一種自循環油加熱的反應型擠出機及其工作方法與應用的製作方法

2023-05-11 05:32:31 2

一種自循環油加熱的反應型擠出機及其工作方法與應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種自循環油加熱的反應型擠出機及其工作方法與應用，該擠出機包括三個驅動、三個螺筒、每個驅動均由驅動電機和與驅動電機連接的螺杆組成，每個驅動的螺杆分別套接在螺筒中，螺筒之間通過三通連接；第一個螺筒的前段設置有電加熱瓦片、兩個加料口，第一個螺筒的後段和另外兩個螺筒設置有自循環油加熱單元和測溫熱電偶，自循環油加熱單元連接有放空管，第三個螺筒設置有加料口和抽氣孔；循環油加熱單元包括外殼，外殼與螺筒之間設置有空隙，空隙中設置有冷卻水管，外殼設置有突出部，突出部中設置有電加熱棒。本發明採用三段螺杆的設計，可以較好滿足反應型擠出對較長滯留時間，反應試劑和樹脂均勻混合的要求。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種反應型擠出機及其工作方法與應用，尤其涉及一種自循環油加熱 的反應型擠出機及其工作方法與應用，屬於化工設備【技術領域】。 一種自循環油加熱的反應型擠出機及其工作方法與應用

【背景技術】
[0002] 擠出機是塑料加工最常用的一種加工機械。通常它的加熱方式是在機筒外附瓦片 型電加熱元件，直接加熱。近十幾年，將聚合反應和擠出成型結合在一起的反應擠出技術， 高分子接枝改性技術，反應共混技術的研究和應用越來越多，這些技術，本發明暫稱為反應 型擠出技術。但是真正適合於這類技術的擠出機還不多。在生產實踐中，有的採用加長現 有的擠出機進行上述技術的加工，但較難滿足反應擠出加工的預定工藝要求。
[0003] 首先，一般用於擠出成型的擠出機，基本上只有塑化和擠出兩個過程，物料停留時 間較短（1.5-2min)，每段溫度溫控範圍較寬，電熱瓦片直接加熱，升溫快，溫差大。但是對 於反應型擠出，例如高分子接枝擠出，最重要的是使高分子材料和接枝試劑、引發劑充分混 合，並在適宜的溫度下發生接枝反應，這種混合需要較長的時間和嚴格的溫度。在這較長的 反應區和擠出區，需要外給熱量很小，甚至由於內摩擦熱，還需略微降溫，電熱瓦片直接加 熱的熱慣性大，就難以滿足反應性擠出的工藝要求。
[0004] 另外，一般擠出機缺少混合和反應需要的特殊螺紋設計，來提供高效的混合區間、 足夠的停留時間並滿足均勻混合和充分反應的需要。
[0005] 因此，提出一種適合於反應擠出的反應區設計和與此適應的加熱方式，是製造反 應型擠出機的關鍵。


【發明內容】

[0006] 針對現有技術的不足，本發明提供一種自循環油加熱的反應型擠出機及其工作方 法與應用。
[0007] 本發明的技術方案如下：
[0008] -種自循環油加熱的反應型擠出機，包括第一驅動、第一螺筒、第二驅動、第二螺 筒、第三驅動和第三螺筒，所述的第一驅動、第二驅動和第三驅動均分別包括驅動電機和與 驅動電機連接的螺杆，所述的第一驅動、第二驅動和第三驅動的螺杆分別套接在所述的第 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間以及第二螺筒和第三螺 筒之間均通過三通連接；所述的第一螺筒的前段設置有電加熱瓦片、第一加料口和第二加 料口，所述的第一螺筒的後段、第二螺筒和第三螺筒設置有自循環油加熱單元和熱電偶，所 述的熱電偶的測溫部設置在第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒的內部，所述的自循環油加熱 單元連接有放空管，所述的第三螺筒設置有第三加料口和抽氣孔；所述的循環油加熱單元 包括圓形加熱單元外殼，所述的加熱單元外殼分別與第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之間 留有空隙，所述的加熱單元外殼端面方向的左下部或右下部設置有半圓形的突出部，所述 的突出部中設置有電加熱棒，在所述的空隙中相對于堅直方向與突出部對稱的一側設置有 冷卻水管，所述的電加熱棒到加熱單元外殼中心的連線與所述的冷卻水管到加熱單元外殼 中心的連線之間的夾角呈90°，所述的電加熱棒到加熱單元外殼中心的連線與水平面的夾 角 Θ = 30-50。。
