一种用于硬质聚氯乙烯挤出单螺杆 【技术领域】
本发明涉及的是一种用于硬质聚氯乙烯挤出的单螺杆及其应用。属于塑料机械领域。
背景技术
单螺杆挤出机的挤出系统由机筒和单螺杆所组成，螺杆是关键性部件，通过它的转动，机筒内的物料才能发生移动，并得到增压和部分的摩擦热量，混匀后定量定压地输送到机头而成型。根据塑料在挤出机中物料的三种物理状态变化过程及螺杆各部位的工作要求，通常将螺杆分为加料段(又称固体输送段)、熔融段(又称压缩段)和均化段(又称计量段)三段，其中加料段的出口即是熔融段的进口，熔融段的出口即是均化段的进口。加料段的作用是输送物料给熔融段和均化段；熔融段的作用是压实物料和熔融物料；均化段的作用是将来自熔融段的物料进一步塑化均匀并定量定压定温地送入机头。
传统硬质聚氯乙烯单螺杆挤出技术的挤出过程描述如下：开机前，通过外加热装置对机筒进行预热，使机筒温度控制为硬质聚氯乙烯能初步熔融的所需温度，然后启动电机，螺杆旋转，将硬质聚氯乙烯混合物(以下简称物料)从加料斗进入机筒，物料是呈固态状，在螺杆旋转的作用下向前输送。当物料从加料段进入熔融段后随着物料的继续向前输送，由于螺杆螺槽的深度逐渐变浅，以及过滤网、分流板和机头的阻碍作用，物料进一步被压实，与此同时，物料又受到来自机筒外加热装置的加热，物料地温度不断升高，熔融物料(称为液相或熔池)量不断增加，而未熔融的固态物料(称为固相或固体床)量则不断减少，至熔融段末端，物料全部或大部分熔融而转变为粘流态。当物料进入均化段后进一步被塑化和均匀化，并使之挤入机头。以上描述中，很明显反映出物料从固态加热为熔融态直至加热成粘流态的塑化过程很长，这是由于目前传统单螺杆的熔融段几何压缩比小，一般为2-5倍，熔融段出口处螺槽深度尺寸大，一般为2mm-4mm，从而使物料和机筒、物料和螺杆、物料和物料之间摩擦程度低，物料塑化只能依靠外界加温，因此物料内部的受热很慢，熔融时间长，塑化过程缓慢。由于聚氯乙烯自身具有热降解倾向，如果塑化过程缓慢，必然导致物料在加工过程中热降解现象严重，塑化率低，聚氯乙烯初级粒子核被打开仅在60％～70％以下；又由于传统单螺杆均化段的进口、出口螺槽深度尺寸相同，在物料塑化输送过程中，在螺杆熔融段时物料已基本成粘流态，受过滤网、分流板和机头等的阻碍作用后，物料向前输送困难，造成物料回流、漏流、打滑现象严重，这也直接影响了熔融段物料的压实和物料塑化的效果及效率，从而导致传统单螺杆挤出技术生产的硬质聚氯乙烯产品的材质各项性能指标相当低。由于此传统单螺杆挤出技术的挤出过程中，物料塑化效率低、均匀性差、生产效率低、产品质量无法稳定，成品率低，因此传统单螺杆挤出硬质聚氯乙烯技术已基本被淘汰。
【发明内容】
本发明的目的在于针对上述传统技术存在的缺陷，克服单螺杆挤出技术混炼效果差、物料均匀性差的缺点，提出一种用于硬质聚氯乙烯挤出的单螺杆新技术。本发明的技术解决方案：在螺杆压缩段的出口处设置浅槽密炼段，浅槽密炼段的螺槽深度为0.1mm-1mm；在浅槽密炼段的出口处设置深槽推送段，深槽推送段的出口处螺槽深度为1mm-4mm。采用减小螺杆压缩段出口螺槽深度尺寸，加大压缩段的几何压缩比，增强物料输送压力，并在压缩段的出口处设置浅槽密炼段，从而有效增强物料和机筒、物料和螺杆、物料和物料之间的摩擦程度，使物料在高压下得到充分密炼，加速物料的自身塑化效率，提高物料的均匀性。