專利名稱:超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，主要由加料裝置、機(jī)筒、螺桿、電機(jī)和傳動(dòng)裝置等組成，機(jī)筒為分段式結(jié)構(gòu)，加料段部分安裝有可拆式內(nèi)襯套，襯套與螺桿加料段等長(zhǎng)，其內(nèi)壁開設(shè)有多頭螺旋溝槽，螺旋溝槽的旋向與螺桿螺槽旋向相反。螺桿采用四段式參數(shù)設(shè)計(jì)，壓縮段設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度不等的兩段，總體壓縮比設(shè)計(jì)為2-3，加料段設(shè)計(jì)成雙頭螺紋結(jié)構(gòu)，機(jī)筒襯套參數(shù)和螺桿幾何參數(shù)進(jìn)行匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)該單螺桿擠出機(jī)可進(jìn)行正位移輸送，從根本上解決高粘度低摩擦系數(shù)物料如超高分子量聚乙烯的連續(xù)擠出加工難題，可不添加任何加工助劑直接加入超高分子量聚乙烯純料進(jìn)行擠出；粘均分子量可達(dá)300至920萬，配備專用擠出模具，可連續(xù)生產(chǎn)各種規(guī)格的管材、異型材以及棒材制品。
【專利說明】超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，可用于超高分子量聚乙烯板材、管材、棒材、異型材等制品的連續(xù)擠出成型，分子量不受任何限制。

【背景技術(shù)】
[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)通常是指粘均分子量在150萬以上的線性結(jié)構(gòu)聚乙烯，重均分子量在300萬以上的線性聚乙烯，其分子結(jié)構(gòu)與普通聚乙烯基本相同，但物理機(jī)械性能卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通聚乙烯，特別是它的耐沖擊性，耐磨損性，耐化學(xué)腐蝕性，自潤(rùn)滑性及吸收沖擊能這五個(gè)特性則是目前所有塑料中最好的。但其粘度極高，幾乎沒有流動(dòng)性，臨界剪切速率較低，摩擦系數(shù)極低導(dǎo)致擠出加料困難，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，超高分子量聚乙烯的加工僅限于以壓制一燒結(jié)或柱塞壓出成型方法為主的小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低下，如何實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)加工超高分子量聚乙烯，一直是世界各國(guó)爭(zhēng)相研宄的課題。
[0003]傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)固體輸送機(jī)理為摩擦拖曳輸送，在摩擦拖曳輸送中，螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，固體塞可看做沿螺槽方向繞螺桿旋轉(zhuǎn)的“螺母”，因此固體塞相對(duì)于螺桿運(yùn)動(dòng)模型可被視為“螺母模型”，在“螺母模型”中，機(jī)筒表面對(duì)“螺母”摩擦力為動(dòng)力，螺桿表面對(duì)“螺母”摩擦力為阻力，為防止螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)“螺母”在機(jī)筒表面打滑而停滯向前輸送，必須使機(jī)筒表面摩擦力大于螺桿表面摩擦力，以確保物料有效向前輸送，如專利文獻(xiàn)CN201357555Y，CN201224168Y等。摩擦拖曳輸送的缺點(diǎn)主要包括:(I)對(duì)物料性能要求苛亥IJ，難以實(shí)現(xiàn)高粘度、低摩擦系數(shù)物料的穩(wěn)定擠出；(2)固體輸送段建壓能力差，沿螺桿軸向?yàn)槟嫦驂毫ο到y(tǒng)，機(jī)筒與螺桿之間間隙導(dǎo)致較大漏流；(3)輸送效率低，機(jī)筒和螺桿之間的磨損嚴(yán)重，比能耗較大。
[0004]由于上述缺陷的存在:致使在不添加加工助劑情況下，加工任何分子量級(jí)別的超高分子量聚乙烯原料，進(jìn)料連續(xù)穩(wěn)定性差，容易打滑，抱軸等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，有效解決利用超高分子量聚乙烯等高粘度、低摩擦系數(shù)物料的擠出加工問題，實(shí)現(xiàn)超高分子量聚乙烯的高效連續(xù)穩(wěn)定的擠出加工。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案:一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，包括機(jī)筒、螺桿、電機(jī)和傳動(dòng)裝置，其特征在于:所述的機(jī)筒的加料段內(nèi)安裝有可拆式襯套，襯套與螺桿加料段等長(zhǎng)，其內(nèi)壁開設(shè)有多頭螺旋溝槽，螺旋溝槽的旋向與螺桿螺槽旋向相反；所述的溝槽螺棱推進(jìn)面、溝槽螺棱后緣面、螺桿螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱后緣面圍成半封閉的儲(chǔ)料室；當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，在溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面的推動(dòng)下，儲(chǔ)料室沿所述的機(jī)筒襯套溝槽方向向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)儲(chǔ)料室內(nèi)物料沿機(jī)筒襯套溝槽方向向前輸送，實(shí)現(xiàn)在溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面雙螺棱推動(dòng)作用下的物料輸送。
