CN113412183A - 挤出机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种挤出机，其被配置为挤出含有水分的固体原料，该挤出机包括：料筒，在纵向方向上具有中空管形状，其中，原料送入其中的料斗耦接到料筒的一侧，排出口设置在料筒的另一侧，脱水的原料通过排出口排出；棒状螺杆，在其外周面上设置有螺纹，使得螺杆被安装在料筒内，以在沿一个方向轴向旋转的同时将送入料斗中的原料输送到排出口；排气部，设置在料斗与排出口之间的一点处，以将在料筒内产生的水蒸气排出到外部；以及加热器部，安装在料筒上以加热原料。通过料斗引入料筒中的原料在通过螺杆在料筒内输送的同时，被加热器部逐渐加热。捏合区在螺杆上形成，在捏合区中压缩通过螺纹输送的原料。由于原料在料筒内熔化，使得原料的至少一部分相变为液态，因此控制加热器部的加热温度和螺杆的轴向旋转速度，从而在捏合区中由相变的原料形成遮蔽料筒的内部横截面的密封膜。

Description

挤出机

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年11月25日提交的韩国专利申请第10-2019-0152012号的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种挤出含有水分的固体原料的挤出机，更具体地，涉及一种具有防止从原料中排出的水汽回流的区域(料筒内的原料在该区域中形成密封膜)的挤出机。

背景技术

在制造通过乳液聚合制备的热塑性树脂的过程中，所制造的热塑性树脂通常以胶乳状态与分散介质一起获得。因此，原料包含大量的水分。

因此，制造热塑性树脂的工艺包括用于去除水分的脱水和干燥工艺。

作为已知的干燥工艺，通常采用的方法是在原料移动或静止时通过向脱水的原料施加热能来蒸发水分。

随后，根据需要，使用图1中所示的挤出机对干燥的原料加热和加压，从而得到颗粒状的干燥原料。

参照图1，其示出了根据现有技术的挤出机的内部配置，该挤出机被配置为将料斗2安装在管状料筒1的一侧，原料通过料斗2送入，并且将原料通过内部螺杆5排出到排出口(图中的左侧出口)。

通过料斗2注入的原料被安装在料筒内部或外部的加热器(未示出)进行加热，并被螺杆5挤压。因此，由残留在经干燥的原料中的水分产生的水蒸气在经干燥的原料被螺杆5移动的同时被分离。分离出的水蒸气通过远离料斗2设置的排气部6排出到外部。

然而，在根据现有技术的这种结构中，当原料通过螺杆5时，在料筒1内产生的水蒸气没有到达排气部6而是流回到料斗2。水蒸气的回流对原料的顺利输入具有不利影响，并且使挤出性能劣化。

为此，根据现有技术，在料斗2中额外配备有用于使水蒸气的回流的影响最小化的止回板4以及用于将原料注入到料筒中的引入螺杆3。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供一种挤出机，该挤出机能够直接挤出脱水的原料而不需要干燥工艺，并且能够防止从原料分离出的水蒸气回流到料斗中，从而提高了挤出效率。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种被配置为挤出含有水分的固体原料的挤出机，该挤出机包括：料筒，在纵向方向上具有中空管形状，其中，原料送入其中的料斗耦接到料筒的一侧，排出口设置在料筒的另一侧，脱水的原料通过排出口排出；棒状螺杆，在其外周面上设置有螺纹，使得螺杆被安装在料筒内，以在沿一个方向轴向旋转的同时将送入料斗中的原料输送到排出口；排气部，设置在料斗与排出口之间的一点处，以将在料筒内产生的水蒸气排出到外部；以及加热器部，安装在料筒上以加热原料，其中，通过料斗引入料筒中的原料在通过螺杆在料筒内输送的同时，被加热器部逐渐加热，在螺杆上形成的捏合区，在捏合区中压缩通过螺纹输送的原料，并且由于原料在料筒内熔化，使得原料的至少一部分相变为液态，因此控制加热器部的加热温度和螺杆的轴向旋转速度，从而在捏合区中由相变的原料(以液态或以固液混合的状态)形成遮蔽料筒的内部横截面的密封膜。

捏合区设置在排气部与料斗之间。

捏合区和排气部之间的距离小于料筒的直径的三倍。此外，捏合区与料斗之间的距离大于料筒的直径的五倍。

螺杆包括：第一正向区，在该第一正向区中，螺纹设置为在轴向旋转时将从料斗输入的原料朝向排出口输送；捏合区，在该捏合区中，螺纹设置为在轴向旋转时压缩从第一正向区输送来的原料；以及第二正向区，在该第二正向区中，螺纹设置为在轴向旋转时将通过捏合区的原料朝向排出口输送。