由于设置了浅槽密炼段，会降低粘态物料的输送能力。因此，在浅槽密炼段的出口处设置深槽推送段，把浅槽密炼段的出口槽深逐步加大，以保证粘态物料往机头、模具有足够的推送能力。本发明加大了压缩段的几何压缩比，提高了物料的输送压力，大幅度缩短了物料从固体状塑化成粘流状的塑化时间，由于塑化时间短，有效地抑制了聚氯乙烯在加工过程中的热降解现象，粘流态物料再经过浅槽密炼段，在高压下得以充分密炼，使聚氯乙烯的初级粒子打开程度可达90％以上；由于在螺杆的出口处设置了深槽推送段，增强了粘流态物料的推送能力，提高了物料在机头、模具中的压力，从而大幅度增强了制品的材质密度。利用此技术，使单螺杆挤出机不仅能生产出符合国家质量标准的化学建材，而且在多项技术参数和技术指标方面能远远超过投资昂贵的先进双螺杆挤出技术，并能生产、制造出有特殊质量要求的化学建材。
本发明的优点：
1、运用本发明技术，由于物料塑化时间短，在原辅材料配方中，用于遏制聚氯乙烯热降解倾向的稳定剂可大幅度少用或者甚至不用，同时由于在机筒内物料压力大，材质密度高，在同等质量要求下，可较大幅度地增加填充料比例，以上两个因素可以降低原料配方成本高达30％左右；
2、使用原料适应范围广，能使用加工粘数大的超高分子量树脂，并能减少润滑剂的比例，为提高制品质量提供了有利条件；
3、生产的产品材质密度高，能生产出双螺杆生产技术无法达到的高密度产品，抗冲击力强，韧性好、表面光亮，抗老化性能好；
4、机械设备投资小，其投资额还不到先进双螺杆挤出设备的十分之一，并且操作稳定性好，机械设备维修成本低；
5、节能效果显著，比现有技术节约能源20％左右。
附图1是传统技术中的单螺杆示意图
附图2是本发明的单螺杆示意图
附图中的1是加料段、2是压缩段、3是浅槽密炼段、4是深槽推送段、5是均化段
实施方法
实施例1：结合附图2所描述的螺杆，选用挤出机口径为φ65mm，螺杆的下料口深度为8mm，浅槽密炼段3的槽深为0.1mm，深槽推送段4的出口槽深为1mm；
实施例2：结合附图2所描述的螺杆，选用挤出机口径为φ65mm，螺杆的下料口深度为8mm，浅槽密炼段3的槽深为0.3mm，深槽推送段4的出口槽深为1.5mm；
实施例3：结合附图2所描述的螺杆，选用挤出机口径为φ65mm，螺杆的下料口深度为8mm，浅槽密炼段3的槽深为1mm，深槽推送段4的出口槽深为4mm；
上述三个实施例均采用电机功率为22千瓦，螺杆转速44转/分，开机前，用加热装置对机筒进行预热，使温度加到能适应开机时，启动电机，使螺杆旋转，将物料从加料斗加入机筒内呈固态，在挤出过程中，随着螺杆压缩段2螺槽深度迅速变浅，以及在分流板和机头的的阻碍作用下，物料很快被压实，在压力迅速增加的同时，又由于螺杆浅槽密炼段3的槽深只有0.1mm、0.3mm、1mm，因此，物料与机筒、物料与螺杆、物料与物料之间的摩擦力也迅速加大，然而产生强烈的搅拌混合和剪切作用，使固态物料在压缩段2迅速塑化为粘流态物料，从而进入浅槽密炼段3进行高压密炼，再由深槽推送段4把物料挤入机头、模具，然后进行冷却、定型。
本发明产品配方成本低，生产制造成本低，制造的产品材质紧密，硬度高，抗冲击力强，韧性好，使产品的工程应用能力大大提高，其经济效益和社会效益显著，应用前景广阔。