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雙螺桿擠出機(jī)的擠出過(guò)程詳解（一）

來(lái)源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2013-08-14 10:24:30點(diǎn)擊率：

　　【塑膠五金網(wǎng)】(1) 概況

　　與單螺桿擠出機(jī)的擠出過(guò)程相比，嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)的擠出過(guò)程更為復(fù)雜、多 變，因?yàn)橛绊戇@一過(guò)程的因素更多，如加料量、螺桿構(gòu)型、螺桿嚙合、操作條件 (溫 度、螺桿轉(zhuǎn)速) 等。

　　圖3-16列出了物料自加料口加入到離開(kāi)雙螺桿，物料在螺桿機(jī)筒中經(jīng)歷的擠出過(guò) 程。該擠出過(guò)程包括加料段、熔融段、熔體輸送段、混合段、對(duì)空排氣段、均化段、真 空排氣段、計(jì)量段。在熔體輸送段還可以將添加物加入。當(dāng)然，并非每一種擠出過(guò)程都 必須包括這些階段，有的還要多一些，有的則少一些，但基本上包括這些階段。

　　圖3-16 物料在擠出過(guò)程中經(jīng)歷的各階段

　?、僭诩恿隙?(也稱固體輸送段)，物料由計(jì)量加料器加入機(jī)筒加料口下方的螺桿 后，螺槽并不是全充滿的，有一個(gè)充滿度 (小于1)，物料呈固體狀態(tài)。這一段的螺桿 基本上由正向輸送螺紋元件組成，但螺紋導(dǎo)程可由大到小，以提高物料對(duì)螺槽的充 滿度。

　?、谖锪线M(jìn)入熔融段后，在機(jī)筒加熱器傳給機(jī)筒的熱量和螺桿元件 (捏合盤(pán)) 對(duì)物 料的擠壓、剪切所產(chǎn)生的熱量作用下，物料開(kāi)始熔融，在通過(guò)該段后，基本變?yōu)槿垠w。 這一段物料的充滿度比固體輸送段高，有壓力產(chǎn)生，耗費(fèi)的能量 大。

　?、劢酉聛?lái)物料進(jìn)入熔體輸送段，由熔融段輸送過(guò)來(lái)的殘留固相 熔融變?yōu)槿垠w。 該段的螺桿由大導(dǎo)程的正向輸送螺紋元件組成，物料的充滿度低 (小于1)，未建立壓 力，故可在此段將要添加的物料 (聚合物或添加劑) 加入 (用側(cè)加料器或垂直加料器 加入)。

　　在熔體輸送段加入的物料和熔體一起進(jìn)入由捏合塊組成的混合段，進(jìn)行混合 (分 布混合和分散混合)。

　?、茉诨旌隙蜗掠尉o接著對(duì)空排氣段，該段由大導(dǎo)程的正向輸送螺紋元件組成，混合 物對(duì)螺槽的充滿度低 (小于1)，故有較大的自由表面積可將上游物料熔融、混合時(shí)產(chǎn) 生的氣體和側(cè)加料器加入物料時(shí)帶入的氣體在大氣壓下排到空氣中去。

　　⑤物料進(jìn)入對(duì)空排氣段下游的均化段后，在捏合塊剪切作用下對(duì)混合物各組分進(jìn)行 均化 (主要是分布混合，但對(duì)仍未分散的組分亦繼續(xù)進(jìn)行分散混合)，使各組分混合 均勻。

　?、拊诰蜗掠尉o接的真空排氣段中，對(duì)殘留在物料中的氣體，進(jìn)一步強(qiáng)制排氣， 這一段的螺桿是由大導(dǎo)程的正向輸送螺紋元件組成，物料的充滿度低 (小于1)，有較 大的自由表面積，利于排氣。

　?、咴谟?jì)量段，由于螺桿的導(dǎo)程變小，熔體對(duì)螺槽的充滿度變大 (等于1)，故建立 起壓力，以便 將已混合的物料由口模擠出造粒。

　　以上是物料在擠出過(guò)程中經(jīng)歷的各個(gè)階段。在不同階段 (有不同螺桿構(gòu)型相對(duì) 應(yīng))，物料的物理狀態(tài)、充滿度、消耗的能量、建立的壓力和溫度分布都是不同的。因 而我們可以用這些參量來(lái)描寫(xiě)擠出過(guò)程。根據(jù)物料在擠出過(guò)程中物理狀態(tài)的變化，我們 可將其劃分為固體輸送、熔融、熔體輸送、混合、排氣等幾個(gè)典型階段，這和單螺桿擠 出過(guò)程有點(diǎn)類似。下面將分別討論。

　　(2) 螺桿組合

　　雙螺桿擠出機(jī)的螺桿是積木式組合方式，關(guān)于整根螺桿的組合應(yīng)根據(jù)具體配方、物 料特性、混合要求、操作條件來(lái)進(jìn)行選擇。

　　下面舉例說(shuō)明針對(duì)不同使用要求，如何進(jìn)行螺桿(機(jī)筒) 元件組合。

　　首先要確定螺桿全長(zhǎng)由幾段組成。所謂幾段，可用加料口、排氣口來(lái)劃分。若只 有一個(gè)加料口，而無(wú)第二加料口或排氣口，則可視為一段。若有兩個(gè)加料口或一個(gè) 排氣口及一個(gè)加料口，則視為兩段，依此類推。究竟用幾段，要根據(jù)混合工藝的要 求確定。