[0009] 根據本發明，優選的，所述的第一螺筒的前段長500-1000mm，所述的第一螺筒的後 段長1500-2000mm，所述的電加熱瓦片的個數為4-8個。
[0010] 根據本發明，優選的，所述的第二螺筒長2400-3000mm，所述的第三螺筒長 2400-3000mm〇
[0011] 根據本發明，優選的，所述的循環油加熱單元長350-500mm。
[0012] 根據本發明，優選的，所述的第一螺筒的循環油加熱單元個數為3-4個，第二螺筒 的循環油加熱單元個數為4-6個，第三螺筒的循環油加熱單元的個數為4-6個。
[0013] 根據本發明，優選的，所述的第一螺筒的測溫熱電偶個數為1-2個，第二螺筒的測 溫熱電偶個數為1-2個，第三螺筒的測溫熱電偶個數為1-2個。
[0014] 根據本發明，優選的，所述的加熱單元外殼與第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之間 留有空隙的距離為20-25mm。
[0015] 根據本發明，優選的，所述的電加熱棒到加熱單元外殼中心的連線與水平面的夾 角 Θ = 40-48°，更優選 45°。
[0016] 根據本發明，優選的，所述的加熱單元外殼外側設置有保溫層。
[0017] 根據本發明，優選的，相鄰的循環油加熱單元內的電加熱棒交錯排布。電加熱棒交 錯排布便於電加熱棒的更換和維修。
[0018] 根據本發明，優選的，所述的第三螺筒末端與造粒機頭連接。物料經擠出後在造粒 機中造粒。
[0019] 根據本發明，上述自循環油加熱的反應型擠出機的工作方法，步驟如下；
[0020] 加熱單元外殼與第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之間留有的空隙填充有導熱油用 於傳熱，加熱棒用於加熱導熱油，熱電偶測試物料溫度，當物料溫度過高，開啟冷卻水管調 節溫度；開啟驅動電機，從第一加料口和第二加料口加入反應原料，反應原料在第一螺筒前 段經電加熱瓦片加熱熔融，在第一螺筒後段混合均勻並發生化學反應，在第二螺筒完成化 學反應；物料到達第三螺筒，通過第三加料口加入其他原料，通過抽氣孔真空抽氣除去低沸 點物，物料從第三螺筒末端出料。出料後可進入到造粒機中造粒。
[0021] 根據本發明，上述自循環油加熱的反應型擠出機應用於樹脂材料的反應型擠出。
[0022] 本發明採用三段設計，包括有熔融塑化段、反應段和後處理和擠出段，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樹脂和固體助劑，第二加 料口可以加入引發劑或其他液體助劑，物料經電加熱瓦片加熱熔融，在引發劑作用下反應。 反應段（第二螺筒）主要是完成化學反應（可以包括接枝反應、聚合反應等）。後處理和擠 出段（第三螺筒）除繼續化學反應外，主要完成後處理（真空抽氣除去低沸點物，加入第二 單體以除去接枝單體，加入改性劑等）。
[0023] 本發明加熱單元採用特殊設計，加熱單元外殼與第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒 之間留有空隙填充有導熱油用於傳熱，加熱單元外殼的突出部中設置的電加熱棒將導熱油 加熱後導熱油膨脹，使得加熱單元中的導熱油能夠產生循環，實現自循環油加熱。放空管的 設置實現加熱單元外殼內的壓力和大氣壓力平衡，使自循環順暢。
[0024] 本發明每個自循環油加熱單元，以測溫熱電偶得到的料液溫度為基礎，和電加熱 棒開關、冷水水管開關聯動，實現加熱、保溫和降溫的自動控制。
[0025] 本發明的有益效果如下：
[0026] 1、本發明採用三段螺杆設計，可以較好滿足反應型擠出對較長滯留時間的要求， 以及對反應試劑和樹脂均勻性混合的要求。
