用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆及其应用

摘要

本发明公开一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆及其应用；所述三螺杆包括第一压力部、第二压力部、第三压力部、第四压力部、第五压力部；所述三螺杆包括沿物料流向方向的第一压力部、第二压力部、第三压力部、第四压力部中任意不同区域组合的至少两个循环、非组合区域、以及所述循环与非组合区域连接后再连接第五压力部。本发明三螺杆，通过增大物料传质面积以及对熔体中易挥发组分进行压力传导，使挥发组分最多的在真空口聚集并被有效抽提排出，最大化改善了在只采用单个真空抽提下，螺杆挤出过程中挥发组份的溢出效率，在保持熔体共混合理化的同时，有效降低挤出后物料的TVOC含量及气味。

说明书

技术领域

本发明属于塑料挤出成型设备技术领域，涉及一种用于制备低散发热塑性高分子材 料的三螺杆及其应用，特别涉及一种在塑料挤出加工工艺中对产生的气体及TVOC分子 进行有效脱除的挤出螺杆。

背景技术

目前随着以塑代钢的不断深入，改性塑料已广泛应用于生活中各个领域。而塑料制 品在使用过程中，其内部的小分子物质会随着时间的推移及温度的变化而逐渐的散发到 大气环境中，特别是涉及到密闭的领域，如汽车内饰件，包括仪表板、副仪表板、门板、 立柱等。

在塑料使用的过程中，尤其当温度较高时，残余在塑料中的挥发性有机物质(TVOC) 会散发出来，对人的身体产生损害。而制品中TVOC含量超标时，需采用后续高温等工 艺进行处理耗时耗力。TVOC物质主要包括烃类、苯类、醛类等，主要来源于聚丙烯、 弹性体等树脂合成时残余的单体，抗氧剂、光稳定剂、润滑剂、色粉等添加剂及改性聚 丙烯材料加工过程中降解产生的小分子等，因此，为了减少塑料制品中的TVOC含量， 从原材料和加工工艺方面进行控制是最必要的选择。

在原材料优选的情况下，加工工艺过程成为了改善TVOC的关键环节，目前在聚合 物加工设备中，螺杆挤出机是最为主要的生产设备，目前，单螺杆挤出机，双螺杆挤出 机和多螺杆挤出机在工业中都已经实现商业化，螺杆挤出机一般可分为啮合同向螺杆挤 出机，啮合异向螺杆挤出机，非啮合螺杆挤出机和形双螺杆挤出机等。在螺杆挤出的过 程中，在高温和剪切力的作用下，合成阶段贮存在原料中的TVOC及在加工过程中由于 剪切，热氧老化产生的小分子会以气态形式溢出，如果不及时脱除，在挤出结束后仍会 贮存在物料中，在以后的使用过程中就会不断地散发出来。而目前的螺杆挤出工艺主要 集中在采用多真空抽取及剪切力变换来降低挤出物的TVOC。多真空抽提的方式，随着真 空系统增加，增加能耗的同时，真空口增多不利于螺杆的密闭性及稳定性。而剪切力降 低虽可减少材料降解产生的TVOC，但不利于材料共混效果，材料的力学性能会受到显著 影响。中国专利CN102941666A公布了一种制备聚丙烯制品的脱挥双螺杆，但其只限于 应用在制备发泡聚丙烯材料方面，且对减少TVOC制备低散发材料效果不明显。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于制备低散发热塑性高分 子材料的三螺杆及其应用；本发明三螺杆通过增大传质面积及压力疏导的方式对热塑性 高分子材料在加工过程可易挥发组份进行最大限度脱除，大大降低了在挤出造粒后的 TVOC物质含量及气味的残留，避免了在挤出过程中采用多真空抽提的能耗，大大节省了 在造粒后要对制品人工TVOC脱除的时间成本和经济成本，在保持熔体充分共混的同时 最大限度的使挤出物具有低散发的特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，所述三螺杆包括第一 压力部(C1)、第二压力部(C2)、第三压力部(C3)、第四压力部(C4)、第五压力部(C5)， 对应压力分别为P1、P2、P3、P4和P5；所述三螺杆包括沿物料流向方向的第一压力部 (C1)、第二压力部(C2)、第三压力部(C3)、第四压力部(C4)中任意不同区域组合 的至少两个循环、非组合区域、以及所述循环与非组合区域连接后再连接第五压力部 (C5)。

