一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆的製作方法

2023-05-18 17:00:31 3

專利名稱：一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及同向嚙合雙螺杆擠出機的螺杆，尤其是一種採用雙螺杆擠出機複合改性WPSF (Waste Polystyrene Foam，簡稱WPSF)/SBS/CaC03共混體系的螺杆，並適合其他廢舊橡塑共混體系如PP/PE/SEBS、PVC/PE/PET/EVA等的複合改性的螺杆。
背景技術：
目前，我國廢舊塑料的年產生量已超過1000萬噸。廢舊塑料一般具有密度波動大、含水量高、含有其它樹脂雜質、含有阻燃劑或發泡劑等殘餘助劑、且經歷多次熱歷程後易降解的特性。上述特性使得再生塑料質量不穩定，波動幅度大；力學性能低，應用領域局限；再生效率低、耗能高、原料損耗大、加工成本高。廢舊聚苯乙烯泡沫是常見廢舊塑料中的一種。對廢舊塑料進行優質再生，開發清潔高效的梯級利用技術和高附加值產品是國內外廢舊塑料資源化技術的研究熱點。迄今對廢舊塑料再生工藝和配方領域進行了眾多的研究，而針對廢舊塑料再生加工的雙螺杆擠出機的螺杆的研究較少。根據耿孝正，在《雙螺杆擠出機及其應用》(中國輕工業出版社，2003. I)中提到的，在雙螺杆擠出過程中，螺杆元件對物料要完成兩種混合，其一為分散混合，將物料組合的粒度減小，將固體塊或聚集體破碎成微粒，或使不相容聚合物的分散相尺寸達到所要求的範圍；其二為分布混合，使物料各組分的空間分布達到均勻。分散混合主要是通過剪切應力(和拉伸應力)起作用，即剪切速率(拉伸速率)是決定性的變量。剪切速率(拉伸速率)越高，越有利於分散，物料通過高應力區的次數越多，越有利於分散。對促進混合而言，拉伸流動比剪切流動更有效，拉伸流動可導致較高的分布混合效率，但是產生穩定拉伸流動是十分困難的，必須要有足夠的時間才能得到所需的總伸長應變。又，Rumshe i dt和Mason等人分析了液滴在流場中的破裂問題，發現純拉伸力場優於剪切力場。研究發現，拉伸力場是實現流體混合，尤其是分散混合最有效的方法，拉伸力場對敏感性物料的影響最小(Raueendaal DC. Newdispersive mixersbased on elongational flow.Plastics Additives&Compouding, 1999, 8/9:21-23;ZhuChangwei, Jiang Nan. Analysis andCalculation of interfacial area growth functionof mixing of polymer melt. China Plastics, 2001，15 (10):61-66)。而目前，常規的雙螺杆元件的拉伸速率極小，要比剪切速率要小兩個數量級，即拉伸力場遠小於剪切力場，不利於分散分布，大大降低了物料的混合效果。又，在同向哨合雙螺杆擠出機的擠出過程，由於剪切力場大，導致螺杆機內局部出現強剪切的狀況，雖物料在螺杆內受剪切作用時間越長，混合效果越好，但同時強剪切可能會造成材料降解、交聯等現象。還有一點，常規螺紋元件中物料基本上是沿著螺槽的方向流動，只有在嚙合區螺槽間有少量的物料交換，即混合不充分。故，現有的雙螺杆在螺杆組合的設計上，存在設置排列不合理的情況。鑑於上述情況，亟待設計一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的同向嚙合雙螺杆擠出機的螺杆，既對廢舊塑料行進充分脫揮排氣、提供好的混合效果，又避免局部強剪切、減少廢舊塑料的降解，提供聞效的輸送能力。

發明內容
本發明克服了目前雙螺杆擠出機在廢舊塑料再生加工時存在混合效果不佳的問題，提供一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，該螺杆通過對通用螺紋套(雙螺稜、正向輸送、常規槽深)、捏合塊、正向密煉轉子、斜槽形螺紋套、反向密煉轉子有效組合排列，對廢舊塑料進行充分脫揮排氣、提供好的混合效果，又避免局部強剪切、減少廢舊塑料的降解，又提供高效的輸送能力。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，包括用於同向嚙合雙螺杆擠出機的雙螺杆，其特徵在於，在雙螺杆的熔融段處設置由正向密煉轉子、斜槽形螺紋套和反向密煉轉子組成螺杆組合。
