[发明专利]强拉伸同向差速多螺杆挤出机及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及多螺杆挤出机技术领域，特别涉及一种强拉伸同向差速多螺杆挤出机及其加工方法。

背景技术

具有自洁功能的同向双螺杆挤出机是目前广泛应用的混合加工装备。这类双螺杆挤出机，只在啮合区提供扰动作用来提升混合质量，在远离啮合区缺乏混沌混合触发机制，而且，物料在左右螺槽容积一致，拉伸力场作用很小，螺槽容积主体部分缺乏有效提升混合的结构，会导致分布混合效果不能进一步提高，缺乏拉伸力场效应导致分散混合不理想。另外，双螺杆挤出机加工过程大部分为非充满状态，几乎没有变化的流道导致物料的塑化混炼大打折扣，为提高混合效果和提高产量，工程实践中常常采用高转速实现高剪切，大长径比螺杆延长加工历程，但该方式带来了高能耗、低效率和物料降解等诸多问题。近年来，出现了差速双螺杆挤出技术，即利用两根螺杆的速度差来强化加工过程的熔融和混合，虽然成功引入了混沌混合和拉伸力场作用，但无法提供更强的拉伸作用来降低临界毛细管数，从而使多相混合的尺度进一步缩小，因此，加工细微尺度及纳米材料时仍然面临极大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种强拉伸同向差速多螺杆挤出机，该结构的挤出机可产生较强的拉伸力场作用，加速熔融效率，实现优异的分散混合效果，有效减小分散相粒径，进而提高加工效率。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述强拉伸同向差速多螺杆挤出机实现的加工方法。

本发明的技术方案为：一种强拉伸同向差速多螺杆挤出机，包括机筒和螺杆机构，螺杆机构安装于机筒的内腔中，螺杆机构包括相互啮合的第一螺杆和第二螺杆，第一螺杆包括依次连接的第一正向输送元件、第一混炼元件和第一反向输送元件，第二螺杆包括依次连接的第二正向输送元件、第二混炼元件和第二反向输送元件，第一螺杆的外径与第二螺杆的外径不相等。其中，第一螺杆和第二螺杆的外径不同，导致两根螺杆的线速度差和两根螺杆的流道容积差别更大，使得两根螺杆在差速作用下的拉伸作用更强。

所述第一螺杆中，第一正向输送元件、第一混炼元件和第一反向输送元件均为单头螺纹结构；第二螺杆中，第二正向输送元件、第二混炼元件和第二反向输送元件均为双头螺纹结构。第一螺杆和第二螺杆的外轮廓线均与机筒的内壁相切，螺杆机构与机筒的内腔之间形成流道。

作为一种优选方案，所述第一螺杆中，第一混炼元件的外周边沿为带有第一凹口的间断式螺棱结构，第一混炼元件的整体外轮廓形状与第一正向输送元件相同；

第二螺杆中，第二混炼元件的外周边沿为带有第二凹口的间断式螺棱结构，第二混炼元件的整体外轮廓形状与第二正向输送元件相同；

第一凹口和第二凹口均为半圆柱状的凹槽结构。该结构的混炼元件可提供更强大的分布混合能力，但其自洁能力相对于光滑边沿的螺杆结构会有所下降。

作为另一种优选方案，所述第一螺杆中，第一混炼元件为多个第一捏合块连接形成的组合结构；

第二螺杆中，第二混炼元件为多个第二捏合块连接形成的组合结构。该结构的混炼元件除了可提供具有正位移输送能力超大产量的完全自洁的混合之外，还引入更强的拉伸力场效应，提供更强大的分散混合能力。

除此之外，第一混炼元件也可采用与第一正向输送元件结构相同的螺杆结构，第二混炼元件也可采用与第二正向输送元件结构相同的螺杆结构，即第一混炼元件和第二混炼元件的外周边沿均为光滑的螺棱结构，该结构可提供具有正位移输送能力超大产量的完全自洁的混合。

所述第一螺杆和第二螺杆同向旋转且时刻保持啮合，第一螺杆与第二螺杆之间的转速比为2～7，即第一螺杆转速为第二螺杆转速的2～7倍，或第二螺杆转速为第一螺杆转速的2～7倍。该结构中，第一螺杆与第二螺杆之间的转速比选择2～7为最优方案，理论上，转速比越大，第一螺杆与第二螺杆之间螺槽的深度会越小，其混合效果也会越好，但转速比过大时，螺槽深度接近于零，在几何上无法实现，而当转速比小于2时，其差速效果不明显，对物料的拉伸作用相当弱，起不到强拉伸作用的效果。

所述第一螺杆和第二螺杆中，其中一个螺杆为大直径螺杆，另一个螺杆为小直径螺杆，大直径螺杆的外径与内径之间的比值为1.1～1.8，小直径螺杆的外径与内径之间的比值为1.1～4.5。由试验证明，结合第一螺杆和第二螺杆的转速比，该内、外径比值可更好地保证两根螺杆的螺槽深度与对物料的强拉伸作用达到最佳状态，从而最大限度地提高其强拉伸作用。