[实用新型]聚合物加工用三螺杆挤出机

说明书

本实用新型涉及一种聚合物加工用的螺杆挤出机。

现有的聚合物加工用的螺杆挤出机一般为单螺杆或双螺杆，双螺杆为一字排列。挤出加工时，改善塑化、混炼效果的办法之一是加大螺杆的长径比。但是长径比越大，螺杆越长，会使悬臂支撑的螺杆受力不好。所以螺杆长径比一般控制在一定范围内。日本专利昭61-35775公开了一种用于食品加工用的三螺杆挤出机，在机筒内一字或V字排列有三根螺杆。该专利采用增加螺杆根数来增加啮合区，从而提高食品的混合效果。但是一字排列三螺杆只能构成两个啮合区。此外该专利仅用于操作压力、功率、扭矩要求不高的食品加工，不适于高温、高压、大扭距及轴向力同时存在的聚合物加工。中国专利CN97202356.9公开了一种三螺杆塑料挤出机。具有一与主轴连接的粗状主螺杆，两根细状副螺杆分列于主螺杆两侧与其啮合，主、副螺杆之间反向旋转，螺牙方向相反。该专利三螺杆的设置使啮合区增加，从而增加了生产量，提高了混炼效果。该专利虽采用三根螺杆，但是直径不同，实际上是以粗状主螺杆为主进行塑化挤出，细的副螺杆起到加强揉压均匀及碾压的辅助作用，三根螺杆一字排列，仅能形成两个啮合区。随着聚合物改性材料的不断发展，需要更有效的提高塑料加工中主料与添加剂的混炼、分散效果，而传统的用增大螺杆长径比来加大啮合区来提高聚合物混炼效果的设计思想具有一定的局限性。

本实用新型的目的：以较小长径比，获得较多啮合点，从而提供一种塑化、混炼效果好，整机受力合理，结构紧凑，适于聚合物加工的螺杆挤出机。

本实用新型的主要技术方案：主要由传动装置、封闭的机筒、螺杆及机头组成。机筒中有三根中心连线呈倒置的等边三角形排列的螺杆，即：上部平行排列两根，下部正中排列一根，构成三个啮合区。三根螺杆均为主动，螺杆的螺纹头数为三头或单头。

为了承受由于三根螺杆的啮合在聚合物加工时产生的大扭矩及轴向力，本实用新型的传动装置采用以下结构：电机将动力传给联轴器，带动一级传动轴上的齿轮，传动到二级传动轴，由二级传动轴上的两个外齿轮带动左、右两个内外齿轮，其中左内外齿轮通过传动轴连接两个平行排列的螺杆，驱动两螺杆同向啮合转动，两螺杆分别由各自的串列推力轴承支撑，以承受两螺杆啮合时产生的轴向力。右内外齿轮通过另一传动轴与排列在下面的一根螺杆连接，驱动其运转，该螺杆轴的一端装有推力轴承，以承受轴向力。上述的三螺杆之间均为全啮合，同向旋转，达到最佳的混合效果。上述的螺杆均采用有不同旋向、不同厚度的螺纹块，不同导程、不同错列角的捏合盘的组合式螺杆。

上述的三螺杆均为三头螺纹螺杆，使啮合点成倍增加。

上述的螺杆长径比为15-30。

本实用新型的效果：由于三根螺杆采用倒置的等边三角形排布，构成三个啮合区，啮合区增加，物料所受剪切次数随之增加；且每根螺杆采用三头螺纹，从而实现以较小长径比；成倍地增加啮合点和剪切区，极大地提高塑料加工中各组分的剪切、细化、混炼、分散效果。且三螺杆的这种倒置等边三角形布置可使加料口的面积加大，提高输送区的输送效率，亦可使排气口的面积不小于常规双螺杆，确保排气效果，适于聚合物物料的输送。