[0007]采用開有多頭螺旋溝槽的襯套鑲?cè)霗C(jī)筒加料段內(nèi)壁，這種結(jié)構(gòu)形式便于更換不同形狀和尺寸的溝槽，滿足不同分子量、不同粒徑超高分子量聚乙烯原料的擠出加工，防止粉料周向打滑，提高擠出機(jī)的進(jìn)料能力。溝槽形狀可以是矩形、梯形或三角形。
[0008]機(jī)筒襯套的溝槽頭數(shù)為螺桿直徑的10% -25%，溝槽深度為螺桿直徑的5% -15%，溝槽寬為溝槽深的1.5-6倍，溝槽螺紋升角為30-90度。
[0009]螺桿加料段的螺紋頭數(shù)設(shè)計(jì)為雙頭，螺桿加料段螺槽深為螺桿直徑的5% -15%,螺桿加料段螺距為0.5-1.5倍的螺桿直徑，螺桿如料段螺紋升角為10度-25度，增加物料向前的輸送推進(jìn)力，以防物料在加料段打滑滯留。
[0010]采用四段式螺桿，將螺桿的壓縮段分成壓縮比不同的兩個(gè)區(qū)，即第一壓縮段和第二壓縮段，第一段壓縮比較小，且第二壓縮段長(zhǎng)度是第一壓縮段的1.5-2倍，使物料在壓縮段受緩慢壓縮，既有利于物料的脫氣，提高制品的致密性，又避免物料在壓縮段堵塞，第一壓縮段壓縮比設(shè)計(jì)比第二壓縮段小，總壓縮比控制在2-3。
[0011]本實(shí)用新型一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)因這些方法或結(jié)構(gòu)均建立在正位移輸送機(jī)理之上，物料在溝槽螺棱和螺桿螺棱的共同推力作用下整體向前輸送，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高粘度、低摩擦系數(shù)物料的穩(wěn)定輸送擠出，擠出機(jī)的輸送能力顯著提高；(2)物料在輸送過程中，避免了固體塞受到強(qiáng)烈的層間剪切和內(nèi)部滑移，同時(shí)機(jī)筒襯套內(nèi)壁及螺桿表面均為光滑加工面，摩擦力大大減小，導(dǎo)致固體輸送段的機(jī)筒加料套磨損小、比能耗減小；(3)沿螺桿軸向?yàn)檎驂毫ο到y(tǒng)，擠出制品時(shí)壓力波動(dòng)小，擠出穩(wěn)定，制品質(zhì)量尚;(4)可以在不添加加工助劑情況下，加工任何分子量級(jí)別的超高分子量聚乙烯原料，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料連續(xù)穩(wěn)定，不打滑，不抱軸，塑化質(zhì)量?jī)?yōu)良。

【附圖說明】

[0012]圖1為本實(shí)用新型機(jī)筒內(nèi)襯套剖視圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型物料輸送模型圖。
[0014]圖中:1為溝槽螺棱推進(jìn)面；2為溝槽螺棱后緣面；3為螺桿螺棱推進(jìn)面；4為螺桿螺棱后緣面；5為儲(chǔ)料室；6為機(jī)筒襯套溝槽；7為機(jī)筒襯套；8為螺桿加料段；9為螺桿螺槽。

【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例加以說明。
[0016]請(qǐng)參閱圖1所示，為本實(shí)用新型機(jī)筒內(nèi)襯套剖視圖，從圖中可以看出，6為機(jī)筒襯套溝槽；7為機(jī)筒襯套；8為螺桿加料段；9為螺桿螺槽。
[0017]請(qǐng)參閱圖2所示，為本實(shí)用新型物料輸送模型圖，I為溝槽螺棱推進(jìn)面；2為溝槽螺棱后緣面；3為螺桿螺棱推進(jìn)面；4為螺桿螺棱后緣面；5為儲(chǔ)料室。
[0018]第一實(shí)施例:本實(shí)例加工原料為200-300萬超高分子量聚乙烯原料，螺桿直徑90mm，長(zhǎng)徑比25，螺紋頭數(shù)2，右旋，加料段螺槽深10mm，加料段長(zhǎng)450臟，螺距等于0.8機(jī)筒內(nèi)徑，第一壓縮段長(zhǎng)350_，壓縮比1.5 ;第二壓縮段長(zhǎng)600_，壓縮比為1.8，總壓縮比為2.7 ;螺桿轉(zhuǎn)速30r/min，驅(qū)動(dòng)功率37KW，機(jī)筒襯套溝槽左旋，螺旋角50度，溝槽數(shù)12，溝槽深8mm，溝槽寬16mm。