　　例1： 在一種樹(shù)脂中加入固體填料，進(jìn)行填充改性，而又不需要排氣，則一般要一 個(gè)加料口，這時(shí)可把螺桿、機(jī)筒的組合視為一段組合。但也有例外，如填料對(duì)機(jī)筒磨損 嚴(yán)重，也可考慮用兩個(gè)加料口， 個(gè)加料口加入樹(shù)脂，第二個(gè)加料口加入填料，即當(dāng) 樹(shù)脂熔融后再將填料加入，這樣熔體可把固體填料潤(rùn)濕包覆，使之不直接與螺桿、機(jī)筒 接觸，而減少后者的磨損。若加入的填料量很大，難以自一個(gè)加料口完全加入，也可考 慮用第二個(gè)加料口，甚至采用側(cè)加料口。

　　例2： 將兩種黏度不同的樹(shù)脂進(jìn)行共混制作塑料合金。需要知道兩種組分配比。 若低黏度的物料占百分?jǐn)?shù)少，可用一個(gè)加料口，即采用一段; 若兩組分占的百分比 接近相等，則可用兩個(gè)加料口，在 加料口將高黏度的物料加入，在其接近熔融 處設(shè)置第二加料口，將低黏度的物料以較高的速率加入。如果低黏度的物料占的比 例很高，甚至可用三個(gè)加料口。這是考慮到，較高比例的低黏度的物料若與高黏度 物料一起自 加料口加入，則前者猶如潤(rùn)滑劑，會(huì)阻止剪切元件把能量輸入給高 黏度物料，使之不能熔融。采用上述方法是制作共混物時(shí)常遵循的等黏度原則的具 體應(yīng)用。

　　例3： 如果是將可熔融的樹(shù)脂和不可熔融的橡膠進(jìn)行共混，選定幾個(gè)加料口 (或螺 桿分幾段) 要看具體情況。橡膠含量很少，可用兩個(gè)或多個(gè)加料口。如果橡膠含量大， 可用1 ～2個(gè)加料口。若橡膠含量少，橡膠分散很難，因?yàn)橐讶蹣?shù)脂的黏度下降很快。 為了使橡膠分散，全部橡膠和部分樹(shù)脂應(yīng)在 加料口加入，其余的樹(shù)脂則在下游加料 口加入。

　　在段數(shù)確定后，即可進(jìn)行每一段各種螺桿元件的選擇和組合。由于各段在整個(gè)擠出 過(guò)程中起的作用不同，故各段的組合也應(yīng)有所不同。現(xiàn)以具有兩個(gè)加料口和一個(gè)排氣口 的三段組合為例來(lái)分析一下是如何進(jìn)行組合的。

　　 段： 這一段的主要作用是將樹(shù)脂熔融塑化。螺桿一開(kāi)始的部位對(duì)應(yīng) 加料 口，這里的螺紋元件的螺距大，槽深，螺槽容積應(yīng) 大 (大于以后各段螺紋元件)，以 容納自計(jì)量加料器加入的低松密度的物料。緊接著的下一段螺桿應(yīng)逐漸將松散的物料壓 實(shí)，故應(yīng)采用螺槽容積逐漸變小的螺紋元件 (通過(guò)變距、變槽深、變螺棱寬度等辦 法)，如果在這一段還需對(duì)物料進(jìn)行混合，則可加一段齒形螺紋元件，其后再接一段等 距等深的正向螺紋元件，以建立壓力。在正向螺紋元件之后可接一組捏合盤(pán)，目的在于 促進(jìn)物料的熔融塑化 (物料在此應(yīng)基本熔融塑化)，若接反向螺紋元件，目的在于熔 融、建立壓力并形成密封，以利于在后面的第二加料口加料。

　　第二段： 其主要功能在于加入第二組分(如玻璃纖維和第二種樹(shù)脂等)，并將其與 由 加料口加入的物料混合。這一段開(kāi)始的螺紋元件對(duì)準(zhǔn)第二加料口，應(yīng)當(dāng)具有較大 的螺槽容積，使螺槽中的物料處于半充滿的無(wú)壓狀態(tài)，以利于物料的加入。其后可接輸 送元件，再接齒形元件或反螺紋元件或捏合盤(pán)元件 (其錯(cuò)列角所形成的螺旋方向可為 正向或反向)，以利于由兩個(gè)加料口加入物料的混合和在其后的排氣口之前建立高壓， 形成密封。

　　第三段： 其主要功能在于排氣，進(jìn)一步混合， 定壓、定量、定溫地將混合好的 物料由口模擠出。這一段的開(kāi)始是對(duì)著排氣口的螺紋元件，它的螺槽容積應(yīng)當(dāng)大，以利 于表面更新。排氣口的下游，可接正向螺紋輸送元件，但螺距應(yīng)逐漸變小 (即使螺槽 容積變小)，以使物料逐漸充滿螺槽，建立壓力。如果還需要進(jìn)一步增強(qiáng)混合效果，可 組合一段齒形元件或捏合盤(pán)元件。在螺桿的 區(qū)段，應(yīng)是等距等深的正向輸送螺紋元 件，以便 定量、定壓、定溫地將物料輸送至口模。

　　以上是一般的螺紋元件組合原則。雙螺桿螺紋元件組合是一項(xiàng)非常復(fù)雜、多因素、 多條件的經(jīng)驗(yàn)型技術(shù)工藝，要結(jié)合各種原料、工藝、溫度、環(huán)境等條件進(jìn)行探索。但 是，螺桿組合的科學(xué)合理會(huì)提高混合效果和產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低能耗、延長(zhǎng) 設(shè)備使用壽命。所以，螺桿元件組合在共混改性工藝生產(chǎn)中的重要性應(yīng)引起設(shè)備制造廠 商和應(yīng)用者的高度重視，不斷探索創(chuàng)新，為節(jié)能降耗、提高質(zhì)量、擴(kuò)大產(chǎn)量發(fā)揮重要的作用。

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