用于聚合物的發(fā)泡工藝的擠出機(jī)螺桿以及具有這樣的螺桿的擠出機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于聚合物的發(fā)泡工藝的擠出機(jī)螺桿以及具有這樣的螺桿的擠出機(jī)。該螺桿依次包括加料段、壓縮段、計(jì)量段和螺桿頭部，其中在從加料段到螺桿頭部的方向上，在計(jì)量段的整個(gè)長(zhǎng)度上或者在其一部分長(zhǎng)度上，計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積減小。本發(fā)明的螺桿特別適合于具有發(fā)泡過程的擠出成型工藝，特別是可以在不降低生產(chǎn)效率的情況下避免氣體逃逸到表面，并且避免計(jì)量段的溫度因剪切熱而升高。
【專利說明】
用于聚合物的發(fā)泡工藝的擠出機(jī)螺桿以及具有這樣的螺桿的擠出機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于聚合物的發(fā)泡工藝的擠出機(jī)螺桿，更具體地說涉及用于聚合物的具有發(fā)泡過程的擠出成型工藝的螺桿。本發(fā)明還涉及采用該螺桿的擠出機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，人們對(duì)塑料制品的要求不斷提高，特別是在節(jié)能環(huán)保方面，要求在滿足制品的使用要求的同時(shí)盡可能降低生產(chǎn)成本，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)綠色制造。在常規(guī)的塑料成型工藝中增加發(fā)泡工藝是一種重要的綠色環(huán)保生產(chǎn)方式，它與非發(fā)泡的工藝相比顯著降低了原料消耗，降低了環(huán)境壓力。但是發(fā)泡工藝同時(shí)也具有導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低的缺點(diǎn)。
[0003]在聚合物的擠出成型加工中，影響塑化過程的主要因素包括螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿背壓和料筒溫度。螺桿是擠出工藝中的重要塑化部件，是提供壓力的場(chǎng)所，在成型加工過程中起到至關(guān)重要的作用。聚合物在擠出機(jī)的料筒中分三種形態(tài):玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)，對(duì)應(yīng)的螺桿分為三段:加料段、壓縮段和計(jì)量段。在具有發(fā)泡過程的擠出成型工藝中，發(fā)泡氣體在擠出機(jī)料筒的壓縮段和計(jì)量段發(fā)生生成和分散的過程。氣體在聚合物中的生成過程是固態(tài)發(fā)泡劑的分解過程，需要外部料筒加溫和螺桿的剪切熱，而在計(jì)量段中螺桿的剪切提供氣體在聚合物中的分散過程。如果在計(jì)量段中聚合物溫度高，呈現(xiàn)流體狀態(tài)，就無法給氣體提供壓力并保持氣體均勻分散于聚合物物料中，導(dǎo)致氣體逃逸到表面。為了避免這一點(diǎn)，與不具有發(fā)泡過程的擠出成型工藝相比，計(jì)量段的熱量必須減少，也就是外部供熱量要下降。但是從壓縮段帶來的熱量無法移走，如果迅速移走，將導(dǎo)致壓縮段的熱量減少，并導(dǎo)致塑化不良。因此普遍采用降低螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、減少外部供熱的方式，從而導(dǎo)致制品的產(chǎn)量大大降低。這也是采用發(fā)泡工藝后導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低的重要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種特別適合于聚合物的發(fā)泡工藝的螺桿。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:螺桿依次包括加料段、壓縮段、計(jì)量段和螺桿頭部，其中在從加料段到螺桿頭部的方向上，在計(jì)量段的整個(gè)長(zhǎng)度上或者在其一部分長(zhǎng)度上，計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積減小。
[0006]本發(fā)明還提出了采用本發(fā)明的螺桿的擠出機(jī)，特別是單螺桿擠出機(jī)。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)的螺桿中，在聚合物物料的擠出方向上，計(jì)量段的截面積基本上保持恒定，甚至略微增大。相反，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，螺桿的計(jì)量段的截面積在計(jì)量段的整個(gè)長(zhǎng)度上或者在其一部分長(zhǎng)度上減小。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這樣的螺桿特別適合于具有發(fā)泡過程的擠出成型工藝，特別是可以在不降低生產(chǎn)效率的情況下避免以上所述的氣體逃逸到表面的弊端，并且避免計(jì)量段的溫度因剪切熱而升高。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，螺桿的尾部還可以包括螺桿光桿部分。螺桿光桿部分的尾部可以開有槽鍵，通過槽鍵和槽將螺桿安裝在擠出機(jī)上。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，螺桿的計(jì)量段和螺桿頭部之間還可以具有混煉段?；鞜挾慰梢圆捎脙蓚€(gè)多頭螺紋斜槽型屏障段，螺紋上的正向槽溝截面形狀可以采用常規(guī)槽溝，優(yōu)選弧形?；鞜挾文苄纬蓮?qiáng)烈的剪切作用，讓熔體在槽中形成渦流，混合更加均勻。同時(shí)，這種混煉結(jié)構(gòu)有利于提高產(chǎn)量。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，螺桿的長(zhǎng)徑比為18至40，優(yōu)選20至35，更優(yōu)選26至
