本發(fā)明涉及一種擠出機(jī)的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，尤其是一種用于高分子聚合物改性的強(qiáng)剪切擠出機(jī)的料筒與螺桿結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高分子聚合物是當(dāng)今不可或缺的材料，而用于特殊用途的改性高分子聚合物也越來越被市場(chǎng)需要。在改性高分子聚合物中，熱熔膠是一種無(wú)毒無(wú)味，在加熱后有流動(dòng)性的熱粘膠，它因粘結(jié)強(qiáng)度高、固化速度快而被廣泛使用。目前，為了實(shí)現(xiàn)金屬與非金屬的粘接，接枝馬來酸酐的聚烯烴熱溶膠被生產(chǎn)出來。但現(xiàn)有的生產(chǎn)方法是用過氧化物引發(fā)高分子斷鏈，從而接枝上馬來酸酐來實(shí)現(xiàn)的。這種斷鏈方式會(huì)造成熱熔膠性能的缺陷，因此一種新型的強(qiáng)剪切力化學(xué)反映裝置被構(gòu)想出來。

公開號(hào)為CN113054A公開了一種“力化學(xué)反應(yīng)器”。其借鑒了中國(guó)傳統(tǒng)石磨與磨盤的原理，設(shè)計(jì)了可用于聚合物和填料的粉碎、混合、及力化學(xué)反應(yīng)的磨盤形力化學(xué)反應(yīng)器。該反應(yīng)器在物料加工過程中可提供較大的擠壓和剪切力，使物料受到各個(gè)方面的應(yīng)力而破碎。實(shí)現(xiàn)了在力場(chǎng)技術(shù)下制備具有特殊功能和高性能的新材料。但由于該裝置中磨盤半徑的限制，磨盤轉(zhuǎn)速受限，剪切行程有限，因此對(duì)物料的剪切效果有限。北京化工大學(xué)研制的CPJ75/135II串聯(lián)式磨盤擠出機(jī)，利用與磨盤相似的原理，將大磨盤變?yōu)樾∧ケP且串聯(lián)起來，獲得了更好的基礎(chǔ)效果，主要用于制取特殊高分子合金材料和高填充物料。

發(fā)明人先前申報(bào)的公開號(hào)為CN10356682A和CN104890215A的強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器結(jié)合了“磨盤”結(jié)構(gòu)和螺桿的“螺旋”結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提高了高分子聚合物熱熔膠產(chǎn)品的性能，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。這種“螺旋式”剪切結(jié)構(gòu)增加了物料流的剪切行程，使剪切更充分。但上述剪切結(jié)構(gòu)對(duì)某些高分子材料進(jìn)行擠出加工時(shí)，還存在接枝反應(yīng)不充分，接枝率低等問題。

在通過力化學(xué)反應(yīng)對(duì)高分子聚合物接枝改性時(shí)，最主要是實(shí)現(xiàn)高分子鏈的斷裂，從而需要很強(qiáng)的剪切力，而高分子鏈只有在受很大的速度梯度時(shí)才能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的剪切效果。因此，本發(fā)明根據(jù)剪切原理設(shè)計(jì)了一種新型的螺桿及料筒強(qiáng)剪切結(jié)構(gòu)。涉及到本發(fā)明中，螺桿螺棱斷面的旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于刀片旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)剪切料筒的內(nèi)齒及其流道相當(dāng)于網(wǎng)柵，利用物料輸送過程中較大的速度變化梯度來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力剪切。通過加長(zhǎng)螺桿的段數(shù)增加物料剪切的次數(shù)，通過改變螺桿螺棱頭數(shù)和料筒內(nèi)齒齒數(shù)改變物料受到剪切的比率，通過改變螺桿螺棱斷面與料筒內(nèi)齒端面的距離改變物料收到的剪切力大小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)較大剪切力，較高物料剪切率，并且能夠使物料在運(yùn)送過程中充分反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)接枝改性的強(qiáng)剪切擠出機(jī)的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的具體任務(wù)通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種強(qiáng)剪切擠出機(jī)的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，包括螺桿螺棱和料筒螺槽結(jié)構(gòu)；其特征在于：所述螺桿螺棱是螺旋線型結(jié)構(gòu)，所沿軸向方向每60mm被20mm寬的料筒內(nèi)齒間隔一次；所述料筒螺槽是螺線型或直線型結(jié)構(gòu)，所沿軸線方向每60.25mm被19.5mm長(zhǎng)的內(nèi)齒隔斷一次；所述螺桿螺棱和料筒螺槽的頭數(shù)均為10，寬度分別為3mm和4mm，螺桿螺棱的高度與料筒螺槽的深度分別為4mm和2mm；若料筒開設(shè)螺旋槽，則料筒螺槽與螺桿螺棱的旋轉(zhuǎn)方向相反，螺桿螺棱與料筒螺槽的斷面形狀均為等腰梯結(jié)構(gòu)；料筒外徑≥90mm。

