用于在弹性体混合物挤出机中使用的螺杆和双螺杆组件以及用于挤出弹性体混合物的相关方法与流程

用于在弹性体混合物挤出机中使用的螺杆和双螺杆组件以及用于挤出弹性体混合物的相关方法
1.本发明涉及一种用于在双螺杆挤出机中使用的螺纹螺杆，该双螺杆挤出机有相互啮合螺杆，用于挤出和/或过滤基于弹性体的混合物，还涉及一种用于弹性体混合物的具有相互啮合螺杆的双螺杆挤出机以及一种用于挤出基于弹性体的混合物的方法。
2.已知弹性体材料(例如基于弹性体的混合物或化合物)是具有低于环境温度的玻璃转变温度的无定形材料。换句话说，弹性体材料在高于或等于环境温度的温度下是高粘性(粘弹性)流体，它已经是“橡胶状”，因此不需要熔化以便进一步加工。
3.通常称为橡胶的这些材料包括例如天然橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、epdm、nbr和sbr。
4.已知在涉及生产基于弹性体的化合物的技术领域中，需要“过滤”该化合物；通过该操作，借助于合适机器来使得处理的材料流过“过滤器”，该过滤器通常由一个或多个金属网筛组成，该金属网筛有合适尺寸的网通流孔径。
5.通常，该孔径的值的范围在0.1mm和1mm之间。
6.该操作的目的是将任何可能的“物体”(杂质、未混合材料的颗粒等)保留在过滤器中，并因此从化合物中消除，该“物体”的尺寸大于过滤网的通流孔径。
7.典型示例是用于生产汽车的一些可见轮廓(例如窗户密封件)的化合物，对于该化合物，“完美的”表面外观是重要特征，它需要从用于该目的的化合物中消除任何可能的表面不均匀来源。
8.过滤很重要的另一领域是用于电力供给电缆的化合物，它必须完全没有任何杂质，特别是金属性质的杂质。
9.为了过滤化合物，必须“推动”或“迫使”其流过过滤器，所述操作只有在化合物处于流体状态时才可能，即具有与“弹性”组分相比占主导的“粘性”组分，该状态在化合物未交联(未硫化)时产生，以使得聚合物链未化学键合在一起。
10.在非交联(所谓的“原始”)状态下，弹性体化合物可以认为是能够“流动”或“自由运动”的“流体”。
11.即使在这种状态下，所述流体也有相对非常高的粘度，使得在化合物的流动运动过程中，由于材料内部的高摩擦，有时会出现不希望的温度升高。
12.因此，必须在化合物没有交联且化合物绝对不能在过滤过程中交联的条件下进行过滤；因此，过滤受到两个主要因素的极大制约：温度和压力。
13.因此，在整个处理过程中必须避免温度升高(例如由于摩擦)。因此，必须通过减小摩擦和/或通过高效耗散所产生的热量而控制温度。
14.为了在处理过程中供给化合物所需的压力值也取决于穿过过滤器的“流体”的速度。在所有其他条件相同的情况下，为了获得生产率的增加和因此获得流量的增加，需要精确地增加该速度，从而增加压力和因此增加温度。
15.还已知的是，在涉及经受速度梯度的弹性体的各个处理中，正是由于这些“梯度”，在处理材料的内部产生机械应力，所述应力通常能够引起不希望的特性改变(例如，由于大
分子的机械断裂而引起的粘度降低)。
16.因此，从橡胶技术的观点来看，存在过滤基于弹性体的化合物的问题：
17.在高流量/生产率条件下；
18.将化合物的温度升高限制在相对低的值，并在任何情况下都避免任何初始交联；
19.避免在材料中机械性质的任何退化，例如聚合物链的不希望断裂。
20.从工业观点来看，过滤处理通常必须保证：
21.处理操作的经济可持续性，因此它的成本低(即机械、劳动力和能量成本)；
22.操作容易和安全；
23.设备布局简单，且自动化程度高
[0024]“环境”可持续性，即具有限定低值的排放和处理废料。
[0025]
在涉及塑料化合物(例如pvc和pp)的处理的不同技术领域中，已知不同类型的单螺杆或多螺杆挤出机。
[0026]
塑料化合物具有高于环境温度的玻璃转变温度，因此必须以固态引入挤出机中，并在挤出机中加热，以便“熔融”和因此能处理。因此，设计用于塑料材料的方法和挤出机与弹性体化合物的正确处理不相容，在该正确处理中必须尽可能地避免所述加热。因此，这两个技术领域被认为彼此非常不同。
[0027]
例如，在us20150184655a1和us2508495中介绍了用于在加热化合物的情况下处理塑料材料的已知挤出机，该us20150184655a1提出使用成型的恒定螺距螺杆，该us2508495提出使用螺杆，该螺杆的螺距和宽度在化合物进口和出口之间连续和逐渐地变化。
[0028]
