[发明专利]多边螺槽对流式螺杆

说明书

本发明涉及聚合物加工领域，它属于挤出或注射用螺杆的一种改进。

挤出或注射用普通三段式螺杆，因其结构简单而沿用至今。但是它存在着熔融速率低、混炼性能差且不均匀及功耗高等缺点，以至于挤出机或注射机出口处熔体的径向温差大，影响制品的机械性能、电性能与光学性能，甚至可能使制品出现微裂痕，降低成品率。多年来，人们对普通三段式螺杆作了许多改进。在US--4,173,417中公开了一种双槽波状螺杆，它的目的是提高熔融与混炼性能。它的构成是设置屏障螺棱把螺槽分成等宽的两半，螺槽深度成周期性变化，且两半螺槽波形反相。它存在如下不足之处：

①由于在双槽波状段中设置有屏障棱把两分螺槽隔开，所以一般只有熔体才能越过屏障棱而发生对流，固体颗粒则保留在一个螺槽内，不能越过屏障棱而参与两分螺槽之间的对流。

②由于上述原因，若把双槽波状段设置在熔融段，只能置于该段后半部分。因此，无法充分发挥双槽波状段的优点。

③在双槽波状段中，聚合物沿螺槽流动一圈时，熔体在两分螺槽之间的来回流动与聚合物受到的“增压-减压”次数只有一次。

④双槽波状段中，聚合物受到的分流、压延、剪切、表面更新与速度分布改变等效应很小或较小。

因此，双槽波状螺杆的熔融与混炼性能并不很高，使用时一般还要设置其它混炼元件。

本发明的目的在于针对国内外现有各种螺杆存在的不足之处，从改进螺槽、螺棱的结构入手，研制出一种具有高效的熔融与混炼综合性能的螺杆，以适应高混炼如共混、共聚、填充与增强的要求，提高制品的附加值。

本发明的目的可通过如下措施来达到： 

一种由进料段、熔融段与计量段所构成的多边螺槽对流式螺杆，其特征在于在熔融段或/和计量段上设置有混炼-熔融段，该混炼-熔融段的结构是：螺槽底部呈正多边形，其边数最多取D/10，取整数，其中D代表螺杆直径，其单位为毫米，边数最小取3；螺杆上设置有多头螺棱，其螺棱的头数与螺槽底部正多边形的边数相同。

混炼-熔融段(简称HP段)的结构对聚合物产生了多种效应。下面通过这些效应来解释其机理和工作原理。

首先，当聚合物进入HP段就被分成多股流动，即产生分流效应。它的股数与螺棱头数也即槽底边数相同。

第二，聚合物进入螺槽上某一边时，如螺槽展开图及聚合物流动示意图2所示，由于起始处A半螺槽的深度较小，阻力较大，B半螺槽的情况则正好相反，这使聚合物多数流入B半螺槽内，与B半螺槽内已有的聚合物混合；接着，A半螺槽逐渐变深，而B半螺槽则相应变浅，使B半螺槽内的多数聚合物流入A半螺槽并与A半螺槽内已有的聚合物混合，螺槽每一边都使多数聚合物在两半螺槽内来回流动一次，聚合物沿螺槽流动一圈时其来回流动的次数与槽底边数相同。即两半螺槽内的大部分聚合物发生这样的对流：B→A→B→A……，使聚合物受到了充分对流混合效应。

第三，由于两半螺槽均由深变浅，再由浅变深，不断重复，在每圈螺槽中重复的次数与槽底边数相同，这使聚合物受到相应次数的“增压-减压”效应。

第四，槽深的独特变化强化了螺槽内聚合物沿横向与径向的流动，产生了延伸流动效应。

第五，聚合物沿螺槽流动一圈时，必须越过螺槽底部的拐角多次，其次数与槽底边数相同。此时聚合物因受到剪切作用而被剪薄成许多薄层，使其表面不断更新。聚合物在槽底拐角的前、后部位处发生层状环流，即产生了压延效应。

第六，由于螺槽底部呈正多边形及槽深的独特分布，螺槽内聚合物的速度分布被连续多次地改变，使聚合物单元频繁地重新排列。

图1为槽底边数为4的混炼-熔融段(简称为HP段)的结构示意图。

图2为槽底边数为4的混炼-熔融段(筒称为HP段)的螺槽展开图及聚合物流动示意图。

图3为槽底边数为4的混炼-熔融段(简称为HP段)的槽底拐角前、后形成的层状环流示意图。

图4为槽底边数为8的混炼-熔融段(简称为HP段)的结构示意图。

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1