捏合区可以包括中性区，在该中性区中，螺纹设置在棒状的外周面上以促使原料在原位旋转。此外，捏合区可以包括反向区，在该反向区中，螺纹设置在棒状的外周面上，以沿着与通过设置在第一正向区中的螺纹输送原料的方向相反的方向输送原料。此外，捏合区可以通过将中性区与反向区连接而构成，在该中性区中，螺纹设置在棒状的外周面上以促使原料在原位旋转，在该反向区中，螺纹设置在棒状的外周面上，以沿着与通过设置在第一正向区中的螺纹输送原料的方向相反的方向输送原料，其中，中性区连接到第一正向区，反向区连接到第二正向区。

另外，螺杆还可以包括子捏合区，在该子捏合区中，螺纹设置为在轴向旋转时再次压缩从第二正向区输送来的原料。

子捏合区和排气部之间的距离大于料筒的直径的三倍。

此外，螺杆还可以包括第三正向区，在第三正向区中，螺纹设置为在轴向旋转时将通过子捏合区的原料朝向排出口输送。被配置为将原料中包含的杂质排出到外部的子排气部可以设置在料筒中形成有第三正向区的范围内。

子捏合区与子排气部之间的距离小于料筒的直径的三倍。

此外，挤出机还可以包括粉碎装置，该粉碎装置被配置为将从料筒的排出口排出的干燥的原料粉碎。

有益效果

在根据本发明的具有上述结构的挤出机中，在原料在料筒内被挤出的同时，在捏合区中形成密封膜，因此，可以防止水蒸气回流到料斗或使之最小化。

捏合区可以包括中性区或反向区之一或它们的组合，因此可以根据原料的状态或性质选择性地采用。

另外，根据本发明的螺杆还可以包括子捏合区，因此，可以另外形成密封膜，从而更有效地防止水蒸气的回流。

附图说明

图1是示出根据现有技术的挤出机的内部配置的透视图。

图2是示出根据本发明的挤出机的内部配置的透视图。

图3是图2中设置有捏合区的部分的放大图。

图4是示出适用于本发明的捏合区的螺纹的实施例(A、B、C)的视图。

图5是示出在捏合区中形成密封膜之前和之后的横截面的视图。

图6是示出在本发明的挤出机中相对于料筒的直径D的距离的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明，使得本发明所属领域的技术人员可以容易地实施本发明。然而，本发明可以以若干种不同的形式来实现，并且不限于在本文中阐述的实施例。

将省略与说明书无关的部分，以便清楚地描述本发明，并且在整个说明书中，将相同的附图标记赋予相同或相似的元件。

另外，在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于字典的含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述并解释他或她的发明的原则，被解释为符合本发明范围的含义和概念。

本发明涉及一种用于挤出含有水分的固体原料的挤出机，并且在下文中，将参照附图更详细地描述根据本发明的挤出机。

参照图2，其示出了根据本发明的挤出机的内部配置，根据本发明的挤出机包括料筒10、安装在料筒10内的螺杆30、排气部40以及用于加热料筒10的加热器部60，料筒10内的水蒸气通过排气部40排放到外部。此外，在料筒10内由熔化树脂形成密封膜。

料筒10在纵向方向上具有中空管形状。料斗20(原料通过料斗20送入)耦接到料筒10的一侧，用于排出脱水后的原料的排出口11设置在料筒10的另一侧。

料筒10优选由具有优异的耐化学性的金属制成或者被制造成使得其内表面涂覆有保护性材料，以防止由于从原料排出的挥发性物质和水蒸气引起的腐蚀。料筒10被制造成具有足以承受从内部产生的热量和压力的刚度。

螺杆30为棒状，并且具有在其外周面上设置有螺纹M(31、32、33)的结构。此外，螺杆20在安装在料筒10内并沿一个方向轴向旋转的同时，将从料斗20送入的原料朝向排出口11输送。

此时，具有螺旋形状的螺纹M沿纵向设置在螺杆30的外周面上。沿着使原料朝向排出口移动的方向形成有螺纹M的区域被划分为正向区(F1部分、F2部分、F3部分)。此外，将螺纹在其中形成为仅使原料旋转而不使原料移动，或者使原料向反方向移动(即，使原料从料筒的排出口朝向料斗移动)的区域定义为捏合区30A。