gb1359672介绍了一种单螺杆或双螺杆挤出机，具有用于处理固态塑料材料(例如pet)的非相互啮合螺杆，具有用于熔化塑料材料的加热装置，其中，在螺杆螺纹的相邻牙顶之间包括的容积通过从螺纹的底部凸出的“平台”而变化。凸出平台不允许使用在具有相互啮合螺杆的双螺杆挤出机中的螺杆来用于处理弹性体化合物。
[0029]
这种螺杆和挤出机不适合于弹性体化合物的挤出和过滤，因为它们有：加热装置(导热油或电阻)，该加热装置设计成将处理的塑料材料加热至熔化所需的高温(这将损坏弹性体材料，相反，该弹性体材料必须不熔化)；以及非相互啮合螺杆(导致在螺杆之间的游隙，因此流量过度损失，从而不能达到用于挤出/过滤弹性体的足够压力)。而且，非相互啮合螺杆沿基本分离和独立的化合物流动槽道来操作。
[0030]
用于过滤弹性体化合物的装置包括已知的相互啮合双螺杆/多螺杆挤出机，这些挤出机通常反向旋转，并包括设置成在过滤器处产生高压化合物的螺杆。
[0031]
不过，这些已知的挤出机存在处理问题，因为：
[0032]
当在环境压力下将化合物装载至挤出机中时，大量空气可能保持捕获在化合物中，并可以保持“捕获”在化合物中直到过滤阶段，从而导致最终产品有在它内部的气泡，并很难/不能用于下游过滤处理；
[0033]
它们有相对高的螺杆长度，用于减少与主运动相反的逆流并获得所希望的泵送效果。不过，该长度对于控制化合物的温度升高的目的不利，因为由在化合物以及螺杆表面和缸之间的摩擦产生的热量将随着所述表面的增加而增加。
[0034]
而且，与化合物的接触面积越大，处理的化合物的性质将显著改变的可能性越大，这正是由于在化合物和表面之间的摩擦。
[0035]
因此，提出的技术问题是通过特别提供具有改进设计的螺杆而克服或至少减少现有技术的缺点，该螺杆适合用于弹性体混合物的双螺杆挤出机，具有轴向排出，其中，它们相互啮合地布置，具有平行的旋转轴线。
[0036]
提出的特殊问题是产生螺杆的几何形状，以使得在弹性体混合物中存在的空气能够在它过滤之前排出，和/或能够减少温度的升高和处理混合物的物理性质变化。
[0037]
提出的技术问题还在于提供一种用于弹性体混合物的双螺杆挤出机，该双螺杆挤出机：
[0038]
具有在环境压力下操作的装载系统；和/或
[0039]
不需要润滑处理的材料(即没有混合物损失)；和/或
[0040]
具有高生产率；和/或
[0041]
保证提高换热，即产生的热更少；和/或
[0042]
具有螺杆设计，以便保证只在感兴趣的区域中和沿相对短区段的高压；和/或
[0043]
能够在混合物到达过滤区域之前排出仍然捕获在混合物内部的空气；和/或
[0044]
不引起混合物的物理性质的任何变化。
[0045]
关于该问题，还要求双螺杆组件和/或挤出机应当容易和便宜地生产和装配，具有小尺寸，并能够很容易地安装在任何用户位置。
[0046]
根据本发明，这些结果通过根据权利要求1的特征的螺杆和根据权利要求9的双螺杆组件而获得。
[0047]
本发明还涉及根据权利要求20的、用于挤出弹性体混合物的方法。
[0048]
进一步的细节可以从下面参考附图提供的、对本发明主题实施例的非限定示例的说明而获得，附图中：
[0049]
图1：表示了根据本发明的螺杆的侧视图，其中，突出表示了螺杆的三个不同纵向区段；
[0050]
图2：表示了根据图1的螺杆的侧视图，其中表示了各种特征参数；
[0051]
图3：表示了根据本发明的双螺杆组件的分解图；
[0052]
图4：表示了组装的根据图3的双螺杆组件的透视图，具有容纳缸开口；
[0053]
图5：表示了与根据图3的双螺杆组件装配在一起的本发明挤出机的透视图；
[0054]
图6：表示了根据本发明的挤出机的示意剖视图，其中表示了在螺杆之间以及在螺杆和缸之间存在的游隙；
[0055]
图7a，7b：表示了在螺杆之间存在的游隙的示意图以及在各个区段中获得的压力的相应视图；
[0056]
图8a-8c：表示了双螺杆组件的一对螺杆的透视图和局部侧视图，其中突出表示了c形腔室，并表示了涉及的不同流量；
[0057]
图9：表示了c形腔室的容积的百分比变化的示例的视图，该容积取决于腔室在从挤出机的混合物进口区域到高压/输出区域的通道中的轴向位置；
[0058]
图10：表示了在本发明的双螺杆组件的优选实施例中，沿螺杆的旋转轴线的实际流量的进展和c形腔室的容积变化的示例的视图，其中，螺纹的牙顶的局部宽度(w)沿x轴指示；
[0059]
图11：表示了根据本发明的螺杆的通流槽道在螺纹的旋转角度变化时的示意剖视
图；
[0060]
图12a至图12e：表示了根据本发明的螺杆的几何形状的示例；
[0061]
图13a至图13e：表示了在镜像布置中的相互啮合和反向旋转的螺杆对的示例，各螺杆对由根据图12的相应螺杆来形成；
