[发明专利]转速比为2.5的同向自洁型多螺杆挤出机及挤出方法

说明书

技术领域

本发明涉及螺杆挤出加工技术领域，特别涉及一种转速比为2.5的同向自洁型多螺杆挤出机及挤出方法。

背景技术

同向双螺杆挤出机由于具有自洁功能，是流行的混炼和加工装备。这类装备一般由一个机筒和两个结构完全一样的螺杆组成，螺杆的轴线与机筒轴线平行安装。为了提高混合效果，多头结构经常被采用，进而实现不同的拓扑流路。比如，传统的同向双螺杆挤出机经常使用两头的螺纹结构。从拓扑线路的角度来看，这种结构将产生三个彼此独立的流道，分属于不同流道的流体无法实现彼此的互相混合。因此，当加工物料在进口存在成分波动时，必然导致出口的质量不稳定。只有在捏合块区域，不同流道内的材料才能实现彼此混合。但是捏合块区域将导致超高的剪切速率、存在死区及能耗激增，导致设备的自洁性下降，材料出现降解等诸多问题。如果螺杆之间存在开放空间，则进料成分的波动能够被极大的抹平，强化了螺杆之间的混合，但这样会牺牲螺杆的自洁功能。

另一方面，为了保证螺杆间的相互啮合运动，多头螺纹将导致螺槽深度变浅，因此，将导致产量下降。传统的同向双螺杆两根螺杆的形状相同，流道体积相同，因而缺乏对称破缺效应。人们普遍接受的是啮合区在强化混合过程中起到极大的作用。但由于流道体积不变，无法产生拉伸效应，而拉伸效应能更有效地实现高分熔融和分散混合。此外，加工过程中螺槽通常都处于部分充满状态，传统的双螺杆螺槽横截面不变，这导致熔融和混合效率的下降。因此，往往采用高转速来实现高的剪切速率，同时又不得不采用更大的长径比来延长停留时间。随着实际工程对高产量和高效混合要求越来越高，以上这些措施会导致能耗巨大、效率低及材料降解等诸多问题。

为了引入拉伸力场，采用不同形状的螺杆和螺杆间存在速度差是必要的。最近的研究表明，周期性和间歇作用可以极大地提高混合效果。如果一对螺杆在一个旋转周期内一段时间保持彼此接触，其余时间不保持彼此接触，这种周期性和间歇性作用就能引入。研制这样一种新型螺杆将为提高混合开辟一条新路。而且，在保持自洁功能的前提下，在同向差速螺杆组间构造开放的空间，是当前提升进一步高分子材料加工过程中熔融和混炼效果的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种转速比为2.5的同向自洁型多螺杆挤出机，该挤出机充分发挥了螺杆之间的相互混合、拉伸力场以及间歇作用的优势，从而提升对物料的输送和混合效率。

本发明的另一目的在于提供上述速比为2.5的同向自洁型多螺杆挤出机的挤出方法。

本发明的技术方案为：一种转速比为2.5的同向自洁型多螺杆挤出机，包括机筒和螺杆机构，螺杆机构安装于机筒内腔中，其特征在于，螺杆机构包括一个中心螺杆和至少两个外围螺杆，各外围螺杆均为双头螺纹结构，中心螺杆为五头螺纹结构；各外围螺杆与中心螺杆同向旋转，各外围螺杆的转速为中心螺杆的2.5倍；螺杆机构旋转时，各外围螺杆与中心螺杆之间始终保持啮合，相邻的两个外围螺杆之间为间歇式啮合。该结构的挤出机中，螺杆机构旋转的过程中，中心螺杆表面与外围螺杆表面一直保持接触，可实现自洁功能，而相邻的两个外围螺杆表面在旋转过程中一部分时间保持接触，其余时间存在间隙，这种结构可实现螺杆间不同螺槽内的物料发生混合，同时也充分利用了周期性和间歇性作用来提升熔融和混合效果。外围螺杆与中心螺杆的转速比为2.5，是该螺杆机构差速旋转情况下的唯一选择，只有在转速比为2.5的情况下，才能保证各外围螺杆与中心螺杆之间的中心距保持一致，且任意相邻的两个外围螺杆的横截面长轴线之间保持成90°角，从而避免其相互啮合会产生干涉的现象。

作为一种优选方案，所述螺杆机构包括一个中心螺杆和六个外围螺杆，六个外围螺杆沿中心螺杆的外圆周方向均匀分布；六个外围螺杆的外轮廓线与机筒的内壁相切，螺杆机构与机筒的内腔之间形成物料输送流道。

所述中心螺杆和各外围螺杆的横截面轮廓分别由多段曲线弧连接构成，构成中心螺杆横截面轮廓的曲线弧有20段，构成外围螺杆横截面轮廓的曲线弧有8段。

所述中心螺杆和各外围螺杆的最大外径均为均为D，最小内径均为d，且D/d＝1.1～1.5，螺杆导程为0.01D～100000D。

所述中心螺杆的横截面轮廓整体呈五边形状，各外围螺杆的结构相同，外围螺杆的横截面轮廓整体呈椭圆形状。