使B半螺槽内的多数聚合物流入A半螺槽并与A半螺槽内已有的聚合物混合，螺槽每一边都使多数聚合物在两半螺槽内来回流动一次，聚合物沿螺槽流动一圈时其来回流动的次数与槽底边数相同。即两半螺槽内的大部分聚合物发生这样的对流B→A→B→A……，使聚合物受到了充分对流混合效应。
第三，由于两半螺槽均由深变浅，再由浅变深，不断重复，在每圈螺槽中重复的次数与槽底边数相同，这使聚合物受到相应次数的“增压-减压”效应。
第四，槽深的独特变化强化了螺槽内聚合物沿横向与径向的流动，产生了延伸流动效应。
第五，聚合物沿螺槽流动一圈时，必须越过螺槽底部的拐角多次，其次数与槽底边数相同。此时聚合物因受到剪切作用而被剪薄成许多薄层，使其表面不断更新。聚合物在槽底拐角的前、后部位处发生层状环流，即产生了压延效应。
第六，由于螺槽底部呈正多边形及槽深的独特分布，螺槽内聚合物的速度分布被连续多次地改变，使聚合物单元频繁地重新排列。
图1为槽底边数为4的混炼-熔融段(简称为HP段)的结构示意图。
图2为槽底边数为4的混炼-熔融段(简称为HP段)的螺槽展开图及聚合物流动示意图。
图3为槽底边数为4的混炼-熔融段(简称为HP段)的槽底拐角前、后形成的层状环流示意图。
图4为槽底边数为8的混炼-熔融段(简称为HP段)的结构示意图。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1一螺杆直径D为45毫米，在它的熔融段和计量段上设置有如图1所示的HP段。HP段的螺槽底部2呈正四边形，螺杆上设置有螺棱1，其头数为四，即与螺槽底部的边数相同。如图2所示，在Ⅰ-Ⅰ截面处，两半螺槽A与B的平均深度相同;在Ⅱ-Ⅱ截面处，A半螺槽的平均深度比B半螺槽的大;截面Ⅲ-Ⅲ处的情形正好与截面Ⅱ-Ⅱ的相反。在每一圈螺槽中，都重复上述槽深变化规律，其槽深变化次数与螺槽底部的边数相同，本实施例即为四次。HP段构成了一系列重复的结构单元，每一结构单元的槽深均按规律发生一次如上的变化。在图3中，3为机筒，4为螺杆，5为螺槽底部拐角，6表示螺槽底部拐角5处前后形成的层状环流。在螺槽底部的边数为四的HP段中，当聚合物沿螺槽流动一圈时，在槽底拐角前后形成八个层状环流6，使聚合物受到压延效应，进一步强化熔融与混炼功能;同时聚合物还要越过螺槽底部的拐角5四次，受到一定的剪切作用，而被剪薄成许多薄层，使其表面不断得到更新，大大提高了传热性能。
实施例2一螺杆直径D为120毫米，在它的熔融段或计量段上设置如图4所示的HP段。HP段的螺槽底部2呈正八边形，螺杆上设置有螺棱1，其头数为四，即与螺槽底部的边数相同。工作原理同实施例1。每一圈螺槽中，其槽深变化次数为八次，螺槽底部拐角处前、后形成十六个层状环流，使聚合物受到压延效应，同时聚合物还要越过螺槽底部的拐角八次。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、在双槽波状段中，聚合物沿螺槽流动一圈时，熔体只发生来回流动一次，而在HP段中，聚合物来回流动、“增压-减压”次数与螺槽底部的边数相同。因混炼性能随上述次数的增多而提高，所以设置有HP段的螺杆有效地强化了混炼功能。
2、在HP段中，固熔两组份均处于不断的对流状态中，增强了它们的横向与径向流动，产生了压延、剪薄与表面更新效应，大大提高了传热性能，强化了混炼-熔融功能。
3、由于优点1、2，使HP段具有很高的分布混炼与分散混炼性能。
4、HP段的结构，使固体颗粒与熔体均可在两半螺槽之间对流，故可在熔融段始端设置HP段，它可逐渐破碎坚硬的固体床，使固体颗粒分散在熔体流中，形成固体-熔体混合物，实现了“分散熔融机理”，它的熔融性能比服从经典的马多克熔融机理的螺杆高得多。
5、HP段螺杆服从“分散熔融机理”，可降低熔融所需的机械功率消耗。当螺杆转速为100r/min时，以表示熔体粘度的幂律指数n分别为0.34、0.50与0.60的LDPE、HDPE与LLDPE这三种塑料为例，机械功率降低幅度分别为29%、35%与39%。熔体粘度越大，熔融机械功率消耗降低幅度越大，可见HP段螺杆对于加工高粘性聚合物更有利，有效地解决了采用普通螺杆时要求高功率电机的问题。
6、由于在HP段中，固体颗粒分散在熔体中，固体与熔体两相之间的接触面积即传热面积大大增加，固体温度可较快地升高。熔体与固体的温差较小，即熔融段螺槽内聚合物温度分布较均匀。此外，聚合物的平均温度较低。
7、“分散熔融”可加速熔融，减小熔融长度，而且转速越高，熔融长度减小的幅度也越大，因此，本发明的HP段在高速下更能发挥优势。
权利要求
1.一种由进料段、熔融段与计量段所构成的多边螺槽对流式螺杆，其特征在于在熔融段或/和计量段上设置有混炼-熔融段，该混炼-熔融段的结构是螺槽底部呈正多边形，其边数最多取D/10，取整数，其中D代表螺杆直径，其单位为毫米，边数最小取3；螺杆上设置有多头螺棱，其螺棱的头数与螺槽底部所呈正多边形的边数相同。
全文摘要
本发明属于挤出、注射用螺杆的一种改进。即在螺杆的熔融段或/和计量段设置混炼-熔融段(简称为HP段)。HP段的结构为螺槽底部呈正多边形，螺杆上设置多头螺棱。HP段对聚合物产生了分流、对流、增压-减压、延伸流动、剪切、表面更新、压延、连续改变速度分布等效应，实现了分散熔融。实验证明其混炼与熔融性能比双槽波状螺杆的还要高。它的功耗低，聚合物温度分布均匀。故本发明特别适用于高混炼如共混、共聚、填充与改性的场合，且在高速下更能发挥优势。
文档编号B29C47/38GK1077158SQ9211488
公开日1993年10月13日 申请日期1992年12月24日 优先权日1992年12月24日
发明者黄汉雄, 彭玉成 申请人:华南理工大学