[0062]
图14a-14e：表示了根据图13的双螺杆组件的通流截面的特征进展的示例，取决于螺纹缠绕角度。
[0063]
如图所示，只是为了更容易说明而非限制性地假设了一组三个参考轴线，纵向方向x-x对应于螺杆的轴向长度尺寸和混合物的供给方向，横向方向y-y对应于螺杆的径向宽度尺寸，且在双螺杆组件中使用时平行于在两个螺杆的旋转轴线之间的轴间平面；竖直方向z-z垂直于其它两个方向，根据本发明的螺杆有螺纹部分，该螺纹部分的螺纹为单头类型，螺纹相对于芯凸起，并确定三个不同的纵向区段，即分别为30、40和50。
[0064]
参考图2和6，下面介绍了根据本发明的螺杆的一些特征参数，并将在说明书的继续部分中涉及这些特征参数。
[0065]
p＝螺杆的螺距，测量为在螺纹的两个牙顶的中心线之间的轴向距离，这两个牙顶彼此相对布置成360
°
的距离(螺纹绕螺杆的轴线一整圈)。在本发明的应用中，螺距沿整个螺杆通常恒定，并优选是与外径d一致；
[0066]
d＝螺杆的外径。通常沿整个螺杆恒定；
[0067]
d＝螺杆的内径，对应于芯的直径；d可以沿螺杆的长度变化，但优选是在进口和高压区段中恒定，优选是在过渡区段中也恒定；
[0068]
通流槽道：包括在螺纹的相邻侧面之间的自由容积(对应于螺纹的槽)
[0069]
牙顶：连接两个连续侧面的顶表面
[0070]
(槽道的)通流横截面：通流槽道(或槽)沿轴向平面的横截面，该轴向平面沿螺杆的旋转轴线通过；
[0071]
w＝沿螺纹的牙顶的轴向方向测量的宽度；
[0072]
h＝混合物通流槽道的高度；
[0073]
l＝螺杆的螺纹部分的长度
[0074]
螺纹的型面可以优选是具有梯形或变平的三角形形式。
[0075]
为了说明根据本发明的双螺杆组件，还提供了以下进一步的定义：
[0076]
l＝在螺杆组件的螺杆之间的轴间距离(图6)；
[0077]
σ＝在一个螺杆的牙顶和另一螺杆的芯之间的距离(图6)；
[0078]
δ＝在一个螺杆的牙顶和容纳缸的壳体空腔的内表面之间的距离(图6)。
[0079]
c形腔室：由在容纳缸内部的螺杆之间的自由容积确定并包括在单个螺杆的螺纹的单次旋转(换句话说，“螺距”)中的c形状腔室。
[0080]
(流动的)通流槽道：在容纳缸内部的螺杆之间的自由容积，它确定了混合物流动槽道。用于流动的通流槽道由两个螺杆的所有c形腔室联合形成。
[0081]
参考图3和图4，还确定了与用于要过滤的混合物进入的区域相对应的上游部分m和与用于过滤混合物的输出区域相对应的下游部分v，根据本发明的双螺杆组件基本包括：
[0082]“缸”10，该缸10有本体11，该本体11有适用于混合物进入的顶部上游开口13以及下游轴向出口开口12；有利地，缸可以分成两个半缸11a、11b，以方便装配。
[0083]
缸有合适的内部空腔，该内部空腔有适合容纳两个螺杆21和22的形状，这两个螺杆21和22布置成在使用时它们的旋转轴线平行、相互啮合和反向旋转。
[0084]
输出区域60布置在双螺杆组件的下游端，所述区域包括过滤区域70(图5)，混合物沿朝向排出出口的供给方向穿过过滤器(未示出)进入过滤区域70。
[0085]
为了更容易说明，本说明书将始终涉及双螺杆组件，其中，螺杆相对于彼此成镜像布置，但是也可以设想根据本发明的双螺杆组件的两个相互啮合和反向旋转的螺杆的不同构造。
[0086]
缸和螺杆组件沿双螺杆组件的纵向方向(图3)确定三个不同区段，对应于螺杆的螺纹部分的三个纵向区段，即：
[0087]
进口或上游区段30，其中，混合物在环境压力下引入缸10中，并通过螺杆21、22的旋转而被“捕获”；
[0088]-中间或过渡区段40，该中间或过渡区段40位于进口区段30的下游，其中，两个螺杆21、22的作用使得向下游推动混合物的推进压力逐渐增加；
[0089]-高压区段50，该高压区段50位于过渡区段和随后的输出区域60之间。
[0090]
如图7所示，如下面将变得更清楚，沿混合物进口区段30，在螺杆之间存在大量游隙，以便产生能够方便大量混合物进入的较大“自由”容积，沿过渡区段40，在螺杆之间存在逐渐变小的游隙，且沿高压区段50，在螺杆之间存在非常小的游隙，即小于进口区域30和过渡区域40的游隙。以便产生较小的通流槽道或自由容积，这能够使逆流最小化，并实现过滤所需的高压。
[0091]
螺杆的三个纵向区段可以根据在缸内部的自由容积中形成的通流槽道相对于旋转角度的变化而确定。
[0092]