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[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的最大截面積與最小截面積之比為2:1至1.2:1，優(yōu)選1.8:1至1.5:1。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，螺桿的計(jì)量段的截面積減小發(fā)生在計(jì)量段的起始處或者靠近起始處，例如計(jì)量段總長(zhǎng)的前四分之一范圍內(nèi)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積還發(fā)生增大的過程。優(yōu)選的是，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積先減小后增大。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，螺桿的加料段的長(zhǎng)度可以為5D至10D，優(yōu)選6D至8D;螺桿的壓縮段的長(zhǎng)度可以為5D至10D，優(yōu)選6D至8D;螺桿的計(jì)量段的長(zhǎng)度可以為5D至10D，優(yōu)選6D至8D。其中D為螺桿的加料段的直徑或者加料段的平均直徑。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案，在從加料段到螺桿頭部的方向上，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積可以連續(xù)地減小，也可以間歇性地或者突變性地減小，也就是可以存在一個(gè)或多個(gè)截面積保持恒定的區(qū)段。
[0016]不同的氣體在不同的聚合物中溶解度不一樣，這與發(fā)泡劑的選型有關(guān)系。目前市面上的發(fā)泡劑產(chǎn)生的氣體主要以氮?dú)狻⒍趸紴橹?，品種有放熱型偶氮二甲酰胺、吸熱型的檸檬酸類及小蘇打類型。氮?dú)馊芙舛鹊?，二氧化碳溶解度高，吸熱型的發(fā)泡劑更容易解決計(jì)量段的溫升問題。因此，根據(jù)本發(fā)明的螺桿的設(shè)計(jì)參數(shù)可以針對(duì)不同的發(fā)泡劑進(jìn)行優(yōu)化。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的螺桿的工作過程如下:混有發(fā)泡劑的聚合物固體料通過料倉進(jìn)入螺桿進(jìn)料段，在料筒與螺桿進(jìn)料段、壓縮段的螺槽的共同作用力下壓實(shí)。在料筒加熱圈和剪切熱的共同作用下，聚合物逐漸熔融，固態(tài)發(fā)泡劑逐漸分解，產(chǎn)生的氣泡混合進(jìn)入熔體中。帶有氣泡的熔體在計(jì)量段獲得更大容積進(jìn)行氣泡的包覆和均勻混合，均化形成穩(wěn)定的帶氣泡聚合物熔體流。通過混煉段時(shí)，在大輸送角和導(dǎo)程的多頭螺紋作用下，氣體快速剪切變小并快速溶解到聚合物熔體中，形成氣體-聚合物均相溶液。
【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種擠出機(jī)螺桿的示意圖，其中計(jì)量段從起始處突變?yōu)榫哂休^小的截面，之后截面又增大。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。但應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的舉例說明，而非對(duì)本發(fā)明的范圍限定。
[0020]在實(shí)施例中，除非特別說明，所有原料均為市售。實(shí)施例中的歧化聚丙烯為自制，采用公知方法;均聚聚丙烯采購自獨(dú)山子石化公司T30S，共聚聚丙烯采購自獨(dú)山子公司，型號(hào)為K8003 ；POE采購自陶氏化學(xué)公司，型號(hào)為Engage 8842;EPDM采購自美國(guó)杜邦公司，型號(hào)為3722 ； SBS采購自巴陵石化公司，型號(hào)為YH-815; SEBS采購自美國(guó)科騰熱塑性彈性體公司，型號(hào)為SEBS1650 ;EVA采購自韓國(guó)現(xiàn)代石油化學(xué)公司，型號(hào)為430 ；高抗沖聚苯乙烯采購自鎮(zhèn)江奇美，型號(hào)為PH88。
[0021]實(shí)施例中的粒狀發(fā)泡劑、增容劑或者成核劑均是由相應(yīng)的粉狀物料按照公知技術(shù)在雙螺桿造粒機(jī)中熔融擠出后造粒制得。
[0022]實(shí)施例
[0023]原料配比:均聚聚丙烯40%，歧化聚丙烯20%，嵌段共聚聚丙烯39.5%，發(fā)泡劑
