[发明专利]塑炼螺旋装置

说明书

背景

1．发明领域

本发明涉及一种在例如聚合物注塑机或聚合物挤出机中用以熔化或软化聚合物的螺旋装置。

2．相关技术描述

用于注塑或挤出聚合物的螺旋装置已为人所知。图1显示了一种注塑用的普通或标准的螺旋装置11，其包括三个区，即：进料区13、压缩或输送区15和计量区17。螺旋装置11位于中空的圆筒形的筒体19中，筒体19具有不变的内径和优选光滑的内表面。聚合物树脂可以以颗粒、微粒、片状或粉末等任意的形式经筒体19上的开口21而进入进料区13，螺旋装置11转动将其压实，然后将聚合物颗粒推入到压缩区15中。颗粒在压缩区15中熔化，接着被推入到计量区17中，在此对熔化材料进行均质处理。此后就可对均质的熔化材料进行注塑或进一步处理。

螺旋装置11具有螺旋轴23，螺旋轴23上具有螺旋地设置在螺旋轴23周围的螺旋线25，从而形成螺旋片(flight)25。螺旋片25由其深度和螺距进行表征，深度为螺旋片25位于螺旋轴23上方的高度，而螺距是两个相邻螺旋片25之间的距离加上一个螺旋片宽度而得的长度P。螺旋装置11的外径OD包含螺旋片25位于轴23上方和下方的深度，而螺旋装置11的根部直径RD仅仅是轴23的直径、而不包括螺旋片的深度。通常，螺旋装置11中的螺旋片25在进料区13、压缩区15和计量区17的每一个中具有相同的螺距，但从一个区到另一个区的深度则是不同的。具体地说，螺旋片25在进料区13中具有不变的深度x，在计量区17具有不变的深度y，其中，y＜x，而在压缩区15中其深度逐渐从x减小到y。

螺旋装置通常由压缩比进行表征，压缩比是用于量化螺旋装置压缩或挤压树脂量的一个比值。压缩比幕后的概念是进料区内的螺旋片体积与计量区内螺旋片体积的比，但所使用的实际标准是一种基于下述等式的简化方法而得到的：

该压缩比被称为深度压缩比。高压缩的螺旋装置通常可用于晶态或半晶态材料，例如聚合物，其压缩比大于约2.5。标准压缩螺旋装置通常用于非晶态材料，其压缩比约为1.8-2.5，通常是2.2。

高压缩螺旋装置所存在的问题是：由压缩引起的过热太高或者不可控制；在熔融聚合物与螺旋装置一起转动时出现“桥接”现象，而不能被向前推进；以及在压缩和计量区出现螺旋淤积。这些问题限制了螺旋的最大转速，并因此而限制了熔融材料的输出。为了解决这些问题，一些使用者采用了标准螺旋，但标准螺旋计量区内的螺旋片深度太大，因此在一些情况下，特别是对于晶态材料则不能较好地熔化均匀。

为提高螺旋装置的性能，人们作了很多的尝试。US4129386公开了一种挤出装置，该挤出装置具有带槽的筒体和螺旋，螺旋在进料区的螺旋角或螺距D经输送区不断地增大到计量区的螺旋角F。进料区具有恒定的螺旋片高度G，计量区具有恒定的螺旋片高度I，输送区的螺旋片高度从进料区螺旋片高度G不断地减小到计量区螺旋片高度I。这种螺旋结构存在要被挤出的材料装入过多的问题，且需要一个带槽的筒体以避免沿螺旋方向的压力梯度过大。

因此，需要的是一种可均匀熔化且不存在与高压缩比螺旋相关问题的螺旋装置。

本发明涉及一种用于例如注塑机或挤出机的螺旋装置。该螺旋装置包括螺旋轴，螺旋轴上具有螺旋地设置在该螺旋轴周围的螺旋线，从而形成多个螺旋片，这些螺旋片被分为三个区：进料区、压缩区和计量区。

螺旋装置的螺旋片深度、宽度和螺距根据该螺旋装置所应用的材料来进行设定，这样，进料区实际流量与材料理论正流(drag flow)的比和计量区实际流量与材料理论正流的比之间的差小于0.2，优选是小于0.1，最好是小于0.05。在一个优选实施例中，进料区实际流量与材料理论正流的比和/或计量区实际流量与材料理论正流的比约为0.8-1.0。

这种结构的螺旋装置具有均衡的质量流量，且沿着螺旋具有恒定的压力增益而不存在压力峰尖。

进料区实际流量与材料理论正流的比和计量区实际流量与材料理论正流的比之间具有所需差值的螺旋装置是这样一种螺旋装置，即：计量区内至少一部分螺旋片的螺距大于进料区内至少一部分螺旋片的螺距；进料区内至少一部分螺旋片的螺距小于螺旋装置的外径；计量区内至少一部分螺旋片的螺距大于螺旋装置的外径；至少一部分螺旋片的螺距经压缩区后增大；且至少一部分螺旋片的深度经过压缩区从靠近进料区到靠近计量区降低。

本发明的螺旋装置可允许较高的螺旋转速，具有较高的生产量，且与传统的螺旋装置相比减少了注塑循环时间。

附图简述

图1是标准螺旋装置的侧视垂直剖面图；

图2是本发明螺旋装置的侧视垂直剖面图。