在该上下文中，还将参考“c形腔室”(图8a-8c)的已知概念，用于识别槽道cx(图8c)，该槽道cx具有成c形式的自由容积，该自由容积确定在一对相互啮合螺杆的螺杆之间，并包括在单个螺杆的螺纹的单圈(换句话说，“螺距”)中。
[0093]
详细地说，根据本发明，本发明的双螺杆组件的特征在于单个通流槽道，该单个通流槽道从上游到下游包括螺杆的、沿纵向方向(x-x)的至少三个不同区段(20、30、40)，该区段包括：
[0094]
进口区段(30)，该进口区段(30)有形成流动槽道的c形腔室c1-c3的足够容积，它优化成捕获从外部供给的混合物，并沿纵向方向(x-x)向下游推动该混合物，且它在各螺杆的螺纹的至少两个螺距上保持恒定；
[0095]
在进口区段下游的过渡区段(40)，该过渡区段(40)有可变容积的c形腔室c1-c3，从而减小(沿前进运动的方向x-x)和小于进口区段30的c形腔室容积，以便特别产生沿纵向方向x-x作用在输送的混合物上的推进压力的增加，以及排出在装载混合物时保持捕获的空气；
[0096]
高压区段50，该高压区段50布置在过渡区段40的下游，并具有c形腔室c6、c7的容积，该c形腔室c6、c7形成通流槽道，该通流槽道在至少一个螺距恒定，并小于进口区段和过渡区段的容积；因此，具有最小容积的c形腔室的该区段50优化，以便压缩混合物，并在输出区域60中获得混合物的最大压力。
[0097]
根据本发明的优选实施例，开发了各螺杆的三个纵向区段的几何构造，以便产生
通流槽道的变化规律，并因此产生c形腔室的变化规律，这保证各区段预期的特定功能的优化构造。特别是，几何形状使得同时获得在大气压力下的进口性能的最大化，对应于具有大容积(因此低牙顶宽度w)的c形腔室需要的进口区段，从而使流量最大化，并使紧邻过滤区域上游布置的高压区段50中的混合物的压缩最大化。
[0098]
特别是，在根据本发明的双螺杆组件中使用的螺杆的优选实施例中，进口区段具有以下参数：
[0099]
w＝(0.025-0.20)d，对于至少两个、三个或四个螺距恒定，优选是(0.05-0.10)d；
[0100]
p恒定，优选是＝d；
[0101]
σ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d
[0102]
δ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d
[0103]
h＝(0.3-0.8)d，优选是(0.54-0.6)d
[0104]
li进口区域的轴向长度)＝(3-4)d
[0105]
螺杆在进口区段中的优选几何变量使得在单螺纹螺杆中：
[0106]
相对较低的w值和较高的h值使得能够获得c形腔室的最大容积；
[0107]
σ和δ以及轴向传输值(p＝d)的较低值使得能够在挤出机输入和混合物供给处的混合物“捕获”性能最大化。
[0108]
为了只在紧邻过滤器的高压区段中产生所需的压力，以便减少热量产生和逆流损失，在该区域中的c形腔室具有比在螺杆的其他区域中更小的恒定容积，以使得游隙在机械上尽可能小。
[0109]
详细地，高压区段优选是具有以下参数：
[0110]
w＝(0.3-0.4)d，优选是(0.33-0.37)d，对于一个或两个螺距恒定；
[0111]
p恒定，优选是＝d；
[0112]
σ＝(0.0025-0.020)d，优选是(0.005-0.015)d
[0113]
δ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d；
[0114]
h＝(0.3-0.8)d，优选是(0.54-0.6)d；
[0115]
lp(高压区段的轴向长度)＝1-2d；
[0116]
通常恒定的通流横截面
[0117]
高压区的几何变量使得：
[0118]
δ和σ的较低值以及w的较高值使泵送性能最大化，即，使得在主流(沿供给方向)和与主运动相反的逆流之间的比率最大化；
[0119]
在高h的情况下，p＝d的值同时使得流量最大化。
[0120]
因此，根据本发明的双螺杆组件的螺杆可以优选是设置成同时获得：在靠近过滤器的区段50中的高压，其中，在螺杆之间以及在螺杆和缸之间的游隙相对非常小(以便减少与主运动相反的逆流)；以及在进口区域中的混合物的高捕获和流量，这是由于较高自由容积(即能够潜在地由混合物填充的空间)。
[0121]
考虑到所述两个区段(即上游/环境压力的进口区段和下游/高压区段)所需的不同性能特征，在进口区段(具有低压力和高容积c形腔室)和高压区段(具有在过滤区域上游的低容积c形腔室)之间的过渡区段优选是设置成具有可变的c形腔室容积，特别是以便：
[0122]
