[发明专利]一种分流拉伸螺杆元件及其螺杆组合

说明书

本发明公开了一种分流拉伸螺杆元件及其螺杆组合，所述分流拉伸螺杆元件整体为一个中空柱状的拉伸块，芯部为与螺杆芯轴相连的连接孔，外表面沿周向平行设置若干分隔棱，分隔棱间为拉伸槽，拉伸槽与机筒内壁面的间隙形成径向拉伸流道；此外还可在分隔棱的顶端设置一个斜侧面，带有斜侧面的分隔棱顶端与机筒内壁的间隙形成周向拉伸流道；螺杆工作时，在径向和轴向拉伸流道的拉伸力场作用下，对物料进行分流拉伸混合，增强混炼塑化、分布分散混合效果。与剪切流比，拉伸流混合有能效高、不受粘度比限制、温升小的特点，产生更好的分散和分布效果。本发明的拉伸块，可与传统螺杆对接，无需添加额外设备或控件，拆装方便，适用多种加工设备。

技术领域

本发明涉及高分子塑化混合装置，具体涉及一种分流拉伸螺杆元件及其螺杆组合。

背景技术

螺杆加工塑化过程中，其对物料的输送和分布混合能力可以通过适当选择螺杆元件的类型和几何形状来控制，大部分分散混合作用发生在剪切流主导的捏合块中。

随着高分子材料科学的发展，传统的以剪切为主的螺杆元件已经不能满足加工要求，对一些热不稳定的树脂，如PVC、PPC等，过高的剪切会产生大量粘性耗散热，可能造成基体的热降解，而且纯剪切不利于加工粘度比较大的共混物，因此，在增加混炼效果的同时，如何保证减少剪切热成为螺杆加工的重要问题。

近年来，为了在高分子塑化加工设备中引入拉伸力场或产生混沌力场，出现了差速螺杆挤出技术—通过两根螺杆的速度差产生混沌力场、中空螺杆—在螺杆中空部分采用收敛-发散流道引入拉伸力场、偏心转子挤出机—通过转子与与定子的容腔容积周期性变化实现体积拉伸而产生拉伸主导流场等新型加工设备，但这些设备往往涉及对整个螺杆或挤出机设备的改造，结构复杂，制备困难，造价高，目前主要应用于实验室，很难实现设备的量产。

发明内容

针对现有技术中的混炼效果差、温升高、结构复杂等问题，本发明提供了一种分流拉伸螺杆元件，技术方案如下：

一种分流拉伸螺杆元件，其整体为一个中空柱状的拉伸块，其芯部为用于与螺杆芯轴相连的连接孔，其外表面沿周向平行设置若干个分隔棱，分隔棱沿拉伸块径向高度一致；各分隔棱之间为拉伸槽，拉伸槽与机筒内壁面的间隙形成沿螺杆径向拉伸流道，所述径向拉伸流道沿螺杆轴向为中间窄、两端阔的半收敛-发散拉伸流道。

在螺杆转动过程中，物料流经拉伸块，被分隔棱分割成数股料流，搅乱料流，使物料加速均化；拉伸槽与机筒内壁面形成的径向拉伸流道，产生强烈的拉伸力场作用，料流经分散、汇合，达到优异的分布分散混合效果。

进一步的，还可以在分隔棱的顶端设置一个斜侧面，此时，带有斜侧面的分隔棱顶端与机筒内壁的间隙会形成一个周向拉伸流道，使得物料不仅仅受到原有的径向方向的拉伸混合，还同时受到周向的拉伸混合，在径向和周向两个方向均受到强烈的拉伸力场作用，然后再次汇合。物料经反复分流拉伸汇合作用，强化加工过程分布分散混合和塑化效果。

进一步的，所述半收敛-发散拉伸流道包括中间的收敛段L_C、两端的第一发散段L₁和第二发散段L₂，且形成所述半收敛-发散拉伸流道的外轮廓线为直线，其中第一发散段L₁的入口角度为Φ₁，第二发散段L₂的入口角度为Φ₂。收敛段L_C对应的流道深度值为Wc,第一发散段L₁和第二发散段L₂的流道深度值最大处为Wu，要求Wu大于Wc；设a为收敛比，则有a＝Wu/Wc1；a越大，物料在经过收敛-发散流道受到的挤压和拉伸作用越大，通常收敛比大于2以上挤压和拉伸作用比较明显，具体根据螺杆规格和材料特性对收敛比a和入口角度Φ₁、Φ₂进行优选，达到最佳效果，其中Φ₁、Φ₂可在0°-90°之间进行优选。