所述螺杆組合有四種第一種為通用組合96/96、96/96、96/96、72/72、72/72、56/56、56/56、56/56、 KB45 。 /5/96、KB45 ° /5/56、56/56、KB60 ° /4/56、96/96L、96/96、96/96、72/72、72/72、96/96、96/96、72/72、72/72、56/56、56/56、KB90。 /5/56、56/56、56/56、KB45。 /5/96、KB45。 /5/56、56/56、KB60° /4/56、96/96L、96/96、96/96、96/96、96/96、96/96 ；第二種組合在通用組合基礎上，將KB45 ° /5/96、KB45 ° /5/56、56/56、KB60。/4/56、96/96L 換為 D-密 152、56/56、KB60。/4/56、96/96L ；第三種組合在通用組合基礎上，將KB45 ° /5/96、KB45 ° /5/56、56/56、KB60。/4/56、96/96L 換為 D-密 152、56/56、D-密 152L ；第四種組合在通用組合基礎上，將KB45。/5/96、KB45。/5/56、56/56、KB60。/4/56、96/96L 換為 D-密 152、ZME-56/56、D-密 152L。作為本發明的一種優選方案，在雙螺杆的餵料段處增加I個G8過渡盤，將通用螺紋套組合換成單螺稜深槽螺紋套組合，例如，D96/96、D96/96、D96/96、G8、72/72，加大自由體積百分比，增強餵料段的餵料能力，從而提高反螺紋套前端的壓力，迫使熔融混煉好的物料順暢通過反向螺紋套或反向密煉轉子的螺槽向前輸送。為了達到更好地輸送效果，更進一步地，可以在雙螺杆的側餵料段處增加2個G8過渡盤，並將通用螺紋套組合換成單螺稜深槽螺紋套組合，例如，72/72、G8、D96/96、D96/96、G8、72/72，加大自由體積百分比，增強側餵料段的餵料能力，從而提高反螺紋套前端的壓力，迫使熔融混煉好的物料順暢通過反向螺紋套或反向密煉轉子的螺槽向前輸送。作為本發明的另一個優選方案，在雙螺杆的輸出段處增加I個G8過渡盤，將通用螺紋套組合換為單螺稜深槽螺紋套組合，例如，96/96、G8、D96/96、D96/96、D96/96、D96/96，加大自由體積百分比，增強輸出段的輸出能力，從而提高擠出效率。本發明的有益效果是本發明通過在雙螺杆的熔融段設置正向密煉轉子、反向密煉轉子和斜槽形螺紋套組成螺杆組合，通過減少捏合塊的強剪切作用而緩解了廢舊塑料在複合改性過程中的降解，同時增強了對廢舊橡塑共混體系的混合作用。通過在雙螺杆的餵料段、側餵料段和輸送段設置單螺稜深槽螺紋套組合，加大自由體積百分比，增強螺杆的餵料能力和輸送能力，從而提高了擠出效率。


圖I是通用螺紋套的主視圖。圖2是通用螺紋套的左視圖。圖3是單螺稜深槽螺紋套的主視圖。圖4是單螺稜深槽螺紋套的左視圖。圖5是捏合塊圖的主視圖。圖6是捏合塊圖的左視圖。 圖7是正向密煉轉子的主視圖。圖8是正向密煉轉子的左視圖。圖9是反向密煉轉子的主視圖。圖10是反向密煉轉子的左視圖。圖11是斜槽形螺紋套的主視圖。圖12是斜槽形螺紋套的左視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。在同向嚙合雙螺杆擠出機的擠出過程，螺杆混合擠出加工過程中，聚合物材料在螺杆內受剪切作用時間越長，混合效果越好，但同時可能會造成材料降解、交聯等現象，因此控制合適的轉速或餵料速率以及採用最佳螺杆組合是進行有效擠出生產的保證。為此，本發明如圖中所示，對現有的螺杆組合進行改進，其特徵在於，在雙螺杆的熔融段處設置由正向密煉轉子、斜槽形螺紋套和反向螺紋套組成螺杆組合。其中，正向密煉轉子的幾何結構類似於橡膠加工中常用的密煉機轉子，在相同的運轉條件下，通用組合與機筒間隙區和嚙合區的剪切速率最高可達200 (1/s)，其流道中各部門物料所受的剪切速率高低差別較大，極不均勻；而本發明採用的密煉轉子與機筒間隙區和嚙合區的剪切速率大大降低，密煉轉子區域的剪切速率為20-30 (Ι/s)。因此，密煉轉子流場中的剪切速率要比通用組合捏合塊的剪切速率均勻得多，再加上密煉轉子大大增加了跨螺稜的流動，增加了螺槽間的物料交換，有利於分布性混合；跨過螺稜的物料必然沿螺旋區向體積縮小的方向運動，從而在螺旋區產生拉伸流動，有利於分散混合。斜槽形螺紋套的幾何結構是在通用螺紋套的螺稜上加工成斜槽形的溝槽，在斜槽形溝槽區域對物料進行分流、增加界面，同時對料流形成垂直於流動方向的剪切，由於螺稜開槽導致了物料在螺紋中的高充滿度，增加了物料的停留時間，進一步加強了對物料的分布混合。反向螺紋套或反向密煉轉子輸送物料的方向與螺杆輸送方向相反，必須在所述反向螺紋套或反向密煉轉入口前建立高壓，使物料以壓力流的形式通過反向螺紋套或反向密煉轉子。