[0019]本實(shí)用新型的物料輸送工作原理如見圖2，半封閉儲(chǔ)料室5由溝槽螺棱推進(jìn)面1、溝槽螺棱后緣面2、螺桿螺棱推進(jìn)面3和螺桿螺棱后緣面4圍成，儲(chǔ)料室5俯視圖為平行四邊形，平行四邊形頂角為機(jī)筒襯套溝槽6和螺桿螺槽9間夾角，儲(chǔ)料室5高度等于溝槽深和螺槽深之和。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)料室5內(nèi)的高密度聚乙烯物料在溝槽螺棱推進(jìn)面I和螺桿螺棱推進(jìn)面3的共同作用下，沿機(jī)筒襯套溝槽6螺旋角向前輸送，由于避免了儲(chǔ)料室5內(nèi)的固體塞在機(jī)筒襯套7與螺桿加料段8分界面處發(fā)生層間剪切和內(nèi)部滑移，可實(shí)現(xiàn)固體塞在機(jī)筒溝槽螺棱推進(jìn)面I推力和螺桿螺棱推進(jìn)面3推力的共同作用下的正位移輸送，擠出時(shí)最高產(chǎn)量可達(dá)40 — 50kg/h。
[0020]第二實(shí)施例:本實(shí)例加工原料為400 — 500萬超高分子量聚乙烯原料，螺桿直徑45mm，長(zhǎng)徑比25，螺紋頭數(shù)2，右旋，加料段螺槽深4mm，加料長(zhǎng)270mm，螺距等于機(jī)筒內(nèi)徑，第一壓縮段長(zhǎng)150_，壓縮比1.5 ;第二壓縮段長(zhǎng)300_，壓縮比為2，總壓縮比為3，螺桿轉(zhuǎn)速20r/min，驅(qū)動(dòng)功率7.5Kw,機(jī)筒襯套溝槽左旋，螺旋角55度，溝槽數(shù)8，溝槽深5mm，溝槽寬 9mm。
[0021]本實(shí)用新型的物料輸送工作原理如見圖2，半封閉儲(chǔ)料室5由溝槽螺棱推進(jìn)面1、溝槽螺棱后緣面2、螺桿螺棱推進(jìn)面3和螺桿螺棱后緣面4圍成。儲(chǔ)料室5俯視圖為平行四邊形，平行四邊形頂角為機(jī)筒襯套溝槽6和螺桿螺槽9間夾角。儲(chǔ)料室5高度等于溝槽深和螺槽深之和。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)料室5內(nèi)的低密度聚乙烯物料在溝槽螺棱推進(jìn)面I和螺桿螺棱推進(jìn)面3的共同作用下，沿機(jī)筒襯套溝槽6螺旋角向前輸送。由于避免了儲(chǔ)料室5內(nèi)的固體塞在機(jī)筒襯套7與螺桿加料段8分界面處發(fā)生層間剪切和內(nèi)部滑移，可實(shí)現(xiàn)固體塞在機(jī)筒溝槽螺棱推進(jìn)面I推力和螺桿螺棱推進(jìn)面3推力的共同作用下的正位移輸送。擠出時(shí)最高產(chǎn)量可達(dá)10-15Kg/h。
[0022]本實(shí)用新型可用其他的不違背本實(shí)用新型的精神或主要特征的具體形式來概述，因此無論從哪一點(diǎn)來看，本實(shí)用新型的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的說明而不能限制本實(shí)用新型，權(quán)利要求書指出了本實(shí)用新型的范圍，因此，與本實(shí)用新型的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮泻头秶鷥?nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，包括機(jī)筒、螺桿、電機(jī)和傳動(dòng)裝置，所述的機(jī)筒的加料段內(nèi)安裝有可拆式襯套，襯套與螺桿加料段等長(zhǎng)，襯套內(nèi)壁開設(shè)有多頭螺旋溝槽，螺旋溝槽的旋向與螺桿螺槽旋向相反；所述的溝槽螺棱推進(jìn)面、溝槽螺棱后緣面、螺桿螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱后緣面圍成半封閉的儲(chǔ)料室；當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，在溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面的推動(dòng)下，儲(chǔ)料室沿所述的機(jī)筒襯套溝槽方向向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)儲(chǔ)料室內(nèi)物料沿機(jī)筒襯套溝槽方向向前輸送，實(shí)現(xiàn)在溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面雙螺棱推動(dòng)作用下的物料輸送；其特征在于:螺桿采用四段式設(shè)計(jì)，有兩段壓縮區(qū)，第二壓縮區(qū)長(zhǎng)度為第一壓縮區(qū)的1.5-2倍，總體壓縮比為2-3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，其特征為:所述的溝槽頭數(shù)為螺桿直徑的10-25 %，溝槽深度為螺桿直徑的5-15 %，溝槽寬為溝槽深的1.5-5倍，溝槽螺紋升角為30-90度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，其特征為:螺桿加料段螺紋頭數(shù)為雙頭，加料段槽深為螺桿直徑的5-15%，加料段螺距為0.5-1.5倍螺桿直徑，加料段螺紋升角為10-25度。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，其特征為:溝槽形狀可以是矩形、梯形或三角形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高分子量聚乙烯純料擠出單螺桿擠出機(jī)，其特征為:儲(chǔ)料室為平行四邊形形狀。
【文檔編號(hào)】B29C47-60GK204278477SQ201420186954
【發(fā)明者】薜平 [申請(qǐng)人]奧卓海（上海）機(jī)械有限公司