[發明專利]一種分流拉伸螺桿元件及其螺桿組合

在審

• 申請號: 202011130642.5
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112339156A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 蔣果;王海婷
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29B7/42
• 分類號: B29B7/42;B29B7/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃媛君

本發明公開了一種分流拉伸螺桿元件及其螺桿組合，所述分流拉伸螺桿元件整體為一個中空柱狀的拉伸塊，芯部為與螺桿芯軸相連的連接孔，外表面沿周向平行設置若干分隔棱，分隔棱間為拉伸槽，拉伸槽與機筒內壁面的間隙形成徑向拉伸流道；此外還可在分隔棱的頂端設置一個斜側面，帶有斜側面的分隔棱頂端與機筒內壁的間隙形成周向拉伸流道；螺桿工作時，在徑向和軸向拉伸流道的拉伸力場作用下，對物料進行分流拉伸混合，增強混煉塑化、分布分散混合效果。與剪切流比，拉伸流混合有能效高、不受粘度比限制、溫升小的特點，產生更好的分散和分布效果。本發明的拉伸塊，可與傳統螺桿對接，無需添加額外設備或控件，拆裝方便，適用多種加工設備。

技術領域

本發明涉及高分子塑化混合裝置，具體涉及一種分流拉伸螺桿元件及其螺桿組合。

背景技術

螺桿加工塑化過程中，其對物料的輸送和分布混合能力可以通過適當選擇螺桿元件的類型和幾何形狀來控制，大部分分散混合作用發生在剪切流主導的捏合塊中。

隨著高分子材料科學的發展，傳統的以剪切為主的螺桿元件已經不能滿足加工要求，對一些熱不穩定的樹脂，如PVC、PPC等，過高的剪切會產生大量粘性耗散熱，可能造成基體的熱降解，而且純剪切不利于加工粘度比較大的共混物，因此，在增加混煉效果的同時，如何保證減少剪切熱成為螺桿加工的重要問題。

近年來，為了在高分子塑化加工設備中引入拉伸力場或產生混沌力場，出現了差速螺桿擠出技術—通過兩根螺桿的速度差產生混沌力場、中空螺桿—在螺桿中空部分采用收斂-發散流道引入拉伸力場、偏心轉子擠出機—通過轉子與與定子的容腔容積周期性變化實現體積拉伸而產生拉伸主導流場等新型加工設備，但這些設備往往涉及對整個螺桿或擠出機設備的改造，結構復雜，制備困難，造價高，目前主要應用于實驗室，很難實現設備的量產。

發明內容

針對現有技術中的混煉效果差、溫升高、結構復雜等問題，本發明提供了一種分流拉伸螺桿元件，技術方案如下：

一種分流拉伸螺桿元件，其整體為一個中空柱狀的拉伸塊，其芯部為用于與螺桿芯軸相連的連接孔，其外表面沿周向平行設置若干個分隔棱，分隔棱沿拉伸塊徑向高度一致；各分隔棱之間為拉伸槽，拉伸槽與機筒內壁面的間隙形成沿螺桿徑向拉伸流道，所述徑向拉伸流道沿螺桿軸向為中間窄、兩端闊的半收斂-發散拉伸流道。

在螺桿轉動過程中，物料流經拉伸塊，被分隔棱分割成數股料流，攪亂料流，使物料加速均化；拉伸槽與機筒內壁面形成的徑向拉伸流道，產生強烈的拉伸力場作用，料流經分散、匯合，達到優異的分布分散混合效果。

進一步的，還可以在分隔棱的頂端設置一個斜側面，此時，帶有斜側面的分隔棱頂端與機筒內壁的間隙會形成一個周向拉伸流道，使得物料不僅僅受到原有的徑向方向的拉伸混合，還同時受到周向的拉伸混合，在徑向和周向兩個方向均受到強烈的拉伸力場作用，然后再次匯合。物料經反復分流拉伸匯合作用，強化加工過程分布分散混合和塑化效果。

進一步的，所述半收斂-發散拉伸流道包括中間的收斂段L_C、兩端的第一發散段L₁和第二發散段L₂，且形成所述半收斂-發散拉伸流道的外輪廓線為直線，其中第一發散段L₁的入口角度為Φ₁，第二發散段L₂的入口角度為Φ₂。收斂段L_C對應的流道深度值為Wc,第一發散段L₁和第二發散段L₂的流道深度值最大處為Wu，要求Wu大于Wc；設a為收斂比，則有a＝Wu/Wc1；a越大，物料在經過收斂-發散流道受到的擠壓和拉伸作用越大，通常收斂比大于2以上擠壓和拉伸作用比較明顯，具體根據螺桿規格和材料特性對收斂比a和入口角度Φ₁、Φ₂進行優選，達到最佳效果，其中Φ₁、Φ₂可在0°-90°之間進行優選。