当混合物进入挤出机时消除保持捕获在混合物中的空气；
[0123]
避免几何形状的突然和意外的变化，这些变化使得它们产生在处理的材料中的潜在不均匀性和潜在的局部压力峰值。
[0124]
因此，优选地，过渡区段40具有减小的c形腔室容积。特别是，混合物通流槽道的横截面优选是根据变化规律而沿混合物的前进运动方向减小，该变化规律是基本连续，特别是至少局部近似线性和/或二次和/或大于2的阶数。
[0125]
优选是，过渡区段中的混合物通流槽道的变化通过改变螺杆螺纹的牙顶宽度w的几何形状而获得，而螺杆的其他参数可以在过渡区段中保持恒定。
[0126]
根据用于本发明双螺杆组件中的螺杆的特别优选的几何形状，过渡区段具有以下参数：
[0127]
w＝可在进口区段的w值和高压区段的w值之间连续变化
[0128]
p恒定，优选是＝d；
[0129]
σ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d
[0130]
δ＝(0.025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d；
[0131]
h＝(0.3-0.12)d，优选是(0.54-0.6)d；
[0132]
lt(过渡区段的轴向长度)＝1-3d
[0133]
由此获得在进口性能和高压性能之间的逐渐过渡。通流槽道的变化可以遵循合适的规律，以便优化所需性能。
[0134]
特别优选是限制螺杆的螺纹部分的轴向长度，以便获得比率l/d≤8，即较短长度，以便限制长挤出机(在本领域中已知l/d》10)典型的不希望温度升高。
[0135]
根据上述规律，提供了螺杆，该螺杆有基于内部槽道的变化规律获得的几何形状，并设计成确定三个所述不同处理区域。
[0136]
再参考图8c和由双螺杆组件的c形腔室确定的混合物通流槽道，可以看出，当没有流量损失时，具有成镜像布置的单头螺纹、相互啮合和反向旋转的螺杆的双螺杆挤出机的理论最大流量qth将等于两个c形腔室的容积vc乘以所述螺杆的旋转速度n：
[0137]
最大理论流量：qth＝2
·
vc
·n[0138]
vc＝c形腔室容积
[0139]
n＝rpm
[0140]
而且，实际上已知，由于在螺杆之间以及在螺杆和缸之间的游隙以及与主运动相反的逆流而引起的流量损失，永远达不到理论最大流量，且游隙越大，流量损失越高，这也取决于在装载区域和过滤区域之间的压力发展。
[0141]
仍然参考图8c，主流量损失如下：
[0142]
qc＝日历(calendar)泄漏
[0143]
qt＝四面体泄漏
[0144]
qf＝飞行间隙泄漏
[0145]
qs＝侧部间隙泄漏
[0146]
因此，产生的有效流量q是从理论最大流量(qth)和总流量损失(ql)的代数和来获得的，该理论最大流量(qth)直接从c形腔室的容积导出，该总流量损失(ql)是由于在螺杆之间以及在螺杆和缸之间的游隙以及由于压力引起的逆流：
[0147]
流量/逆流的总损失：
[0148]
ql＝qf+qs+qt+qc
[0149]
有效流量：q＝qth-ql
[0150]
根据双螺杆组件的优选构造，所述组件设置成沿混合物从输入区段到高压区段末端的前进运动的纵向方向而获得基本恒定的有效流量q，因此，效率计算为比率q/qth，它朝向输出区域逐渐增加。
[0151]
图9中表示了这种构造的特别优选示例，它表示了反向旋转螺杆的几何形状以及形成混合物流动槽道的相关c形腔室的变化规律；通过流动槽道的相应有效流量q＝qth-ql，它沿挤出方向恒定，在图10的视图中通过黑色虚线来表示。
[0152]
图11表示了在根据本发明的螺杆的螺纹的旋转角度变化时通流槽道的横截面s的示意图。
[0153]
根据本发明的螺杆和相应双螺杆组件的还一优选实施例分别在图12、13中表示。
[0154]
图14中表示了用于相应双螺杆组件的混合物通流槽道的横截面变化。
[0155]
更详细地，图12a的螺杆有通流槽道的横截面，该通流槽道的横截面在进口区段30中的螺纹的三个360
°
旋转(3l)(三个螺距)上恒定(并最大)，在过渡区域中的螺纹的三个旋转上减小，并在高压区域中的两个螺距(2p)上恒定(最小)。
[0156]
用于根据图13a的双螺杆组件的混合物通流槽道的c形腔室和横截面遵循类似的变化规律，如图14a所示。
[0157]
图12b的螺杆有通流槽道的横截面，该通流槽道的横截面在进口区段30中的螺纹的四个360
°
旋转上恒定(并最大)，在过渡区域中的螺纹的一个360
°
