專利名稱：同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料塑化排氣擠出加工技術(shù)，特別涉及一種同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置及方法。
背景技術(shù)：
同向雙螺桿擠出機在高分子材料填充、改性、共混及反應(yīng)擠出等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。其原理是兩根螺桿結(jié)構(gòu)完全相同，安裝時相差一定的相位角，中心距與螺紋頭數(shù)及頂角相關(guān)，加工過程中兩根螺桿的轉(zhuǎn)速相同。為達(dá)到加工過程中自潔效果，從相對運動的觀點來看，兩根螺桿的相位保持不變，相互做接觸平動運動。這種結(jié)構(gòu)雖然能夠初步解決物料加工的混合性能差、自潔特性差、排氣效果差等問題，但仍存在著以下缺陷(1)由于兩根螺桿的形狀相同，存在著一致性(對稱性)，導(dǎo)致流體沿著兩根螺桿前行過程中經(jīng)歷的幾何空間存在一致性，缺少流體加工空間幾何形狀的轉(zhuǎn)換，剪切過程中界面的再取向作用減弱， 混合效果有限，尤其是位于螺槽中部的大部分流體混合仍屬于層流混合，界面隨時間呈線性增加；( 已有的研究表明，同向雙螺桿只能對近壁面區(qū)的表層流體產(chǎn)生有效地混合作用，尤其是嚙合區(qū)的作用特別明顯，總體芯部流體混合還有極大的提高空間。為此，根據(jù)需要，需要提供一種具有自清潔作用的混合效果好的擠出加工技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種高分子材料加工過程中塑化、混合效果好且具有自清潔作用的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供由上述裝置實現(xiàn)的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，包括螺桿機構(gòu)、機筒、進料口、排氣口、出料口和動力機構(gòu)，所述動力機構(gòu)分別設(shè)于機筒的端部，并與螺桿機構(gòu)連接；所述螺桿機構(gòu)設(shè)于機筒內(nèi)部，并水平放置，將機筒內(nèi)部分為固體輸送段、熔融段、排氣段和混煉擠出段；所述進料口設(shè)于固體輸送段的機筒上方，排氣口設(shè)于排氣段的機筒上方，進料口和排氣口均與機筒連通；出料口設(shè)于機筒的端部，所述螺桿機構(gòu)包括形狀不一致的中心螺桿和邊螺桿，中心螺桿的軸線與機筒的軸線重合，邊螺桿與中心螺桿嚙合連接，且中心螺桿和邊螺桿的螺紋外輪廓線均與機筒的內(nèi)壁相切；所述動力機構(gòu)分別與中心螺桿和邊螺桿連接。所述動力機構(gòu)包括相互連接的主電機和齒輪傳動機構(gòu)，所述齒輪傳動機構(gòu)均分別與中心螺桿和邊螺桿連接。所述中心螺桿的螺棱頂角范圍為0 180度(即螺桿的螺棱在垂直軸線橫截面內(nèi)頂角范圍為0 180度)。中心螺桿與邊螺桿轉(zhuǎn)速可以相同，也可以不同。作為一種優(yōu)選方案，所述邊螺桿為兩個，為左螺桿和右螺桿，分別設(shè)于中心螺桿的兩側(cè)，且均與中心螺桿嚙合連接；所述機筒的內(nèi)腔由三個連通的圓柱槽構(gòu)成，各圓柱槽分別與左螺桿、中心螺桿和右螺桿配合；位于兩側(cè)邊的圓柱槽與中間位置的圓柱槽的中心軸線距離等于中心螺桿與左螺桿、右螺桿的中心距。所述左螺桿和右螺桿的位置相位角度差為0度、90度或180度。以中心螺桿和各邊螺桿各自對應(yīng)的機筒圓柱槽的中心點為極點，以由極點水平向右引出的射線為極軸，所述中心螺桿的橫截面的形狀曲線滿足當(dāng) 0° 彡 θ 彡 25° ,Ρ(θ)=
0.32256 + 0.003926 + 0.0003094976>2 -2.57326 χ IO"56>3 + 9.28644 χ IO"76>4 +1.8713 χ IO"86>5 -8.12786 χ IO4tl 6>6 -9.61005 xlO426>7
Dn當(dāng)25° ^ θ ^ 63°，P ( θ ) = 0. 5D0 ；當(dāng)63° < θ < 123°， '0.5 + 0.000823585(6 -63) -0.00134(6 -63)2 +8.00734 χ 10_5 (Θ-63)3 ,-2.14653 χ ΙΟ—6 (Θ-63)4 + 2.76223 χ 10_8 (Θ-63)5 -1.37762 χ ΙΟ—1。(θ-63)6
'0.25391 -0.00207(6 -12 +0.000573645(6 -12 2
ΡΨ) =
Dn當(dāng) 123° 彡 θ 彡 147° ,ρ(Θ)=