优选地，所述组合的数量大于等于1。

优选地，所述组合包括区域的数量大于等于2。

优选地，所述压力P1、P2、P3、P4和P5满足以下关系：P4≤P5≤P2＜P3≤P1。

优选地，所述P5与P4的关系为1.0 P4≤P5≤1.5 P4。

优选地，所述P2和P5的关系为1.0 P5≤P2≤2.0 P5。

优选地，所述P2和P3的关系为1.5 P2≤P3≤2.0 P2。

优选地，所述P3和P1的关系为1.0 P3≤P1≤1.75 P3。

另一方面，本发明提供一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆的应用，所 述应用具体指三螺杆可应用于啮合同向三螺杆挤出机，啮合异向三螺杆挤出机，非啮合 同向、异向三螺杆挤出机、锥型三螺杆挤出机等三螺杆挤出机的制备。

优选地，所述三螺杆在挤出机中的纵向排列包括三角排列或一字排列。

本发明所述的一种制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，可通过螺纹元件设计， 螺杆夹套设计，压力调节阀设计，螺纹元件组合以及其他一些方式得到所述的压力控制， 起到有效脱挥的作用；特别地，三螺杆在同等的生产效率下增加了物料的分布面积，使 得塑料挥发组分更大限度的溢出和传导。

本发明所述的一种制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，与现有技术相比，本发 明具有如下有益效果：

(1)本发明三螺杆利用压力差对易挥发组份进行了目的性疏导，通过装有本发明 三螺杆的挤出机制备的低散发材料，避免了后续处理TVOC物质繁琐的加工工序，在塑 料生产中无需附加更多抽提装置，简化塑料制备流程，减少设备投入，节约成本；

(2)本发明三螺杆利用压力差对易挥发组份进行疏导原理简明，可通过多种区域 组合、不同组合循环的控制，达到高效脱挥的目的，机动灵活，生产便捷；

(3)本发明三螺杆用途广泛，可应用于啮合同向三螺杆挤出机，啮合异向三螺杆 挤出机，非啮合同向、异向三螺杆挤出机、锥型三螺杆挤出机等三螺杆挤出机的制备、 所有热塑性高分子物料的挤出，具有很高的应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆的一个基本循环示意 图；

其中，基本循环为C1、C2、C3、C4和C5组成的一个循环；1为C1；2为C2； 3为C3；4为C4；5为C5；

图2为本发明的制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆的一种组合方式示意 图；

图3为本发明的制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆的一种组合方式示意图；

图4为本发明三螺杆的三个螺杆的啮合方式图；

其中，A为三螺杆圆心成等边三角形的三角排列啮合；B为三螺杆圆心在一条 直线上的一字排列啮合。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，所述的三螺杆为 沿物料运动方向依次5种不同区域的组合；所述组合为C1、C2、C3、C4、C5组成的一 个循环(如图1所示)；

所述P5与P4的关系为P5＝P4；

所述P2和P5的关系为P2＝P5；

所述P2和P3的关系为P3＝1.5P2；

所述P3和P1的关系为P1＝P3；

三螺杆挤出机采用螺杆圆心为等边三角形的啮合方式(如图4中A所示)，物料从 加料斗进入三螺杆挤出机后，将经过混合，熔融，减压，挤出等过程。在混合熔体进入 温度较高的熔融区之后，达到某种组份的挥发温度，一定量的此组份将以气态形式挥发， 在螺杆压力的作用下，会沿物料运动方向的相同方向顺流。当气体从C1区域流至C2区 域处，由于P2＜P1气体会顺流下去，气体会较多的聚集在C2段，当熔体由C2区域流 至C3区域时，由于P3＞P2，气体会适当压缩进入C3区域，且由于P3≤P1气体会快速 通过C3区域进入C4区域，而P4＜P3，P4＜P2，气体在压力差的情况下能够快速的传导 至C4区域末端，尽可能多的被真空系统带走。