旋转上减小，并在高压区域中的两个螺距上恒定(最小)。根据图13b的双螺杆组件的混合物通流槽道的c形腔室和横截面遵循类似的变化规律，如图14b所示。
[0158]
图12c的螺杆有通流槽道的横截面，该通流槽道的横截面在进口区段30中的螺纹的四个360
°
旋转上恒定(并最大)，在过渡区域中的螺纹的两个螺距(2l)上减小，并在高压区域中的两个螺距上恒定(最小)。根据图13c的双螺杆组件的混合物通流槽道的c形腔室和横截面遵循类似的变化规律，如图14c所示。
[0159]
图12d、13d、14d中的螺杆和双螺杆组件类似于图12c、13c、13d中的螺杆和双螺杆组件，但是在这种情况下，过渡区段40中的横截面的变化具有减小的二次级数(2l)。
[0160]
图12e的螺杆有通流槽道的横截面，该通流槽道的横截面在进口区段30中的螺纹的四个360
°
旋转(三个螺距)上恒定(并最大)。在过渡区域中的螺纹的三个旋转上减小，并在高压区域50中的螺纹的360
°
旋转上恒定(最小)。
[0161]
用于根据图13e的双螺杆组件的混合物通流槽道的c形腔室和横截面遵循类似的变化规律，如图14e所示。
[0162]
有利地，全部所示优选示例(这些优选示例只是一些可能的几何形状)能够将螺杆的螺纹部分的长度保持在十个螺距内，优选是八个螺距内。
[0163]
除此之外，还能够：
[0164]
在螺杆长度和有限比率l/d＝过渡区域+压力区域的长度/直径等于5以及高流量的情况下达到高压(甚至高于300巴)，因此也能够使用具有非常细筛孔(《0.1mm)的过滤器进行过滤；
[0165]
在高rpm和流量下控制和限制混合物的温度升高；
[0166]
使用相对低的驱动扭矩，因为螺杆较短；
[0167]
防止螺杆的明显弯曲，防止它们与缸接触；
[0168]
通过进口开口排出空气，该空气可以在混合物进入时保持捕获。
[0169]
在根据本发明的挤出机的优选实施例中，设想挤出混合物过滤/输出区段70包括过滤器保持器板71，该过滤器保持器板71与连接凸缘60连接，并由成形头部73封闭。
[0170]
通常包括一个或多个金属网的“过滤器”(这里未示出)布置在连接凸缘61和过滤器保持器板71之间；混合物受到由螺杆旋转产生的推力而推动，以便流过该过滤器，该过滤器保留任何大于网孔的杂质。
[0171]
优选是，一个或多个压力和温度传感器61布置在凸缘60中，并能够持续监测处理的混合物的压力和温度，以便获得对过滤步骤的完全控制。
[0172]
图6、7表示了穿过缸10内的螺杆21和22的壳体的横截面。
[0173]
可以看见怎样使得在各螺杆的牙顶和缸10之间的游隙δ以及在一个螺杆的牙顶和另一螺杆的芯之间的游隙σ非常小，且在任何情况下都可以同时保证泵送作用以及在螺杆和缸之间不存在接触。
[0174]
因此，清楚了根据本发明的螺杆、双螺杆组件和设置有该双螺杆组件的挤出机怎样提供现有技术的问题的解决方案，导致：
[0175]
不存在用于在环境压力下装载要过滤的弹性体混合物的其它辅助装置；
[0176]
在小的确定区域中产生高压，从而限制温度的升高，这可以有利地保持低于弹性体混合物的硫化温度(通常小于100-120℃)；
[0177]
由于三个区域而优化了整体性能，各区域专用于精确任务，并进行相关设置；
[0178]
由于过渡区域的特殊几何形状，不存在局部温度峰值；
[0179]
当混合物引入进口区域时，有效地除去捕获在混合物中的空气。
[0180]
尽管结合本发明实施方式的多个实施例和多个优选示例进行了介绍，但是应当理解，本专利的保护范围只由下面的权利要求来确定。

技术特征：
1.一种适合在弹性体混合物挤出机的具有相互啮合螺杆的双螺杆组件中使用的螺杆(21、22)，所述螺杆包括具有单头螺纹的螺纹部分，所述螺纹部分沿轴向延伸的纵向方向(x-x)从上游到下游确定螺杆的不同的至少三个区段(30、40、50)，其中，所述至少三个区段包括：进口区段(30)，所述进口区段用于捕获混合物，并沿纵向方向(x-x)向下游推动所述混合物，所述进口区段的通流槽道的横截面(s)包括在螺纹的相邻侧面之间，所述横截面在螺纹的至少两个螺距上或在720度旋转上恒定；过渡区段(40)，所述过渡区段在进口区段的下游，所述过渡区段的通流槽道的横截面(s)可变且小于进口区段的通流槽道的横截面，并设计成使得作用在沿纵向方向(x-x)输送的混合物上的推进压力增加；高压区段(50)，所述高压区段在过渡区段的下游，所述高压区段的通流槽道的横截面最小、在至少一个螺距上恒定，并设计成使得混合物压缩，以便获得混合物的最大压力。2.