-8.45874 χ IO"5 (6>-123)3 + 6.53416 χ 10_6 (6>-123)4 -2.56256 χ 10_7 {θ-Wi)5 + 4.47098 χ 10_9 {θ-123)6 -2.03618xl0-"(m3)7
Dn當(dāng) 147° 彡 θ 彡 205°，
^0.25374 + 0.00073004 8(6 -147) - 0.00015653 5(6 -147)2
Ρ(θ) =
+ 3.73081x10-5(6>-147)3 -3.07839 χ IO"6 (θ-\Α γ +1.32913 χ IO"7 (θ-\Α γ -3.10949 χ 10 _9 (6> -147)6 + 3.74465 χ 10 ]1 (6> -147)7 -1.81606 χ 10 43 (6> -147)8
D0;當(dāng)205° 彡 θ 彡 243° , P ( θ ) = 0. 5D0 ；當(dāng)243° ( θ 彡 307°，
'0.5 + 0.00369(6 -243) -0.00226(6 -243)2 +0.000184965(θ -243)3 ρ(θ)= -7.94221χ10-6(6>-243)4 + 2.00615 χ IO"7(θ-243)5 -2.9807 χ 10_9(6>-243)e 、+ 2.4097 χ 1041 (6>-243)7 -8.17763 χIO"14(θ-243)8當(dāng) 307° ( θ ^ 323°， '0.2568 - 0.00882(6 - 307) + 0.00414(6 - 307)2 - 0.00090865 1(6 -307)3
Dn
ΡΨ) =
+ 0.000100777(6 -307)4 -5.50309 χ IO"6 (θ -307)5 +1.20454 χ IO"7 (θ-307)6
.95559 χΙΟ40 (θ-307)''
Dn當(dāng) 323° 彡 θ 彡 360° ,ρ(Θ)=
0.25618 + 0.00082668 (θ - 323)-0.000319894(6 - 323)2 + 4.17742χ10·5(6>-323)3 -2.08266 χIO"6(θ-323)4
Dn
ν+4.80871χ10·8(6>-323)5 -4.18424 χIO"10 (θ-323)6其中，θ為極角角度數(shù)對應(yīng)的數(shù)值，P為極徑，Dtl為所述螺桿對應(yīng)的機筒圓柱槽的內(nèi)徑；所述左螺桿的橫截面的形狀與右螺桿橫截面沿中心螺桿所對應(yīng)的機筒圓柱槽的中心點逆時針旋轉(zhuǎn)180度后形成的曲線形狀相同；所述右螺桿的橫截面的形狀曲線滿足當(dāng) 0° < θ <80° ,Ρ(θ)=
0.28446 + 0.001736 - 4.07776 χ KT66 ” + 4.49932χ10.76 3 - 3.26681χ 10.96 4
Dn
權(quán)利要求
1.同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，包括螺桿機構(gòu)、機筒、進料口、排氣口、出料口和動力機構(gòu)，所述動力機構(gòu)分別設(shè)于機筒的端部，并與螺桿機構(gòu)連接；所述螺桿機構(gòu)設(shè)于機筒內(nèi)部，并水平放置，將機筒內(nèi)部分為固體輸送段、熔融段、排氣段和混煉擠出段；所述進料口設(shè)于固體輸送段的機筒上方，排氣口設(shè)于排氣段的機筒上方，進料口和排氣口均與機筒連通；出料口設(shè)于機筒的端部，其特征在于所述螺桿機構(gòu)包括形狀不一致的中心螺桿和邊螺桿，中心螺桿的軸線與機筒的軸線重合，邊螺桿與中心螺桿嚙合連接，且中心螺桿和邊螺桿的螺紋外輪廓線均與機筒的內(nèi)壁相切；所述動力機構(gòu)分別與中心螺桿和邊螺桿連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述動力機構(gòu)包括相互連接的主電機和齒輪傳動機構(gòu)，所述齒輪傳動機構(gòu)均分別與中心螺桿和邊螺桿連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述中心螺桿的螺棱頂角范圍為0 180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述邊螺桿為兩個，為左螺桿和右螺桿，分別設(shè)于中心螺桿的兩側(cè)，且均與中心螺桿嚙合連接；所述機筒的內(nèi)腔由三個連通的圓柱槽構(gòu)成，各圓柱槽分別與左螺桿、中心螺桿和右螺桿配合；位于兩側(cè)邊的圓柱槽與中間位置的圓柱槽的中心軸線距離等于中心螺桿與左螺桿、右螺桿的中心距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述左螺桿和右螺桿的位置相位角度差為0度、90度或180度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述左螺桿的橫截面的形狀與右螺桿橫截面沿中心螺桿所對應(yīng)的機筒圓柱槽的中心點逆時針旋轉(zhuǎn)180度后形成的曲線形狀相同；以中心螺桿和各邊螺桿各自對應(yīng)的機筒圓柱槽的中心點為極點，以由極點水平向右引出的射線為極軸，所述中心螺桿的橫截面的形狀曲線滿足