[0027] 2、本發明採用能夠自循環的油加熱方式，加熱溫度易於控制，克服了電熱瓦片直 接加熱而導致的加熱慣性大的缺陷；而且，在一個加熱單元中同時設置有電加熱棒和冷卻 水管，能夠同時實現加熱和冷卻的要求，便於溫度的迅速調整和靈活控制。
[0028] 3、本發明自循環油加熱，溫度調節的精度可達到±0. 2°C，從偏離溫度調整到正常 溫度所需的時間短，在設定的溫度下，穩定運行，受環境幹擾小。
[0029] 4、本發明每個自循環油加熱單元都是相互獨立的，能夠滿足加料、反應、擠出不同 階段的物料溫度要求。
[0030] 5、本發明自循環油加熱和傳統的電熱瓦片加熱相比，能夠節能50-60%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明實施例1自循環油加熱的反應型擠出機的主體結構示意圖。
[0032] 圖2為本發明實施例1自循環油加熱的反應型擠出機自循環油加熱單元沿A-A方 向的剖面示意圖。
[0033] 其中，1、第一驅動，2、第一螺筒，3、第二驅動，4、第二螺筒，5、第三驅動，6、第三螺 筒，7、三通，8、電加熱瓦片，9、第一加料口，10、第二加料口，11、自循環油加熱單元，12、放空 管，13、測溫熱電偶，14、第三加料口，15、抽氣孔，16、造粒機頭，17、加熱單元外殼，18、突出 部，19、電加熱棒，20、冷卻水管。
[0034] 具體實施方
[0035] 下面通過具體實施例並結合附圖對本發明做進一步說明，但不限於此。
[0036] 實施例1
[0037] 本實施例自循環油加熱的反應型擠出機水平方向固定安裝。
[0038] -種自循環油加熱的反應型擠出機，包括第一驅動1、第一螺筒2、第二驅動3、第 二螺筒4、第三驅動5和第三螺筒6,所述的第一驅動1、第二驅動3和第三驅動5均分別包 括驅動電機和與驅動電機連接的螺杆，所述的第一驅動1、第二驅動3和第三驅動5的螺杆 分別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之間以及第二螺筒4和第三螺筒6之間均通過三通7連接；所述的第一螺筒2的前段設 置有電加熱瓦片8、第一加料口 9和第二加料口 10,所述的第一螺筒2的後段、第二螺筒4 和第三螺筒6設置有自循環油加熱單元11 (如圖1所示，自循環油加熱單元11設置在第一 螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6的外側）和熱電偶13,所述的熱電偶13的測溫部設置在 第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6的內部（螺筒和螺杆之間留有間隙，熱電偶能夠直接 測得物料的溫度），所述的自循環油加熱單元11連接有放空管12(圖1中僅標出第一螺筒 2中的放空管12)，所述的第三螺筒6設置有第三加料口 14和抽氣孔15 ;所述的循環油加 熱單元11包括圓形加熱單元外殼17,所述的加熱單元外殼17分別與第一螺筒2、第二螺筒 4和第三螺筒6之間留有空隙（如圖2所示，加熱單元外殼17與第一螺筒2、第二螺筒4和 第三螺筒6之間設置有空隙，空隙填充有導熱油，用於加熱），所述的加熱單元外殼11端面 方向的左下部設置有半圓形的突出部18 (如圖2所示，第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒 6均為水平放置，突出部18設置在加熱單元外殼11端面方向的左下部），所述的突出部18 中設置有電加熱棒19,在所述的空隙（如圖2所示，用於填充導熱油的空隙）中相對于堅 直方向與突出部18對稱的一側設置有冷卻水管20,所述的電加熱棒19到加熱單元外殼17 中心的連線與所述的冷卻水管20到加熱單元外殼17中心的連線之間的夾角呈90°，所述 的電加熱棒19到加熱單元外殼17中心的連線與水平面的夾角Θ = 45°。
[0039] 本實施例中所述的第三螺筒6末端與造粒機頭16連接。物料經擠出後在造粒機 頭16中造粒。
[0040] 本實施例中所述的第一螺筒2的前段長1000mm，所述的第一螺筒的後段長 1500mm，所述的電加熱瓦片8的個數為8個；