参照图3，其示出了K1部分的放大图，图2的捏合区30A设置在捏合区30A中，并且图4示出了适用于捏合区30A的螺纹的形状，设置在捏合区30A中的螺纹配置为压缩原料而不是输送原料。(图3的上部是将壳体耦接到螺纹的外部的状态，而图3的下部是将壳体移除的状态。因此，在下文中，将参照下图进行描述)捏合区30A包括中性区和反向区，在该中性区中，中性螺纹32设置在棒状的外周面上以引入原料而在原位旋转，在该反向区中，螺纹33设置在棒状的外周面上以沿相反的方向输送原料。即，本发明提供实施例1、2和3中分别具有在捏合区中仅设置中性区、在捏合区中仅设置反向区、以及将中性区与反向区组合的配置。

如图4(C)所示，设置在中性区中的中性螺纹32可以不具有螺纹以螺旋形状彼此连接的形式，而是具有单独分离的形式(即，环形螺纹彼此间隔连接的形式)。当原料到达如上所述的形式的中性螺纹32时，施加到原料上的力在原位产生旋转而不是输送原料。

另外，如图3和图4(B)所示，在反向区中限定的反向螺纹33以与在正向区中设置的螺纹的方向相反的方向设置。具有上述形式的反向螺纹33在原料到达时产生沿相反方向输送原料的力。

可替代地，如图4(A)所示，可以将中性区与反向区组合配置。

当原料到达设置有中性区和/或反向区的捏合区30A时，原料与从后侧的正向区连续供应的原料聚集一起而被挤压。

此时，在本发明中，螺杆30可以具有其中设置有多个正向区的F1部分、F2部分和F3部分以及其中设置有多个捏合区的K1部分和K2部分。就是说，如图2所示，提供了以下结构，其中从料斗20开始按顺序布置第一正向区(F1部分)、捏合区(K1部分)、第二正向区(F2部分)、子捏合区(K2部分)和第三正向区(F3部分)。

正向螺纹31设置在第一正向区中，以在轴向旋转时将从料斗20送入的原料朝向排出口11传送，并且中性螺纹32或反向螺纹33设置在捏合区30A中以在螺杆30轴向旋转时压缩从第一正向区输送来的原料。此外，设置在子捏合区30B中的中性螺纹32或反向螺纹33与捏合区30A相似，而设置在第二正向区和第三正向区中的正向螺纹与第一正向区相似。

另外，排气部40安装在料筒10上，使得在原料从料斗20通过捏合区30A之后排出蒸汽(以及分离的气体等)。排气部40可以具有从料筒10向上开口的简单的管状，但可以将可开闭的阀、用于排出水蒸气的排气装置以及仅在一定压力或更高压力下打开的安全通气口耦接到该排气部40。

此外，用于产生热量的加热器部60耦接到料筒10的外表面(或其内部)。加热器部60可以是将电能转换成热能的装置，也可以是从外部接收热源以加热料筒的装置。

多个加热器部60安装在整个料筒上，并且可以分别控制加热器部60的温度。因此，料筒10被配置成可以对每个部分(正向区和捏合区)进行温度控制。

在根据本发明的具有上述结构的挤出机中，在将储存于料斗20中的原料供应到料筒10中时，通过料筒10内的螺杆30将原料传送并通过加热器部60将其加热(或冷却)到目标温度。

此时，当原料通过第一正向区并到达捏合区30A时，原料在加热状态下被从后侧连续供应的原料和螺杆30的旋转力挤压。

因此，被加热并加压的原料在捏合区30A中(或在到达捏合区之前)熔化，并且至少一部分或几乎所有原料相变为液态。

即，在捏合区30A中被加热和加压的原料从固态相变为高粘性液态的同时，原料由于在捏合区30A中产生的离心力而径向扩散。

因此，如图5所示，其示出了在捏合区30A中形成密封膜之前和之后的横截面，在捏合区30A的前部(靠近料斗)中固体原料、从原料中分离出的水蒸气等扩散到螺杆30与料筒10之间的空间中。此外，随着连续施加热量和压力，在捏合区30A的后部(靠近排出口)的大部分固体原料熔化成液态。此时，由熔化的原料通过离心力形成遮蔽料筒10的横截面的密封膜。

此时，密封膜的厚度和形成位置可以根据螺杆30的旋转速度、加热器部60的加热温度以及设置在捏合区30A中的螺纹的配置而变化。此外，在料筒10中，密封膜以可变状态而不是固定状态形成。

