[发明专利]挤出塑性材料的螺杆元件、螺杆元件的应用及挤出的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于具有成对同向转动的且成对精确去除（abschaben）的螺杆轮廓（Schneckenprofil）的多轴螺杆挤出机的新型螺杆元件，所述螺杆元件在多轴螺杆挤出机中的应用以及用于挤出塑性材料的方法。

背景技术

长期以来已经公知了同向转动的其转子彼此被精确地去除的双轴机器或者必要时为多轴机器。以下公开物[1]（=Kohlgrueber：Der gleichlaeufige Doppelschneckenextruder，Hanser出版, 慕尼黑，2007年）给出了关于这种螺杆挤出机的全面的概述。

在聚合物制造和聚合物加工中，基于精确去除的轮廓的原理的螺杆挤出机已经历了多种应用。这尤其是基于：聚合物熔体粘附在表面上并且在通常的加工温度的情况下随着时间的过去而退化，这通过精确去除的螺杆的自清洁的作用来抑制。用于生成精确去除的螺杆轮廓的规则例如在公开物[1]的第96-109页上示出。在此，也描述的是：双螺杆挤出机的第1轴上的预给定的螺杆轮廓确定了双螺杆挤出机的第2轴上的螺杆轮廓。双螺杆挤出机的第1轴上的螺杆轮廓因而被称作生成的（erzeugend）螺杆轮廓。双螺杆挤出机的第2轴上的螺杆轮廓由双螺杆挤出机的第1轴的螺杆轮廓得出并且因而称作被生成的（erzeugt）螺杆轮廓。在多轴挤出机的情况下，生成的螺杆轮廓和被生成的螺杆轮廓在相邻的轴上始终交替地被采用。

现代双螺杆挤出机具有其中不同的螺杆元件可以被安装在芯轴上的模块构件系统。对此，本领域技术人员可以使双螺杆挤出机与相应的工艺任务相匹配。螺杆元件对由带有生成的螺杆轮廓的螺杆元件和带有被生成的螺杆轮廓的螺杆元件构成。

如例如在[1]的第96-109页上被查阅的那样，公知的是，根据对于主发明人已知的Erdmenger螺杆轮廓通过说明三个量、即螺纹头数z、螺杆外半径ra和轴距a来明确地限定。螺纹头数z是大于或等于1的整数。螺杆轮廓的另一重要特征量是内半径ri。螺杆轮廓的另一重要特征量是螺纹深度h。

螺杆轮廓的与螺杆外半径相等的区域被称作齿顶区域（Kammbereich）。相对于螺杆轮廓的转动点的在齿顶区域的起点与终点之间的角度被称作顶锥角（Kammwinkel）。与螺杆外半径仅在一点相接触的齿顶区域具有为0的顶锥角（起点和终点重合于一点）。螺杆轮廓的与内半径相等的区域被称作齿根区域（Nutbereich）。相对于螺杆轮廓的转动点的在齿根区域的起点和终点之间的角度被称作槽角（Nutwinkel）。与内半径仅在一点相接触的齿根区域具有为0的槽角（起点和终点此处也相同）。螺杆轮廓的小于螺杆外半径且大于内半径的区域被称作边缘区域。相对应地，相对于螺杆轮廓的转动点的在边缘区域的起点和终点之间的角度被称作侧面角（Flankenwinkel）。多轴挤出机的两个壳体孔贯穿在其中的区域被称作楔形部区域（Zwickelbereich）。两个壳体孔的两个交点被称作壳体楔形部。

z头螺纹的Erdmenger螺杆轮廓的顶锥角δ_kw被计算为δ_kw=π/z-2*arccos(0.5*a/ra)，其中π（π≈3.14159）为圆周率[1]。双头螺纹的带有Erdmenger螺杆轮廓的螺杆元件对的顶锥角之和由此等于2*π-8*arccos(0.5*a/ra)。

此外，在[1]中详细地阐述了双轴挤出机和多轴挤出机的结构、功能和运行。特有的章节（第227-248页）致力于螺杆元件及其作用方式。此处，详细地阐述了输送元件、捏合元件和混合元件的结构和功能。为了能够实现在不同的螺纹头数的螺杆元件之间的过渡，常常将垫圈用作隔离物（Distanzhuelse）。在特殊情况下，采用所谓的过渡元件，这些过渡元件能够实现在不同螺纹头数的两个螺杆轮廓之间的连续过渡，其中在过渡的每个点上都存在自清洁的螺杆轮廓对。

“塑性材料”被理解为可变形的材料。塑性材料的实例是聚合物熔体（尤其是热塑性塑料以及弹性体的聚合物熔体）、聚合物熔体的混合物或者聚合物熔体与固体、液体或气体的分散体。

塑性材料的挤出尤其是在聚合物的制造、预加工和加工中是非常重要的。如在[1]中被全面地描述的那样，“挤出”被理解为物质或物质混合物在同向转动的双螺杆或多轴螺杆挤出机中的处理。

在制造聚合物时，进行例如用于对聚合物进行脱气的挤出（例如参见[1]的第191至212页）。