[0041] 所述的第二螺筒4長3000mm，所述的第三螺筒6長3000mm ;
[0042] 所述的循環油加熱單元11長500mm ;
[0043] 所述的第一螺筒2的循環油加熱單元11個數為3個，第二螺筒4的循環油加熱單 元11個數為5個，第三螺筒6的循環油加熱單元11的個數為5個；
[0044] 所述的第一螺筒2的測溫熱電偶13個數為2個，第二螺筒4的測溫熱電偶13個 數為2個，第三螺筒6的測溫熱電偶13個數為2個；
[0045] 相鄰的循環油加熱單元11內的電加熱棒19交錯排布。電加熱棒19交錯排布便 於電加熱棒19的更換和維修。
[0046] 所述的熱電偶13的測溫部設置在第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6的內部，熱 電偶13的測溫部直接與物料接觸，直接測得物料的溫度，便於及時調整加熱和冷卻參數， 實現溫度的靈活控制。
[0047] 本實施例第一螺筒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 入樹脂和固體助劑，第二加料口 10可以加入引發劑或其他液體助劑，物料經電加熱瓦片8 加熱熔融，在引發劑作用下反應。第二螺筒4主要是完成化學反應（可以包括接枝反應、聚 合反應等）。第三螺筒6除繼續化學反應外，主要完成後處理（通過抽氣孔15真空抽氣除 去低沸點物，加入第二單體以除去接枝單體，加入改性劑等）。加熱單元外殼17與螺筒2 (4、 6)之間的空間填充有導熱油用於傳熱，加熱單元外殼17的突出部18中設置的電加熱棒19 將導熱油加熱後導熱油膨脹，並產生按圖2箭頭方向的循環，實現自循環油加熱。放空管的 設置實現加熱單元外殼內的壓力和大氣壓力平衡，使自循環順暢。
[0048] 本實施例上述自循環油加熱的反應型擠出機，使用時：
[0049] 加熱單元外殼17與第一螺筒2、第二螺筒4和第三螺筒6之間留有的空隙填充有 導熱油用於傳熱，開啟驅動電機，從第一加料口 9和第二加料口 10加入反應原料，反應原料 在第一螺筒2前段經電加熱瓦片8加熱熔融，在第一螺筒2後段混合均勻並發生化學反應， 在第二螺筒4完成化學反應；物料到達第三螺筒4,通過第三加料口 14加入其他原料，通過 抽氣孔15真空抽氣除去低沸點物，物料從第三螺筒6末端出料進入到造粒機頭16中造粒。
[0050] 實施例2
[0051] 如實施例1所述的一種自循環油加熱的反應型擠出機，不同的是所述的第一螺筒 2的前段長500mm，所述的第一螺筒的後段長2000mm，所述的電加熱瓦片8的個數為4個；
[0052] 所述的第二螺筒4長2400mm，所述的第三螺筒6長2400mm ;
[0053] 所述的循環油加熱單元11長400mm ;
[0054] 所述的第一螺筒2的循環油加熱單元11個數為4個，第二螺筒4的循環油加熱單 元11個數為4個，第三螺筒6的循環油加熱單元11的個數為4個；
[0055] 所述的第一螺筒2的測溫熱電偶13個數為1個，第二螺筒4的測溫熱電偶13個 數為2個，第三螺筒6的測溫熱電偶13個數為2個；
[0056] 所述的電加熱棒19到加熱單元外殼17中心的連線與水平面的夾角Θ = 30°。
[0057] 實施例3
[0058] 如實施例1所述的一種自循環油加熱的反應型擠出機，不同的是所述的第一螺筒 2的前段長800mm，所述的第一螺筒的後段長1800mm，所述的電加熱瓦片8的個數為6個；
[0059] 所述的第二螺筒4長2800mm，所述的第三螺筒6長2800mm ;
[0060] 所述的循環油加熱單元11長350mm ;
[0061] 所述的第一螺筒2的循環油加熱單元11個數為4個，第二螺筒4的循環油加熱單 元11個數為6個，第三螺筒6的循環油加熱單元11的個數為6個；
[0062] 所述的電加熱棒19到加熱單元外殼17中心的連線與水平面的夾角Θ = 50°。
【權利要求】
