改变塑料工业的50大创新:No.14-分离型螺杆(Barrier Screw)

Union Carbide的Maddock对单螺杆的熔融机理进行了大量实验研究,并于1956年将其研究结果公开发表,熔融机理自此得以揭示。之后便出现了分离型螺杆,这难道是个巧合?从笔者的角度看,分离型螺杆的出现恰证明了从机理出发进行工程创新是完全可行的。结合国内塑料加工机械的发展来看,如果我们想摆脱低价竞争的局面,应当思考如何针对特定应用进行加工过程的机理研究,方可形成自己的技术优势,并进入高利润的市场。

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1959年,为提高单螺杆挤出机的产量并改善熔体质量,分离型螺杆应运而生。通过增加下流螺棱与机筒的间隙,分离型螺杆可以使熔体从主螺槽进入副螺槽,而未熔融的塑料粒子则仍留在主螺槽中,从而避免了未熔融的塑料粒子随机进入螺杆计量段。在确保熔体质量的情况下,挤出过程得以在高压和高产量的情况下进行。

分离型螺杆的开发充分体现了技术发展领域的竞争激烈性。作为始创者的Dr.C.E.Maillefer,于1959年申请了瑞士专利并获得授权(专利号#8253559)。之后,他于1960年又申请了美国专利,但该专利直到7年后的1967年12月19日才获得授权(专利号#3358327)。

与此同时,1961年,Uniroyal 公司的Paul Geyer申请并获得了另一个分离型螺杆的美国专利(专利号#3375549)。1966年,一个名为P.K.Lacher的专利律师代表NRM公司取得加长型分离段的美国专利( #3271819)。

这些公司竞相争夺该项技术的美国专利,Uniroyal成为最终的获胜者,并对美国几乎所有的设备商和螺杆制造商进行授权。NRM的称为Plastiscrew的版本,主要用于作为分散混合段。Maillefer螺杆则主要在欧洲应用。

1972年3月21日,Robert Dray获得自行设计的分离型螺杆的美国专利授权(专利号#3650652),其采用大导程并且保持主螺纹的螺棱宽度不变(Maillefer, NRM和Uniroyal的设计中主螺纹的螺棱宽度逐渐变小),从而增大了熔融面积。该专利授权给了Feed Screws和Owens-Brockway公司。现在,基于该设计的各种螺杆仍然在广泛使用。

两个几乎同时申请的专利中涉及到另外一种分离型螺杆设计:平行的主副螺槽其槽深交替变化,但保持导程恒定。其中之一是1971年六月,Midland-Ross公司的Robert Barr申请的的螺槽深度交替变化的设计(美国专利,#3698541,Oct.17, 1972)。而在此之前两个月,德国Barmag Barmer公司的总裁 H.Schippers申请了一个相似的专利:主螺槽逐渐变浅而副螺槽逐渐加深的设计。该专利在Barr的专利授权后两周(1972年10月31日)也获得了授权。

Barmag公司没有申请美国专利,Barr则对其槽深交替变化的设计进行了改进。Dr. C.I. Chung获得了主副螺纹相互变换的美国专利(#4000884, July 25, 1975)。HPM公司的George Kruder获得了双波纹设计的专利,但其主要用于作为混合元件。

到了20世纪80年代早期,分离型螺杆在吹膜之类的应用领域非常流行,因为其要求在保证熔体质量的同时,实现低温挤出和高产量。现在,许多分离型设计中也引入混合段,以实现最佳的挤出质量。在注射成型中,分离型螺杆降低了计量时间,并提高了熔体质量。

(来源:Plastics Technology)

译者-Kimmy 微信公众号:聚合物加工成型 授权高分子网(gaofenzi.org)发布。

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