实施例2

本实施例涉及一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，所述的三螺杆为沿 物料运动方向依次5种不同区域的组合；所述组合为C1和C2循环接C3和C4循环后再 接C1和C2循环和C3，C4循环，以及在所述的的循环之后连接C5；

所述P5与P4的关系为P5＝1.5 P4；

所述P2和P5的关系为P2＝2.0 P5；

所述P2和P3的关系为P3＝2.0 P2；

所述P3和P1的关系为P1＝1.75P3。

三螺杆挤出机采用螺杆圆心为等边三角形的啮合方式，物料从加料斗进入三螺杆 挤出机后，当气体从C1区域流至C2区域处，由于P2＜P1，气体会顺流并较多的聚集在 C2段，当熔体由C2区域流至C3区域时，由于P3＞P2，气体会适当压缩进入C3区域， 且由于P3≤P1气体会快速通过C3区域进入C4区域，且P4＜P3，P4＜P2，气体快速的 传导至C4区域末端，并再次重复以上循环一次，被真空系统带走。

实施例3

本实施例涉及一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，所述的三螺杆为 沿物料运动方向依次5种不同区域的组合；所述组合方式为C1、C2、C3循环，以及在 所述循环后再接C5；

所述P2和P5的关系为P2＝1.5 P5；

所述P2和P3的关系为P3＝1.75 P2；

所述P3和P1的关系为P1＝1.5P3。

三螺杆挤出机采用螺杆圆心在一条水平线上的啮合方式(如图4中B所示)，物料 从加料斗进入三螺杆挤出机后，当气体从C1区域流至C2区域处，由于P2＜P1，气体会 顺流并较多的聚集在C2段，当熔体由C2区域流至C3区域时，由于P3＞P2，气体会适 当压缩进入C3区域，且由于P3≤P1气体会快速通过C3区域进入压力相对小的C5区域 被真空系统带走。

实施例4

本实施例涉及一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，所述的三螺杆为沿 物料运动方向依次5种不同区域的组合；所述组合为C1和C2循环后接C3和C4循环后 再接C1和C2循环，以及在所述的的循环之后连接C5；(如图2所示)；

所述P5与P4的关系为P5＝1.2 P4；

所述P2和P5的关系为P2＝2.0 P5；

所述P2和P3的关系为P3＝2.0 P2；

所述P3和P1的关系为P1＝1.75P3。

三螺杆挤出机采用螺杆圆心为等边三角形的啮合方式，物料从加料斗进入三螺杆 挤出机后，当气体从C1区域流至C2区域处，由于P2＜P1，气体会顺流并较多的聚集在 C2段，当熔体由C2区域流至C3区域时，由于P3＞P2，气体会适当压缩进入C3区域， 且由于P3≤P1气体会快速通过C3区域进入C4区域，且P4＜P3，P4＜P2，气体快速的 传导至C4区域末端并再次经过C1和C2段压缩输送，最后到C5区域聚集，被真空系统 带走。

实施例5

本实施例涉及一种用于制备低散发热塑性高分子材料的三螺杆，所述的三螺杆为 沿物料运动方向依次5种不同区域的组合；所述组合方式为C1、C2、C4的循环，以 及在所述循环后再接C5(如图3所示)；

所述P5与P4的关系为P5＝1.2 P4；

所述P2和P5的关系为P2＝1.5 P5；

所述P2和P3的关系为P3＝1.75 P2；

三螺杆挤出机采用螺杆圆心在一条水平线上的啮合方式，物料从加料斗进入三 螺杆挤出机后，当气体从C1区域流至C2区域处，由于P2＜P1，气体会顺流并较多 的聚集在C2段，当熔体由C2区域流至C4区域时，气体会快速通过并在C5区域聚 集被真空系统带走。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。