[实用新型]一种四段式反应挤出螺杆

说明书

本实用新型涉及一种用于单螺杆挤出机的螺杆，适用于塑料反应挤出加工，特别是硅烷交联聚乙烯接枝反应挤出加工。

一般在塑料加工中所采用的传统的单螺杆挤出机大多为三段式，螺杆分为加料段、熔融段和均化段。颗粒或粉状塑料在挤出机中，经过塑化、均化连续挤出，在挤出过程中塑料经历了不同的物理状态，但其化学结构并不发生改变。在塑料反应挤出加工中，例如在硅烷交联聚乙烯挤出过程中，原料在挤出机中除了经历物理过程以外，还要完成硅烷接枝反应，比一般的塑料挤出加工过程要复杂。普通的三段式螺杆挤出机的停留时间分布过宽，物料完全熔融区相对较短，显然不能完全适应反应挤出的要求，仅仅增加螺杆长度也不能有效地提高反应效率。对普通等距变深螺杆，塑料颗粒在螺杆总长度约五分之四处才能完全熔化，采用混炼型螺杆和分离型螺杆虽然可以使物料完全熔融区相对长度增长，但仍然存在熔体停留时间分布过宽的问题，这对提高接枝反应效率是十分不利的，因此普通的单螺杆挤出机不适用于反应挤出加工。

本实用新型的目的是提供一种可用于塑料反应挤出加工的螺杆，这种螺杆可用于硅烷交联聚乙烯挤出加工，能明显提高接枝反应效率，并能提高产量和改善加工质量。

本实用新型一种四段式反应挤出螺杆，是在普通的三段式螺杆的均化段之后设有反应段，反应段的螺槽深度大于均化段的螺槽深度；在熔融段设置有混炼元件。反应段的长度为螺杆总长度的20％-45％；螺槽深度比均化段的螺槽深度深10％-50％。混炼元件为分离式或屏障式结构。

图1是本实用新型四段式反应挤出螺杆的结构示意图。

本实用新型如图1所示，该螺杆分为加料段1、熔融段2、均化段3和反应段4。前三段的结构与传统的三段式螺杆相似，可采用公知的等距渐变深、等距突变深等结构形式，反应段4设在均化段3之后，其长度为螺杆总长度的20％-45％。反应段4的螺槽比均化段3的螺槽要深10％-50％，螺杆的压缩比取1.4-4.5。这样能使熔体在反应段4减压并能增加熔体停留时间，在熔融段2设有混炼元件，混炼元件是采用公知的结构，其结构除采用如图1中所示的分离式混炼元件以外还可以采用屏障式混炼元件，混炼元件能加速物料的融化。按照常规的螺杆设计原则，螺槽深度是由深变浅，不允许均化段的螺槽由浅变深，以防止造成挤出不稳定。但对于反应挤出，物料的粘度、密度等随着化学反应的进行将发生变化，影响稳定挤出的因素也会改变，对于接枝、交联、发泡等反应挤出过程，完全有可能在均化段之后采用螺槽加深进行减压处理，在确保稳定挤出的条件下实现反应挤出的要求。熔体经过均化段后在反应段中减压并完成反应和均匀地向前输送。将本实用新型用于硅烷交联聚乙烯挤出加工时，聚乙烯-硅烷体系随着接枝率的提高，熔体的粘度明显增大，在反应段进行减压，有助于降低熔体的剪切速率，防止熔体过度剪切生热导致热降解。

在硅烷交联聚乙烯管材挤出加工中，采用本实用新型的四段式螺杆挤出机，所用螺杆1#的尺寸为：直经65mm，长径比30∶1，压缩比2.0，加料段槽深9.6mm，熔融段用分离式混炼元件，均化段槽深4.46mm，反应段为槽深5.8mm的等距等深螺杆。该挤出机与等距渐变的普通三段式单螺杆挤出机(所用螺杆2#的尺寸：直径65mm，长径比30∶1，压缩比1.88，加料段槽深7.5mm)和等距变深带屏障式混炼元件的普通三段式单螺杆挤出机(所用螺杆3#的尺寸：直经65mm，长径比30∶1，压缩比3.5，加料段槽深9.1)的对比试验结果表明，当熔融物料停留时间为1分钟时，螺杆3#的产量为28kg/h，螺杆2#的产量为37.5kg/h，螺杆1#的产量为46.5kg/h；当熔融物料停留时间为2分钟时，螺杆3#的产量为18.5kg/h，螺杆2#的产量为25.5kg/h，螺杆1#的产量为31.8kg/h。由实验结果可知，本实用新型可以明显延长熔融物料的停留时间，在相同的配方和反应条件下，用本实用新型的反应挤出机的挤出产量比上两种普通三段式单螺杆挤出机分别提高60％左右和25％左右。四段式单螺杆反应挤出机还具有物料停留时间分布窄的特点，对于提高接枝反应效率是十分有利的，在配方不变、交联度不变的条件下，能大幅度提高挤出产量，对制品的均匀性和外观质量都有所提高。

本实用新型四段式反应挤出螺杆不仅可以用于硅烷交联聚乙烯管材、电缆、板材和异型材的挤出加工，还可以用于其它聚烯烃接枝交联反应挤出、发泡挤出以及其它反应挤出加工。