[发明专利]嵌入式矮螺棱同向非对称多螺杆挤出机及其加工方法

摘要

本发明公开一种嵌入式矮螺棱同向非对称多螺杆挤出机及其加工方法，挤出机中螺杆机构包括相互啮合的第一螺杆和第二螺杆，第一螺杆为单头螺纹结构，第二螺杆为四头螺纹结构；第一螺杆中相邻两个主螺棱之间形成的螺槽流道内带有作为副螺棱的嵌入式矮螺棱，副螺棱的高度小于或等于主螺棱的高度。其加工方法是利用螺杆机构的轴向正位移输送力和第一螺杆与第二螺杆之间摩擦力共同作用下实现物料输送，利用嵌入式矮螺棱引入了“8”字形同宿轨道流动扰动来触发螺槽流道内的全程混沌混合、第一螺杆和第二螺杆组成的流道形成一分二的拓扑混沌作用、螺杆机构流道所产生的周期性压缩扩张作用和两根螺杆的差速旋转作用，使物料得到充分混合、熔融和混炼塑化。

主权项

1.嵌入式矮螺棱同向非对称多螺杆挤出机，包括机筒和螺杆机构，螺杆机构安装于机筒的内腔中，其特征在于，螺杆机构包括相互啮合的第一螺杆和第二螺杆，第一螺杆为单头螺纹结构，第二螺杆为四头螺纹结构；第一螺杆中相邻两个主螺棱之间形成的螺槽流道内带有作为副螺棱的嵌入式矮螺棱，副螺棱的高度小于或等于主螺棱的高度；第一螺杆的径向截面由四段圆弧和四段非圆曲线弧交替连接构成，第二螺杆的径向截面由八段圆弧和八段非圆曲线弧交替连接构成；假设第一螺杆3旋转中心O₁和第二螺杆4旋转中心O₂之间的距离为C，且第一螺杆和第二螺杆的最大外径均为D，最小内径均为d，那么螺杆内径d为：d＝2C‑D；其中，组成第一螺杆截面的四段圆弧分别是M₁M₂、M₃M₄、M₅M₆和M₇M₈，四段非圆曲线弧分别是M₂M₃、M₄M₅、M₆M₇和M₈M₁；第一螺杆的横截面关于O₁O₂轴对称；圆弧M₅M₆与内腔相切，对应的半径为D/2，其对应圆心角为α，且关于O₁O₂轴对称；同时，圆弧M₁M₂、M₃M₄和M₇M₈对应的圆心角也均为α；圆弧M₁M₂的半径为R_m，且d/2≤R_m≤D/2；而圆弧M₃M₄和M₇M₈对应的半径为螺杆内径d/2；具体的，非圆曲线弧M₂M₃和M₈M₁对应的圆心角均为β_m，且取O₁M₈为极轴，对于非圆曲线弧M₈M₁，给定：非圆曲线弧M₈M₁对应的极角为：非圆曲线弧M₈M₁对应的极径为：另外，M₄M₅和M₆M₇的圆心角为β，且取O₁M₄为极轴，给定：非圆曲线弧M₄M₅对应的极角为：非圆曲线弧M₈M₁对应的极径为：第二螺杆的截面轮廓关于O₁O₂轴及经过O₂且与O₁O₂轴垂直的直线对称，其由八段圆弧和八段非圆曲线弧组成；其中，八段圆弧分别为N₁N₂、N₃N₄、N₅N₆、N₇N₈、N₉N₁₀、N₁₁N₁₂、N₁₃N₁₄和N₁₅N₁₆，这八段圆弧对应的圆心角均为α/2，且圆弧N₃N₄、N₇N₈、N₁₁N₁₂和N₁₅N₁₆均与机筒内壁相切，其半径均为D/2，而圆弧N₅N₆和N₁₃N₁₄的半径均为d/2，圆弧N₁N₂和N₉N₁₀的半径均为：C‑R_m，其中，C为第一螺杆旋转中心O₁和第二螺杆旋转中心O₂之间的距离，R_m为圆弧M₁M₂的半径；八段非圆曲线弧分别为N₂N₃、N₄N₅、N₆N₇、N₈N₉、N₁₀N₁₁、N₁₂N₁₃、N₁₄N₁₅和N₁₆N₁，其中，N₄N₅、N₆N₇、N₁₂N₁₃和N₁₄N₁₅所对应的圆心角为β/2，对于非圆曲线弧N₆N₇，取O₂N₆为极轴，给定：非圆曲线弧N₆N₇对应的极角为：非圆曲线弧N₆N₇对应的极径为：另外，N₂N₃、N₈N₉、N₁₀N₁₁和N₁₆N₁所对应的圆心角为β_m/2，对于非圆曲线弧N₂N₃，取O₂N₂为极轴，给定：非圆曲线弧N₂N₃对应的极角为：非圆曲线弧N₂N₃对应的极径为：同时，D/d＝1.1～5.5，第一螺杆和第二螺杆的螺距L均为0.01D～10000D；单头螺纹结构的第一螺杆和四头螺纹结构的第二螺杆相配合并形成非对称差速结构，使螺杆机构内同时存在四种强化混合机理：(1)引入“8”字形同宿轨道流动扰动来触发螺槽全程混沌混合，(2)螺杆机构内的流道形成了切割一分二的拓扑混沌作用，(3)两根螺杆之间及第二螺杆内实现周期性压缩扩张、再压缩、再扩张的作用，(4)两根螺杆差速旋转强化作用。