一種擠出裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺桿混煉擠出領(lǐng)域，具體是一種擠出裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，帶螺桿的裝備廣泛應(yīng)用于石油、化工、家電、食品加工、聚合物填充改性以及反應(yīng)擠出等工業(yè)場(chǎng)合?，F(xiàn)有的帶螺桿裝置主要有單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)以及多螺桿擠出機(jī)等。其中，雙螺桿擠出機(jī)又可進(jìn)一步分為同向、異向旋轉(zhuǎn)，嚙合、非嚙合形式以及錯(cuò)列、并列等多種形式。雖然雙螺桿、多螺桿擠出機(jī)出現(xiàn)在一定程度上改善混合混煉效果，但總體來(lái)講，現(xiàn)有這類裝備有五大缺陷:(I)混合混煉效果差；(2)熔融歷程長(zhǎng)而且不均勻；
[3]能耗高，能量利用率低；(4)比產(chǎn)量低；(5)對(duì)加工物料適應(yīng)性窄，更換結(jié)構(gòu)部件費(fèi)時(shí)費(fèi)力。尤其是(I) 一 (4)點(diǎn)，已經(jīng)成為擠出機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素，目前還沒有發(fā)現(xiàn)有效的解決方法。
[0003]由于聚合物熔體的高粘度特性，排除了其湍流、尾跡旋渦的存在。混合過(guò)程只能是層流混合。
[0004]在單螺桿擠出機(jī)螺槽內(nèi)熔體是規(guī)則的殼層層流混合，流體質(zhì)點(diǎn)在向口模擠出的過(guò)程中，存在著特定的殼層軌道，流體只能沿著殼層作類螺旋運(yùn)動(dòng)，而各殼層間幾乎沒有相互混合發(fā)生，這就意味著界面隨應(yīng)變呈線性增長(zhǎng)。為進(jìn)一步利用力剪切作用來(lái)強(qiáng)化混合混煉效果，擠出機(jī)的計(jì)量段螺槽較淺，這樣使得泵送能力下降。因此，為提高其混合性能，先后出現(xiàn)了象銷釘螺桿、剪切混合元件等一系列專利技術(shù)，但這些技術(shù)在耗能激增的同時(shí)，其混合機(jī)理仍然是傳統(tǒng)的層流混合，混合效果提高并不理想。Buss混煉機(jī)將銷釘固定在料筒之上，并將螺桿引入低頻往復(fù)脈動(dòng)，機(jī)器的自潔性能提高，其實(shí)質(zhì)是交叉分流作用，但由于必須將螺棱切斷，輸送能力損失更大，比產(chǎn)量更低。
[0005]對(duì)于雙螺桿擠出機(jī)，嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)中混合特性幾乎為嚙合區(qū)所控制，但此位置在擠出機(jī)中只占有很小的比例。普通螺紋元件只能導(dǎo)致流體界面線性增加，遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想混合，Lyapnov指數(shù)進(jìn)一步分析表明，物料在向口模推進(jìn)的過(guò)程中，其值是逐步減小的，說(shuō)明穩(wěn)態(tài)擠出不利于混合。對(duì)于捏合塊混煉段，模擬發(fā)現(xiàn)，Lyapnov指數(shù)雖然大于零，能夠在一定程度上引發(fā)混沌混合效應(yīng)，但量值很小，基本上不成規(guī)模。異向嚙合雙螺桿擠出機(jī)壓延間隙很小，螺槽根部存在滯流底層，幾乎不與螺槽內(nèi)熔體主體發(fā)生混合。粒子追蹤結(jié)果顯示，嚙合同向、異向雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，同向雙螺桿為00字型運(yùn)動(dòng)，而異向雙螺桿圍繞各自的螺桿運(yùn)動(dòng)，彼此交換極小。