根据权利要求1所述的螺杆，其特征在于：所述进口区段的通流槽道的横截面和/或螺纹牙顶的宽度(w)在至少两个螺距上恒定，优选是在至少三个螺距上恒定，特别是在两个、三个或四个螺距上恒定。3.根据权利要求1或2所述的螺杆，其特征在于：在进口区段中，螺杆的几何形状具有：牙顶宽度w＝(0.025-0.20)d，优选是(0.05-0.10)d，其中d是螺杆的外径，所述牙顶宽度w在至少两个、三个或四个螺距上恒定；和/或螺纹的螺距p，所述螺距恒定，优选是等于外径d；和/或通流槽道的高度h，h＝(0.3-0.8)d，优选是(0.54-0.6)d；和/或进口区域的轴向长度li＝(3-4)p和/或(3-4)d。4.根据权利要求1、2或3所述的螺杆，其特征在于：在高压区段(50)中，螺杆的几何形状具有：牙顶宽度w＝(0.3-0.4)d，优选是(0.33-0.37)d，在一个或两个螺距上恒定；和/或螺距p为常数，优选是＝d；其中d是螺杆的外径。5.根据前述任意一项权利要求所述的螺杆，其特征在于：螺杆在整个螺纹部分上具有恒定的螺距。6.根据前述任意一项权利要求所述的螺杆，其特征在于：螺杆的螺纹部分的长度小于或等于10d和/或小于或等于10p，其中d是螺杆的外径，p是螺纹的螺距。7.根据前述任意一项权利要求所述的螺杆，其特征在于：在过渡区段中，用于混合物通过的通流槽道的变化通过改变螺杆螺纹的牙顶宽度(w)的几何形状来获得。8.根据前一权利要求所述的螺杆，其中：在过渡区段中，牙顶宽度w可在w的最小值和w的最大值之间连续地变化，所述w的最小值对应于进口区段的牙顶宽度，所述w的最大值对应于高压区段的w值；其中，螺杆在过渡区段中的几何形状优选是具有：螺距p是恒定的，优选是等于外径d；和/或通流槽道的高度h优选是恒定的，和/或包括在(0.3-0.12)d之间，优选是(0.54-0.6)d；和/或
过渡区段的轴向长度lt＝1-3d；其中d是螺杆的外径。9.用于弹性体混合物挤出机的双螺杆组件(10、20)，所述双螺杆组件包括具有螺纹部分的两个螺杆(21、22)，所述螺纹部分具有单头螺纹，两个螺杆布置成在缸(10)内部在具有平行的纵向旋转轴线(x-x)的情况下相互啮合和反向旋转，以便形成用于使混合物流通过的通流槽道，所述通流槽道由多个c形腔室(cx)联合组成，各c形腔室由在缸(10)内部的自由容积来确定，并包括在用于单个螺杆的螺纹的单次旋转中，双螺杆组件设置有上游开口(13)，用于使混合物进入通流槽道中，其特征在于：用于流动通过的通流槽道沿螺杆的轴向延伸和混合物的前进运动的纵向方向(x-x)从上游到下游包括至少三个不同区段(30、40、50)，所述区段包括：进口区段(30)，所述进口区段用于捕获从外部供给的混合物，并沿纵向方向(x-x)向下游推动所述混合物，所述进口区段具有形成用于流动通过的通流槽道的c形腔室容积，所述进口区段的c形腔室容积在各螺杆的螺纹的至少两个螺距上恒定；过渡区段(40)，所述过渡区段在进口区段的下游，所述过渡区段具有形成流动槽道的c形腔室容积，所述过渡区段的c形腔室容积是可变的，其减小，并小于进口区段的c形腔室容积；高压区段(50)，所述高压区段位于过渡区段的下游，所述高压区段具有形成流动槽道的c形腔室容积，所述高压区段的c形腔室容积在至少一个螺距上恒定，并小于进口区段的c形腔室容积和过渡区段的c形腔室容积，所述高压区段用于引起混合物的压缩，以便获得所述混合物的最大压力。10.根据前述权利要求所述的双螺杆组件，其特征在于：螺杆成镜像布置。11.根据权利要求9-10中任意一项所述的双螺杆组件，其中：高压区段具有在各螺杆的至少两个螺距上恒定的c形腔室容积。12.根据权利要求9-11中任意一项所述的双螺杆组件，其中：进口区段具有在各螺杆的至少三个螺距、优选是至少四个螺距上恒定的c形腔室容积。13.根据权利要求9-12中的任意一项所述的双螺杆组件，其中：根据变化定律，过渡区段具有沿混合物的前进运动方向减小的c形腔室容积，和/或用于混合物流通过的通流槽道的横截面沿混合物的前进运动方向减小，所述变化定律基本连续，特别是至少局部为近似线性的和/或为二次的和/或具有大于2的阶数。14.根据权利要求9-13中任意一项所述的双螺杆组件，其中：螺杆和缸布置和设置成获得通过混合物流动槽道的有效流量(q)，所述有效流量沿混合物的前进运动的纵向方向从进口区段到高压区段末端恒定。15.根据权利要求9-14中任意一项所述的双螺杆组件，其中：两个螺杆中的一个和/或另一个根据权利要求1-8中任意一项来设置。16.根据权利要求9-15中任意一项所述的双螺杆组件，其中：在进口区段中：σ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)dδ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d；和/或在高压区段中：