而這樣的高壓必須由其上遊的正向螺紋套來建立，因此通過在餵料段引入單螺稜深槽螺紋套增大自由體積比，使得物料充滿螺槽，建立起足夠的壓力，使得本發明的螺杆順暢輸送物料。聚苯乙烯流動性能好，而彈性體SBS，由於分子量和粘度較大，流動性不如前者，CaCO3也不易於流動和分散，三者容易分流，導致混合不均。本發明根據廢舊橡塑共混體系WPSF/SBS/CaC03共混體系的具體特點，對雙螺杆擠出機的螺杆進行組合，特別是將正向密煉轉子、斜槽形螺紋套、反向密煉轉子、單螺稜深槽螺紋套應用於雙螺杆，設計出適合WPSF/SBS/CaC03等共混體系材料複合改性的螺杆組合。本發明針對WPSF/SBS/CaC03等共混體系材料複合改性設計的6種螺杆組合見表
Io表I針對WPSF/SBS/CaC03等共混體系設計的6種螺杆組合
權利要求
1.一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，包括用於同向嚙合雙螺杆擠出機的雙螺杆，其特徵在於，在雙螺杆的熔融段處設置由正向密煉轉子、斜槽形螺紋套和反向密煉轉子組成螺杆組合。
2.根據權利要求I所述的一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，其特徵在於，所述螺杆組合有四種 第一種為通用組合96/96、96/96、96/96、72/72、72/72、56/56、56/56、56/56、KB45° /5/96、KB45° /5/56、56/56、KB60 ° /4/56、96/96L、96/96、96/96、72/72、72/72、96/96、96/96、72/72、72/72、56/56,56/56, KB90 ° /5/56、56/56、56/56、KB45 ° /5/96、KB45 ° /5/56、56/56、KB60° /4/56、96/96L、96/96、96/96、96/96、96/96、96/96 ； 第二種組合 在通用組合基礎上，將 KB45° /5/96、KB45° /5/56、56/56、KB60° /4/56、96/96L 換為D-密 152、56/56、KB60° /4/56、96/96L ； 第三種組合 在通用組合基礎上，將 KB45° /5/96、KB45° /5/56、56/56、KB60° /4/56、96/96L 換為D-密 152、56/56、D-密 152L ； 第四種組合 在通用組合基礎上，將 KB45° /5/96、KB45° /5/56、56/56、KB60° /4/56、96/96L 換為D-密 152、ZME-56/56、D-密 152L。
3.根據權利要求I或2所述的一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，其特徵在於，在雙螺杆的餵料段處增加I個G8過渡盤，將餵料段處的通用螺紋套組合換成單螺稜深槽螺紋套組合，例如，D96/96、D96/96、D96/96、G8、72/72。
4.根據權利要求I或2所述的一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，其特徵在於，在雙螺杆的側餵料段處增加2個G8過渡盤，將餵料段處的通用螺紋套組合換成單螺稜深槽螺紋套組合，例如，72/72、G8、D96/96、D96/96、G8、72/72。
5.根據權利要求I或2所述的一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，其特徵在於在雙螺杆的輸出段處增加I個G8過渡盤，將輸出段處的通用螺紋套組合換為單螺稜深槽螺紋套組合，例如，96/96、G8、D96/96、D96/96、D96/96、D96/96。
全文摘要
本發明設計一種用於廢舊橡塑共混體系複合改性的雙螺杆擠出機的螺杆，包括用於同向嚙合雙螺杆擠出機的雙螺杆，其特徵在於，在雙螺杆的熔融段處設置由正向密煉轉子、斜槽形螺紋套和反向密煉轉子成螺杆組合。藉助上述結構，本發明的優點減少剪切速率對物料的混合作用的同時增強拉伸速率對物料的混合作用，迫使物料向回運動，降低局部強剪切，減少廢舊塑料在強剪切的作用下加劇分子鏈斷裂，加大周向流動，延長物料在熔融段的停留時間，使物料在密煉轉子的間隙之間反覆混合。
文檔編號B29C47/60GK102794899SQ201210262430
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者李志傑, 羅京科, 丁友江, 劉方毅 申請人:上海英科實業有限公司, 山東英科環保再生資源股份有限公司