也就是说，密封膜形成为液态膜，并且随着连续供应原料，首先形成了密封膜的原料通过捏合区30A，然后朝向第二正向区排出。然后，随后供应的原料在补充先前排出的原料的同时变成液态并保持密封膜。

根据送入的原料的状态和量，控制加热器部60的加热温度和螺杆的轴向旋转速度以持续保持密封膜。

已经通过捏合区的液态原料和气态水蒸气被输送到第二正向区。此时，沿螺杆30连续地输送液体原料，但是气态水蒸气(以及在相变期间产生的气体)通过排气部40排出到外部。此时，通过在捏合区30A中形成的密封膜来防止水蒸气向料斗20回流。

此外，到达子捏合区30B的原料在子捏合区30B中再次形成密封膜，然后通过第三正向区排出到排出口11。在通过第三正向区进行输送时，原料中所含的杂质(残留单体等)、相变期间产生的气体、过剩的水蒸气等通过子排气部50排出到外部。

此时，排出到料筒10的排出口11的原料在被从中分离出水蒸气、气体等之后被冷却，然后以固体的形式排出。

以固体的形式排出的原料通过将用于粉碎经脱水(干燥)的原料的粉碎装置70被切成具有一定尺寸的颗粒。

另外，在本发明的挤出机中，优选限制部件之间的距离以改善干燥和脱水性能。

即，如图6所示，其示出了本发明的挤出机中的相对于料筒的直径D的各个距离，优选地，基于料筒10的直径D，将从料斗20到捏合区30A的距离设定为5D到10D。此外，优选将捏合区30A与排气部40之间的距离设定为3D以下，将排气部40与子捏合区30B之间的距离设定为3D以上，以及将子捏合区30B与子排气部50设定为3D以下。然而，这些相对距离不限于上述范围，并且可以根据螺杆30的长度和轴向旋转速度、原料的状态、加热器部60的输出功率等而改变。

在根据本发明的具有上述结构的挤出机中，在原料在料筒10内脱水的同时，在捏合区30A中形成密封膜，因此，可以防止水蒸气回流到料斗20中或使之最小化。

捏合区30A可以包括中性区或反向区之一或它们的组合，因此可以根据原料的状态或性质选择性地采用。

另外，在本发明中，由于螺杆30还可以包括子捏合区30B，因此可以形成额外的密封膜。因此，在尽可能有效地防止水蒸气回流的同时，可以尽可能多地通过排气部40排出水蒸气。

另外，在本发明的挤出机中，由于原料中包含的水分在挤出的同时通过排气部40排出，因此可以通过子排气部50尽可能多地排出原料中包含的杂质(残留单体等)。

此时，本发明的挤出机可以是用于挤出热塑性树脂的设备。该热塑性树脂可以是可以通过挤出机被粒化的热塑性树脂，并且作为具体示例，可以是二烯基接枝共聚物。作为更具体的例子，二烯基接枝共聚物(diene-based graft copolymer)可以是丙烯腈基丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene)接枝共聚物。

二烯基接枝共聚物通常通过乳液聚合法来制造，并且以胶乳状态获得，其中完全聚合的二烯基接枝共聚物的胶状颗粒分散在用作分散介质的水中，即，处于含有水分的固态。随后，通过对已经以胶乳状态获得的二烯基接枝共聚物进行聚集、脱水和干燥的步骤而以干燥粉末的形式获得二烯类接枝共聚物。然而，以干粉形式获得的二烯基接枝共聚物存在的问题是由于长时间存放时干粉之间的聚集和凝结而发生结块现象。

然而，本发明的挤出机可以在挤出的同时有效地从含有水分的固体原料中去除水分。因此，在通过使用本发明的挤出机挤出二烯基接枝共聚物的情况下，无需干燥以胶乳状态得到的二烯基接枝共聚物，可以直接挤出脱水的二烯基接枝共聚物。

此外，通过使用本发明的挤出机挤出的二烯基接枝共聚物的堆积密度高于干粉的堆积密度，因此可以防止在长时间存放时发生结块现象。

如上所述，本发明的挤出机可以更有效地获得热塑性树脂、作为具体示例的二烯基接枝共聚物以及作为进一步具体示例的丙烯腈基丁二烯苯乙烯接枝共聚物。

尽管通过具体实施例和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且本发明所属领域的技术人员可以在本发明的技术思想范围和所附权利要求的等同范围内做出各种改变和修改。