σ＝(0.0025-0.020)d，优选是(0.005-0.015)dδ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d；和/或在过渡区段中：σ＝(0.0025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d；δ＝(0.025-0.030)d，优选是(0.005-0.015)d；其中σ是一个螺杆的牙顶和另一螺杆的芯之间的距离，δ是一个螺杆的牙顶和容纳缸的壳体空腔的内表面之间的距离。17.根据权利要求9-16中任意一项所述的双螺杆组件，其中：上游开口设置成沿与纵向方向(x-x)基本正交的方向(z-z)将混合物供给至通流槽道。18.弹性体混合物的挤出机，其特征在于：所述挤出机包括根据权利要求9-17中任意一项所述的、沿纵向方向(x-x)延伸的双螺杆组件以及包括下游的挤出头(70)。19.根据前述权利要求所述的挤出机，其特征在于：所述挤出机包括过滤区域(70)，所述过滤区域在高压区域(50)的下游设置有筛网过滤器，混合物通过所述筛网过滤器。20.用于挤出弹性体混合物的方法，所述方法包括以下步骤：将弹性体混合物供给至混合物挤出机的双螺杆组件，所述双螺杆组件包括具有螺纹部分的两个螺杆(21、22)，这两个螺杆布置成在缸(10)内部在具有平行的纵向旋转轴线(x-x)的情况下相互啮合和反向旋转，以便形成用于混合物流从上游到下游通过的通流槽道，所述通流槽道由多个c形腔室联合组成，各c形腔室由在缸内部的相应螺杆之间的自由容积来确定，并包括在用于单个螺杆的螺纹的单次旋转中；弹性体混合物通过混合物进口开口(13)供给到通流槽道内，所述通流槽道用于混合物流通过双螺杆组件；在双螺杆组件的进口区段(30)中捕获弹性体混合物，并将弹性体混合物向下游推动通过用于混合物流的通流槽道，所述进口区段(30)具有形成流动槽道的c形腔室容积，所述c形腔室容积在各螺杆的螺纹的至少两个螺距上恒定；使弹性体混合物前进通过用于混合物流通过的通流槽道的过渡区段(40)，所述过渡区段(40)沿螺杆的轴向延伸和混合物的前进运动的纵向方向(x-x)布置在进口区段的下游，并具有形成流动槽道的c形腔室容积，所述过渡区段的c形腔室容积是可变的，其减小，并小于进口区段的c形腔室容积；在高压区段(50)中推进和压缩弹性体混合物，所述高压区段布置在过渡区段的下游，所述高压区段具有形成流动槽道的c形腔室容积，所述高压区段的c形腔室容积在至少一个螺距上恒定，并小于进口区段的c形腔室容积和过渡区段的c形腔室容积，以便引起混合物的压缩并获得混合物的最大压力；弹性体混合物在最大压力下通过布置在高压区段(50)下游的挤出头(60)。21.根据前述权利要求所述的方法，还包括：过滤(70)正在处理的混合物，使得所述混合物通过在高压区域(50)下游的筛网过滤器。22.根据前述权利要求所述的方法，其中：通过混合物流动槽道的混合物的有效流量沿混合物的前进运动的纵向方向从进口区段到高压区段末端基本恒定。

技术总结
本申请公开了一种螺杆(21；22)，其用于弹性体混合物挤出机的双螺杆组件，包括具有单头螺纹的螺纹部分，该螺纹部分沿轴向延伸的纵向方向(X-X)从上游到下游确定螺杆的至少三个不同的区段(20、30、40)，其中，该至少三个区段包括：进口区段(30)，该进口区段用于捕获从外部供给的混合物，并沿纵向方向(X-X)向下游推动该混合物，该进口区段有包括在螺纹的相邻侧面之间的通流槽道的横截面(S)，该横截面在螺纹的至少两个螺距上或在720度旋转上恒定；过渡区段(40)，该过渡区段在进口区段的下游，该过渡区段有通流槽道的横截面(S)，该通流槽道的横截面可变和小于进口区段的通流槽道的横截面，并设计成使得作用在沿纵向方向(X-X)输送的混合物上的推进压力增加；高压区段(50)，该高压区段在过渡区段的下游，该高压区段有通流槽道的横截面，该通流槽道的横截面最小，在至少一个螺距上恒定，并设计成使得混合物压缩，以便获得混合物的最大压力。以便获得混合物的最大压力。以便获得混合物的最大压力。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：波米尼橡胶及塑料有限责任公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2023/8/24