對(duì)比非嚙合異向雙螺桿擠出機(jī)和嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)，發(fā)現(xiàn)兩者的分散混合能力相近，但分布混合機(jī)理不同:同向雙螺桿的優(yōu)勢(shì)在于嚙合區(qū)導(dǎo)致的物料再取向，而異向雙螺桿則有良好的軸向反向混合能力。但即使具有優(yōu)異混合性能的積木式同向雙螺桿擠出機(jī)，其混合機(jī)理主體上仍然受傳統(tǒng)的規(guī)則層流混合控制，導(dǎo)致了對(duì)于混合混煉要求較高的物料加工來(lái)講，轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，長(zhǎng)徑比越來(lái)越大，混合效果已經(jīng)走到極限，函需引入新的混合機(jī)制。
[0006]對(duì)于單螺桿擠出機(jī)，熔融機(jī)理還是主要以固體床熔融模型為主，即使在熔融后期出現(xiàn)固體床破裂，也缺乏有效的流場(chǎng)控制。即便是專利技術(shù)一屏障螺桿也是如此，只不過(guò)加快了熔膜的去除速度。雙螺桿擠出機(jī)屬于饑餓喂料、雖然物料未充滿螺槽C形室，提供了物料翻動(dòng)和表面更新的機(jī)會(huì)，但同樣存在熔融過(guò)程中物料的翻動(dòng)效果差等一系列缺陷，為了縮短熔融歷程，有的還不得不添加嚙合塊、齒型盤等裝置，加大了螺桿的加工及裝配難度，導(dǎo)致機(jī)器尺寸龐大。
[0007]總體來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的帶螺桿的裝備，熔融過(guò)程缺乏有效的流場(chǎng)剪切、拉動(dòng)控制，歷程長(zhǎng)，溫度分布不均勻，需要引入強(qiáng)化傳熱方法。很早以前，人們就意識(shí)到打碎固體床，實(shí)現(xiàn)分散熔融是一條好的方法，但一直沒有找到有效的方法。因此，為進(jìn)一步改善上述缺陷，主要應(yīng)從引入全新的混合機(jī)理及熔融機(jī)理入手。
[0008]對(duì)于高粘度流體混合來(lái)說(shuō)，美國(guó)研宄人員H.Aref最初意識(shí)到簡(jiǎn)單的二維系統(tǒng)可以通過(guò)引入非定常邊界條件而觸發(fā)混沌現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)層流混合效果極大提高。此后，對(duì)混沌混合的研宄主要集中在二維流場(chǎng)模型及其合適的表征方法的探索，著眼點(diǎn)是流場(chǎng)的雙曲點(diǎn)特性。基本上從兩個(gè)方向來(lái)進(jìn)行研宄:(I)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，借助Lyapnov指數(shù)及Poincare截面等手段進(jìn)行研宄；(2)流場(chǎng)的特定微分流型捕捉，有代表性如Smale馬蹄、Anosov微分流型等分析。研宄混合過(guò)程中的對(duì)稱性與破缺、周期點(diǎn)、序性及相似性的發(fā)生及演化等，揭示混沌的本質(zhì)特征，將研宄重點(diǎn)放在了混合的“幾何特征”研宄上，涉及混合速率研宄很少，主要集中在對(duì)靜態(tài)混合器的工作。
[0009]韓國(guó)研宄人員Kim和Kwon提出在單螺桿沿螺槽展開方向插入間斷矮螺棱而引入周期性雙曲點(diǎn)擾動(dòng)的技術(shù)方案，并提出了混沌螺桿概念，實(shí)驗(yàn)研宄發(fā)現(xiàn)該螺桿在擠出功率增加不大的情況下，聚合物熔體的混合效果得到了提高；但這種矮螺棱混沌觸發(fā)器仍存在一定的技術(shù)缺陷:(I)擾動(dòng)不連續(xù):設(shè)有間斷矮螺棱的螺桿擾動(dòng)是間斷性的，只是在作為混沌觸發(fā)器的矮螺棱的間斷處，混合才會(huì)較大程度提高，但此處必然導(dǎo)致功耗加大，缺乏連續(xù)動(dòng)力學(xué)思想；(2)難以加工:作為混沌觸發(fā)器的矮螺棱與螺桿固定為一體，類似于一個(gè)雙頭螺桿的結(jié)構(gòu)，這樣增加了螺桿加工的