此外，本实用新型采用的传动结构及承力轴承，较好的满足聚合物加工中高扭矩、高功率及轴向力的工艺要求，结构紧凑，受力合理。

下面结合实施例及附图对本实用新型详细公开。

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型三螺杆倒置等边三角形布置全啮合示意图。

图3、图4是现有技术中双螺杆与三螺杆一字排列啮合区示意图。

图5是本实用新型三螺杆倒置等边三角形布置啮合区示意图。

图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12是本实用新型三螺杆运行中螺槽区面积分别由0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°变化示意图。

图13是本实用新型螺槽之间料流纵横向的交换示意图。

图14是本实用新型高剪切作用的啮合盘示意图。

图15是本实用新型传动系统示意图。

图16是本实用新型传动系统啮合关系侧视示意图。

如图1所示，挤出机主要由调速电机1，联轴器2、减速箱3、组合机筒4及机头5组成。机筒中有三根倒置的等边三角形排列的螺杆6，上部平行排列两根，下部正中排列一根，构成三个啮合区(如图5所示)。螺杆长径比为：22，三根螺杆均为主动，采用三头螺纹，螺杆之间为全啮合，同向旋转。为了实现三螺杆的全啮合并处理三螺杆啮合时的轴向力及扭距，采用以下传动及推力支撑结构：如图15所示：电机1将动力传给联轴器2，带动一级传动轴上的齿轮7，传动到二级传动轴8，由二级传动轴上的两个外齿轮9、10带动11、12两个内外齿轮，其中内外齿轮11的内齿带动两个平行排列的齿轮13、15，通过输出轴16、17转动驱动上面两平行排列的螺杆6A、6B同向啮合转动，输出轴16、17后端分别设置有串列的推力轴承14，以承受两螺杆啮合时产生的轴向力。内外齿轮12的内齿带动输出轴18，驱动排列在下面的一根螺杆6C与上面的两根螺杆同向运转，该螺杆轴的一端装有调心推力滚子轴承19，以承受较大的轴向力。由于本实例在运行中，三根螺杆呈倒置等边三角形布置，构成了三个啮合区，每一个啮合区都相当一对双螺杆啮合。由图5可见，每两根螺杆的轴向形成许多“C”型腔室，这些腔室沿着螺槽方向从加料口到机头之间形成连续的通道，物料沿此通道从一根螺杆流向另一根螺杆。如图6至图12所示，物料向前推进一个螺槽至少需要两个周期，三个啮合区，而啮合区的增加，物料所受的剪切次数随之增加。单从螺杆法向截面中螺槽的面积变化来比较：以0°作为初始状态，此时因为螺槽容料空间小，为压缩状态，以后每相邻两个状态之间相差30°角，当螺杆转过60°时，螺槽容积变大，压力降低，转到90°，螺槽容积继续增大，压力继续减小，物料处于放松状态，当螺杆转过120°时，容积变小，压力增大，物料回到初始状态，随着螺杆转动时螺槽容积的周期性循环，物料也不断重复“压缩-复原-膨胀-再复原-再压缩”的过程，其中最大状态时的容积约为最小状态时的2倍。如果三根螺杆为单头螺纹，则最大状态与最小状态的比值高达4倍以上。显然，其挤压、捏、炼效果比双螺杆有极大的提高；此外，三螺杆中心区的面积随着螺杆的转动由大变小，又由小变大，不断变化，使中心区域的物料会在压力和粘性拖拽的共同作用下由螺棱带回螺槽，与其他物料再次混合，继续推进。如图13所示：三螺杆的每两根螺杆的纵横向都是开放的，在轴向构成了三条连续的通道，随着螺杆的运转，三条通道相互交叉，物料在每一个交叉处都要改变原来的流向，因此形成了对物料的分散、合并、置换作用。螺棱与机筒内壁之间的间隙是螺杆的高剪切区，捏合盘也属高剪切元件，从法向截面看，三头螺纹三螺杆和三棱捏合盘有九个高剪切区(见图14)，成倍地增加了物料经受剪切的次数，大大加强了对物料的剪切、拉伸、细化作用。