[附图标记说明]

10：料筒

20：料斗

30：螺杆

40A：狭槽部

40B：子狭槽部

50：子排气部

60：加热器部

Claims (13)

1.一种挤出机，所述挤出机被配置为挤出含有水分的固体原料，所述挤出机包括：

料筒，所述料筒在纵向方向上具有中空管形状，其中，料斗耦接到所述料筒的一侧，原料被送入所述料斗中，排出口设置在所述料筒的另一侧，脱水的原料通过所述排出口排出；

棒状螺杆，所述棒状螺杆在其外周面上设置有螺纹，使得所述螺杆被安装在所述料筒内，以在沿一个方向轴向旋转的同时将送入所述料斗中的原料输送到所述排出口；

排气部，所述排气部设置在所述料斗与所述排出口之间的一点处以将在所述料筒内产生的水蒸气排出到外部；以及

加热器部，所述加热器部安装在所述料筒上以加热所述原料，

其中，通过所述料斗引入所述料筒中的所述原料在通过所述螺杆在所述料筒内输送的同时，被所述加热器部逐渐加热，

形成在所述螺杆上的捏合区，在所述捏合区中压缩通过所述螺纹输送的所述原料，并且

由于所述原料在所述料筒内熔化，使得所述原料的至少一部分相变为液态，控制所述加热器部的加热温度和所述螺杆的轴向旋转速度，从而在所述捏合区中由相变的所述原料形成遮蔽所述料筒的内部横截面的密封膜。

2.根据权利要求1所述的挤出机，其中，所述捏合区设置在所述排气部与所述料斗之间。

3.根据权利要求2所述的挤出机，其中，所述捏合区与所述排气部之间的距离小于所述料筒的直径的三倍。

4.根据权利要求2所述的挤出机，其中，所述捏合区与所述料斗之间的距离大于所述料筒的直径的五倍。

5.根据权利要求2所述的挤出机，其中，所述螺杆包括：

第一正向区，在所述第一正向区中，所述螺纹设置为在轴向旋转时将从所述料斗送入的所述原料朝向所述排出口输送；

所述捏合区，在所述捏合区中，所述螺纹设置为在轴向旋转时压缩从所述第一正向区输送来的所述原料；以及

第二正向区，在所述第二正向区中，所述螺纹设置为在轴向旋转时将通过所述捏合区的所述原料朝向所述排出口输送。

6.根据权利要求5所述的挤出机，其中，所述捏合区包括中性区，在所述中性区中，所述螺纹设置在所述棒状的所述外周面上以促使所述原料在原位旋转。

7.根据权利要求5所述的挤出机，其中，所述捏合区包括反向区，在所述反向区中，所述螺纹设置在所述棒状的所述外周面上，以沿着与通过设置在所述第一正向区中的所述螺纹输送所述原料的方向相反的方向输送所述原料。

8.根据权利要求5所述的挤出机，其中，所述捏合区通过将所述中性区与所述反向区连接而构成，在所述中性区中，所述螺纹设置在所述棒状的所述外周面上以促使所述原料在原位旋转，在所述反向区中，所述螺纹设置在所述棒状的所述外周面上，以沿着与通过设置在所述第一正向区中的所述螺纹输送所述原料的所述方向相反的方向输送所述原料，

其中，所述中性区连接到所述第一正向区，并且所述反向区连接到所述第二正向区。

9.根据权利要求5所述的挤出机，其中，所述螺杆还包括子捏合区，在所述子捏合区中，所述螺纹设置为在轴向旋转时再次压缩从所述第二正向区输送来的所述原料。

10.根据权利要求9所述的挤出机，其中，所述子捏合区与所述排气部之间的距离大于所述料筒的直径的三倍。

11.根据权利要求9所述的挤出机，其中，所述螺杆还包括：

第三正向区，在所述第三正向区中，所述螺纹设置为在轴向旋转时将通过所述子捏合区的所述原料朝向所述排出口输送；以及

子排气部，所述子排气部被配置为将所述原料中包含的杂质排出到外部，并且被设置在所述料筒中形成有所述第三正向区的范围内。

12.根据权利要求11所述的挤出机，其中，所述子捏合区与所述子排气部之间的距离小于所述料筒的直径的三倍。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的挤出机，还包括粉碎装置，所述粉碎装置被配置为将从所述料筒的所述排出口排出的所述原料粉碎。

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