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述左螺桿的橫截面的形狀與右螺桿橫截面的曲線形狀相同；以中心螺桿和各邊螺桿各自對應(yīng)的機筒圓柱槽的中心點為極點，以由極點水平向右引出的射線為極軸， 所述中心螺桿的橫截面的形狀曲線滿足當(dāng) 0° < θ < 27° ,ρ(θ) =-6/
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于所述邊螺桿為一個，設(shè)于中心螺桿的側(cè)邊與中心螺桿嚙合連接；所述機筒的內(nèi)腔由兩個連通的圓柱槽構(gòu)成，各圓柱槽分別與邊螺桿、中心螺桿配合；兩個圓柱槽的中心軸線距離等于中心螺桿與邊螺桿的中心距。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，其特征在于以中心螺桿和邊螺桿各自對應(yīng)的機筒圓柱槽的中心點為極點，以由極點水平向右引出的射線為極軸，所述中心螺桿的橫截面的形狀曲線關(guān)于關(guān)于射線θ =120°、射線θ = 240°對稱， 極角在0° ( θ彡120°內(nèi)對應(yīng)的曲線滿足 當(dāng) 0 彡 θ 彡 2° , P ( θ ) = 0. 5D0 ； 當(dāng) 2° < θ < 58°，
10.權(quán)利要求1 9任一項所述裝置實現(xiàn)的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出方法，其特征在于，具體包括如下步驟(1)物料從進料口進入機筒后，中心螺桿和邊螺桿在動力機構(gòu)的驅(qū)動下沿各自螺桿軸線同向轉(zhuǎn)動；物料進入固體輸送段，在中心螺桿和邊螺桿的軸向輸送力以及中心螺桿和邊螺桿的摩擦力共同作用下實現(xiàn)進料輸送，迫使物料向出料口方向運動，同時物料中的氣體隨著物料受熱被從進料口排出；(2)物料運動至在熔融段處時，中心螺桿和邊螺桿相對嚙合轉(zhuǎn)動產(chǎn)生周期性輸運空間輸送物料；各螺桿高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱，同時在機筒的外加熱共同作用使得物料發(fā)生融化； 中心螺桿及邊螺桿間的相互擦拭作用及輸運空間非對稱作用加速熔融進程，使得物料成為熔體；(3)熔體進入排氣段，中心螺桿及邊螺桿與機筒內(nèi)腔組成的空間突然擴大，中心螺桿和邊螺桿的轉(zhuǎn)動不斷翻動物料，使氣體從排氣口排出，熔體進一步向出料口方向運動；(4)熔體進入混煉擠出段，熔體在中心螺桿和邊螺桿的轉(zhuǎn)動作用下所產(chǎn)生的周期性空間作用下前行，中心螺桿和邊螺桿間的相互擦拭作用及輸運空間非對稱作用促使界面不斷再取向更新，對物料進行混煉塑化，同時，各螺桿間的相互擦拭作用實現(xiàn)了自潔作用，使熔體穩(wěn)定從出料口擠出。
全文摘要
本發(fā)明提供了同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出裝置，包括螺桿機構(gòu)、機筒、進料口、排氣口、出料口和動力機構(gòu)，所述螺桿機構(gòu)包括形狀不一致的中心螺桿和邊螺桿，中心螺桿的軸線與機筒的軸線重合，邊螺桿分別設(shè)于中心螺桿的兩側(cè)，并均與中心螺桿嚙合連接；所述中心螺桿和邊螺桿的螺紋外輪廓線均與機筒的內(nèi)壁相切；所述動力機構(gòu)分別與中心螺桿和邊螺桿連接。本發(fā)明還提供了由上述裝置實現(xiàn)的同向旋轉(zhuǎn)非一致自潔多螺桿塑化排氣擠出方法。本發(fā)明的各螺桿采用非對稱的流道幾何形狀，使得物料流動空間具有非對稱性，全面強化了混合混煉強度和效果，具有極其優(yōu)異的分散分布混合效果，且具有自清潔作用，尤其適用于高產(chǎn)量、納米材料的加工。
文檔編號B29C47/40GK102248654SQ201110149868
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者何亮, 孔萍, 徐百平, 王玫瑰, 陳金偉 申請人:廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院