進(jìn)一步的附加技術(shù)特征如下。

所述強(qiáng)剪切擠出機(jī)的螺桿是由開設(shè)螺棱部分與料筒內(nèi)齒隔斷部分通過反向螺紋鏈接構(gòu)成。

所述料筒的內(nèi)壁開有斜齒時(shí)，斜齒的傾角為0度至30度，斜齒的旋向與螺桿螺棱的旋轉(zhuǎn)方向相反。

所述螺桿螺棱部分外，螺桿與料筒的內(nèi)齒部分構(gòu)成配合結(jié)構(gòu)，且配合間隙為0.2～0.3mm。

所述螺桿螺棱是多頭梯形結(jié)構(gòu)，且螺棱的升角是37度；所述料筒螺槽是多頭梯形結(jié)構(gòu)，且螺旋槽的升角是37度。

上述本發(fā)明所提供的一種強(qiáng)剪切擠出機(jī)的螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，利用速度矢量變化原理對(duì)物料實(shí)現(xiàn)拉伸和剪斷，通過強(qiáng)剪切段中螺桿螺棱斷面與料筒內(nèi)齒端面之間微小間隙的相對(duì)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪切，在物料從螺桿螺棱間隙流向料筒內(nèi)齒間隙時(shí)會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺棱斷面剪切。

本發(fā)明強(qiáng)剪切段螺桿的不同段之間通過反向螺紋鏈接。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的剪切有兩處，第一處：螺桿的梯形螺棱與旋向與之相反的梯形料筒螺槽組合結(jié)構(gòu)使高分子聚合物在向前輸送時(shí)，由于較大的相對(duì)速度變化而產(chǎn)生的剪切。第二處：螺桿的螺棱斷面與料筒的內(nèi)齒端面之間的配合結(jié)構(gòu)使高分子聚合物在流經(jīng)此處時(shí)速度矢量發(fā)生了較大的變化且受到微小間隙擠壓實(shí)現(xiàn)的剪切。本發(fā)明設(shè)計(jì)的強(qiáng)剪切料筒與螺桿結(jié)構(gòu)中，增加螺桿的段數(shù)對(duì)于強(qiáng)剪切效果會(huì)有一定的提高，增加轉(zhuǎn)速對(duì)于這種剪刀型剪切效果更明顯，更改料筒內(nèi)齒傾斜度以增加螺桿螺棱與料筒螺槽之間的矢量變化幅度對(duì)于剪切效果也有較大程度提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)強(qiáng)剪切段的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)的第I部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)的第II部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)的料筒結(jié)構(gòu)裝配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)的第III部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)的第IV部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1：裝配好的料筒內(nèi)螺槽部分，此處兩段螺槽長(zhǎng)度均為60.25mm，螺槽均為直線型。