0.5%。其中，均聚聚丙烯熔融指數(shù)為0.5g/10min，共聚聚丙烯熔融指數(shù)為0.5g/10min，歧化聚丙烯為熔融指數(shù)1.0g/10min的化學(xué)改性聚丙烯(自制)；發(fā)泡劑為檸檬酸和碳酸氫鈉的等摩爾混合物，細(xì)度為2000目。
[0024]制備方法:
[0025]發(fā)泡料預(yù)混:將均聚、共聚聚丙烯、發(fā)泡劑置于混料機(jī)中低速攪拌，10分鐘后取出待用；
[0026]發(fā)泡瓶的吹塑:將步驟A得到的預(yù)混料投入螺桿直徑50mm、長(zhǎng)徑比22:1、壓縮比為3:1的擠出機(jī)加料口，其中該螺桿為圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的擠出機(jī)螺桿，計(jì)量段分為具有較小截面的部分和具有較大截面的部分，較小截面部分的長(zhǎng)度為計(jì)量段總長(zhǎng)度的1/2，較小截面的截面積為較大截面的截面積的1/2。料筒溫度為170、186、194、203、210°(:，口模溫度為192、195°C，螺桿轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分鐘，吹脹比為2:1，經(jīng)過吹塑成型模具得到中空吹塑成型體;經(jīng)跟蹤檢測(cè)，生成過程無異味散發(fā)，吹出的瓶子厚度0.3mm，密度0.8g/cm3，計(jì)算得到中空吹塑成型體的發(fā)泡倍率為1.1。
[0027]對(duì)比例
[0028]除了使用的螺桿為現(xiàn)有技術(shù)的螺桿以外，其余均與以上實(shí)施例相同。該現(xiàn)有技術(shù)的螺桿與以上實(shí)施例中使用的本發(fā)明螺桿的區(qū)別僅在于其計(jì)量段沒有截面較小的部分，即整個(gè)計(jì)量段只有截面較大的部分，且截面積保持恒定，而計(jì)量段的總長(zhǎng)度與以上實(shí)施例中相同。
[0029]在120轉(zhuǎn)/分鐘的螺桿轉(zhuǎn)速情況下，得到的中空吹塑成型體的表面具有氣泡破孔等表面缺陷。只有在80轉(zhuǎn)/分鐘或者更低的轉(zhuǎn)速下才能得到合格產(chǎn)品。
[0030]從實(shí)施例和對(duì)比例可以看出，采用本發(fā)明的螺桿提高了生產(chǎn)效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于聚合物的發(fā)泡工藝的擠出機(jī)螺桿，其依次包括加料段、壓縮段、計(jì)量段和螺桿頭部，其中在從加料段到螺桿頭部的方向上，在計(jì)量段的整個(gè)長(zhǎng)度上或者在其一部分長(zhǎng)度上，計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積減小。2.根據(jù)權(quán)利要求1的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，在從加料段到螺桿頭部的方向上，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積連續(xù)地或者間歇性地或者突變性地減小。3.根據(jù)權(quán)利要求1的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的最大截面積與最小截面比之比為2:1至1.2:1，優(yōu)選1.8:1至1.5:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的計(jì)量段的截面積減小發(fā)生在計(jì)量段的起始處或者靠近起始處，例如計(jì)量段總長(zhǎng)的前四分之一范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積還發(fā)生增大的過程，優(yōu)選的是螺桿的計(jì)量段的垂直于螺桿軸線的截面積先減小后增大。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的加料段的長(zhǎng)度為5D至10D，優(yōu)選6D至8D;螺桿的壓縮段的長(zhǎng)度為5D至10D，優(yōu)選6D至8D;螺桿的計(jì)量段的長(zhǎng)度為5D至10D，優(yōu)選6D至8D;其中D為螺桿的加料段的直徑或者加料段的平均直徑。7.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的尾部包括螺桿光桿部分，螺桿光桿部分的尾部開有槽鍵，通過槽鍵和槽將螺桿安裝在擠出機(jī)上。8.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的計(jì)量段和螺桿頭部之間具有混煉段，混煉段采用兩個(gè)多頭螺紋斜槽型屏障段。9.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的擠出機(jī)螺桿，其特征在于，螺桿的長(zhǎng)徑比為18至40，優(yōu)選20至35，更優(yōu)選26至28。10.擠出機(jī)，特別是單螺桿擠出機(jī)，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的擠出機(jī)螺桿。
【文檔編號(hào)】B29C47/60GK105922538SQ201610344925
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉保平, 楊曉梅, 張瑞洋
【申請(qǐng)人】上海譯科實(shí)業(yè)有限公司