難度與成本；(3)混合提高是局部的、分散混合效果差:作為混沌觸發(fā)器的矮螺棱與螺槽之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)分散混合提高作用不大，導(dǎo)致了螺槽底部混合效果甚至不如傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)，因而混合過(guò)程的提高是被動(dòng)的、局部的、有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述的問(wèn)題提出一種能提高分散熔融及物料分布、分散混合效果，能耗低、體積小的擠出裝置。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案:一種擠出裝置，包括料筒及至少一條套裝于料筒內(nèi)的螺桿，所述料筒的壁部分別設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述料筒的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有第一螺槽，料筒的內(nèi)側(cè)壁形成第一螺棱，螺桿的外側(cè)壁的螺槽為第二螺槽，螺桿的外側(cè)壁的螺棱為第二螺棱，且第一螺槽與第二螺槽的螺旋方向相反，所述擠出裝置包括一階螺桿段，進(jìn)料口位于料筒側(cè)壁對(duì)應(yīng)一階螺桿段的前端部或前方位置，出料口位于料筒側(cè)壁對(duì)應(yīng)一階螺桿段的尾端部或后方位置，所述一階螺桿段對(duì)應(yīng)的第一螺棱和第二螺棱沿螺棱方向形成相互交錯(cuò)配合的環(huán)形脈沖峰谷結(jié)構(gòu)，其中第一螺棱和第二螺棱中凸起的部分的螺棱為螺棱峰，下凹的部分的螺棱為螺棱谷，第一螺棱的螺棱峰能與第二螺棱的螺棱谷配合，第二螺棱的螺棱峰能與第一螺棱的螺棱谷配合。
[0012]進(jìn)一步地，上述擠出裝置還包括加料段A、所述一階螺桿段包括一階壓縮段B和一階均化段C，加料段A位于一階壓縮段B的前端，一階均化段C位于一階壓縮段B尾端，進(jìn)料口位于料筒側(cè)壁對(duì)應(yīng)加料段A的位置，出料口位于料筒對(duì)應(yīng)一階均化段C后方位置，所述第一螺棱或第二螺棱相鄰螺棱峰與螺棱谷的高度差為螺棱峰谷高差h，第一螺槽的根部與第二螺槽的根部之間的距離為螺槽總高度H，螺棱峰谷相對(duì)高差a=h/H，且一階壓縮段B沿軸向自前往后的螺棱峰谷相對(duì)高差a逐漸增大。
[0013]進(jìn)一步地，上述擠出裝置的一階均化段C的螺棱峰谷相對(duì)高差a相等，且一階均化段C的螺棱峰谷相對(duì)高差a大于一階壓縮段B的螺棱峰谷相對(duì)高差a。
[0014]進(jìn)一步地，上述一階均化段C的螺棱峰谷相對(duì)高差a相等，且略小于I。
[0015]進(jìn)一步地，上述擠出裝置還包括二階螺桿段和排氣段D，二階螺桿段位于一階螺桿段的后方，排氣段D位于一階螺桿段與二階螺桿段之間，料筒側(cè)壁對(duì)應(yīng)排氣段D的位置開設(shè)有排氣口，所述料筒對(duì)應(yīng)排氣段D的內(nèi)側(cè)壁沒有開設(shè)有第一螺槽，螺桿對(duì)應(yīng)排氣段D的第二螺棱與料筒的內(nèi)壁之間保持間隙，所述二階螺桿段自前往后依次包括二階輸送段E、二階壓縮段F和二階均化段G，其中，所述料筒對(duì)應(yīng)二階輸送段E的內(nèi)側(cè)壁沒有開設(shè)有第一螺槽，螺桿對(duì)應(yīng)二階輸送段E的第二螺棱與料筒的內(nèi)壁之間保持間隙，二階壓縮段F和二階均化段G對(duì)應(yīng)的第一螺棱和第二螺棱沿螺棱方向形成相互交錯(cuò)配合的環(huán)形脈沖峰谷結(jié)構(gòu)，二階壓縮段F對(duì)應(yīng)的第一螺棱的螺棱峰相對(duì)第一螺槽根部的高度沿軸向自前往后由零逐漸升高，二階壓縮段F對(duì)應(yīng)的第二螺棱的螺棱峰相對(duì)第二螺槽根部的高度沿軸向自前往后維持不變，