2：裝配好的螺桿螺棱部分，此處兩段螺棱長(zhǎng)度均為60mm，螺棱升角均為37^o

3：料筒上開的內(nèi)齒部分，圖中空白處為齒間通道，斜線處為內(nèi)齒剖面。

4：強(qiáng)剪切螺桿螺棱間隔段與料筒內(nèi)齒配合的部分。

5：I段螺桿內(nèi)開的反向內(nèi)螺紋。

6：II段螺桿上開的反向外螺紋。

7：III段料筒上開的左旋外螺紋。

8：IV段料筒內(nèi)開的左旋內(nèi)螺紋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)施方式做出進(jìn)一步的說明，這些附圖僅為簡(jiǎn)化示意結(jié)構(gòu)圖，僅以示意方式說明發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，所舉實(shí)例僅用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如附圖1所示為本發(fā)明強(qiáng)剪切擠出機(jī)的強(qiáng)剪切部分螺桿與料筒配合的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I和II通過反向螺紋連接組成強(qiáng)剪切螺桿，2為螺桿上的右旋螺棱。III和IV通過螺紋連接組成強(qiáng)剪切料筒，1為料筒內(nèi)壁開的直槽，3為料筒的內(nèi)齒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為了便于說明結(jié)構(gòu)，在此以兩段螺桿與兩段料筒一個(gè)內(nèi)齒結(jié)構(gòu)作為實(shí)施例，螺桿與料筒長(zhǎng)度均為140mm。本發(fā)明的范圍包括多段螺桿和多段料筒的組合體，需要在對(duì)應(yīng)的螺桿及料筒后加工螺紋以實(shí)現(xiàn)后續(xù)部分連接。當(dāng)螺桿與料筒節(jié)數(shù)加大時(shí)，安裝時(shí)應(yīng)該按照螺桿-料筒-螺桿-料筒的順序或者料筒-螺桿-料筒-螺桿的順序依次安裝，此時(shí)強(qiáng)剪切段中內(nèi)齒數(shù)增多，強(qiáng)剪切效果更好。料筒外徑≥90mm。

如附圖2所示為螺桿I部分的半剖視圖，4為強(qiáng)剪切螺桿上與料筒內(nèi)齒配合的螺棱間斷部位。5為I部分螺桿上開的反向內(nèi)螺紋。

如附圖3所示為螺桿II部分示意圖，6為與I部分螺桿上的反向螺旋孔連接的反向螺旋頭。

如附圖4所示為強(qiáng)剪切段料筒的剖視圖。2為該料筒的直線螺槽。3為該料筒上的內(nèi)齒結(jié)構(gòu)。

如附圖5所示為強(qiáng)剪切料筒III部分的示意圖，7為右旋外螺紋，與下一段料筒實(shí)現(xiàn)連接。此處螺紋大徑80mm，小徑75mm。

如附圖6所示為強(qiáng)剪切料筒IV部分的示意圖，8為右旋內(nèi)螺紋，與III部分料筒實(shí)現(xiàn)連接，此處螺紋大徑80mm，小徑75mm。

本實(shí)施方式料筒內(nèi)槽為直槽，同時(shí)可以根據(jù)本發(fā)明人之前發(fā)明的強(qiáng)剪切力化學(xué)反應(yīng)器選擇反向螺旋槽。本強(qiáng)剪切段主要根據(jù)料筒內(nèi)齒3的兩個(gè)側(cè)端面與螺桿螺棱的斷面之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪切。螺桿轉(zhuǎn)速為200-600r/min，電機(jī)功率22kw，加工原料為高密度聚乙烯，牌號(hào)：撫順石化2911。

如附圖1所示，本發(fā)明的料筒外表面為圓筒形，以便在外表面安裝電加熱器和散熱器。所述螺桿外壁開有螺槽和內(nèi)齒隔斷，所述料筒內(nèi)壁開有直槽和內(nèi)齒。如附圖2所示，螺桿的內(nèi)齒隔斷部分軸向長(zhǎng)度20mm，其直徑為56.5mm。附圖4中，料筒內(nèi)齒齒頂圓直徑57mm，軸向長(zhǎng)度20mm，齒頂寬度5mm，齒數(shù)為20mm。

本實(shí)施例中，物料由I段螺桿的最左端輸送入強(qiáng)剪切段，經(jīng)過梯形螺桿螺棱和梯形料筒槽的剪切運(yùn)送至I段螺桿螺棱的斷面處，進(jìn)一步，經(jīng)過螺桿螺棱斷面和料筒內(nèi)齒端面的強(qiáng)剪切，物料沿III段料筒內(nèi)齒間隙向前輸送，進(jìn)一步，經(jīng)過料筒內(nèi)齒右端面和II段螺桿螺棱斷面的強(qiáng)剪切，物料輸送至II段螺桿進(jìn)行后續(xù)作用，最終由擠出口擠出。所述過程僅為本實(shí)施例的物料剪切過程。

按照該方法和結(jié)構(gòu)參數(shù)所設(shè)計(jì)的強(qiáng)剪切擠出機(jī)新型螺桿與料筒結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在180゜C下，物料的最大剪切速率2400S^-1，物料所受的最大剪切速率區(qū)間集中在1400S^-1左右。專利CN104890215A所述的剪切結(jié)構(gòu)最大剪切速率為1450S^-1，由此可見，相同的設(shè)置和條件下，本發(fā)明的剪切效果比之前本人發(fā)明的剪切結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度更好，最大剪切速率區(qū)間值也更高。