1. 一種自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於該擠出機包括第一驅動、第一螺筒、 第二驅動、第二螺筒、第三驅動和第三螺筒，所述的第一驅動、第二驅動和第三驅動均分別 包括驅動電機和與驅動電機連接的螺杆，所述的第一驅動、第二驅動和第三驅動的螺杆分 別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間以及 第二螺筒和第三螺筒之間均通過三通連接；所述的第一螺筒的前段設置有電加熱瓦片、第 一加料口和第二加料口，所述的第一螺筒的後段、第二螺筒和第三螺筒設置有自循環油加 熱單元和熱電偶，所述的熱電偶的測溫部設置在第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒的內部，所 述的自循環油加熱單元連接有放空管，所述的第三螺筒設置有第三加料口和抽氣孔；所述 的循環油加熱單元包括圓形加熱單元外殼，所述的加熱單元外殼分別與第一螺筒、第二螺 筒和第三螺筒之間留有空隙，所述的加熱單元外殼端面方向的左下部或右下部設置有半圓 形的突出部，所述的突出部中設置有電加熱棒，在所述的空隙中相對于堅直方向與突出部 對稱的一側設置有冷卻水管，所述的電加熱棒到加熱單元外殼中心的連線與所述的冷卻水 管到加熱單元外殼中心的連線之間的夾角呈90°，所述的電加熱棒到加熱單元外殼中心的 連線與水平面的夾角Θ = 30-50°。
2. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，所述的第一螺 筒的前段長500-1000mm，所述的第一螺筒的後段長1500-2000mm，所述的電加熱瓦片的個 數為4-8個。
3. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，所述的第二螺 筒長2400-3000mm，所述的第三螺筒長2400-3000mm。
4. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，所述的循環油 加熱單元長350-500mm。
5. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，所述的第一螺 筒的循環油加熱單元個數為3-4個，第二螺筒的循環油加熱單元個數為4-6個，第三螺筒的 循環油加熱單元的個數為4-6個。
6. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，所述的第一螺 筒的測溫熱電偶個數為1-2個，第二螺筒的測溫熱電偶個數為1-2個，第三螺筒的測溫熱電 偶個數為1-2個； 所述的加熱單元外殼與第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之間留有空隙的距離為 2〇-25mm〇
7. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，所述的電加熱 棒到加熱單元外殼中心的連線與水平面的夾角Θ = 40-48°。
8. 根據權利要求1所述的自循環油加熱的反應型擠出機，其特徵在於，相鄰的循環油 加熱單元內的電加熱棒交錯排布。
9. 一種權利要求1-8任一項所述的自循環油加熱的反應型擠出機的工作方法，步驟如 下； 加熱單元外殼與第一螺筒、第二螺筒和第三螺筒之間留有的空隙填充有導熱油用於傳 熱，加熱棒用於加熱導熱油，熱電偶測試物料溫度，當物料溫度過高，開啟冷卻水管調節溫 度；開啟驅動電機，從第一加料口和第二加料口加入反應原料，反應原料在第一螺筒前段經 電加熱瓦片加熱熔融，在第一螺筒後段混合均勻並發生化學反應，在第二螺筒完成化學反 應；物料到達第三螺筒，通過第三加料口加入其他原料，通過抽氣孔真空抽氣除去低沸點 物，物料從第三螺筒末端出料。
10.權利要求1-8任一項所述的自循環油加熱的反應型擠出機應用於樹脂材料的反應 型擠出。
【文檔編號】B29C47/38GK104057597SQ201410267400
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】楊建強 申請人:楊建強