PVC型材配方設(shè)計與加工工藝(二、三)

1、PVC型材配方設(shè)計與加工工藝（二、三）王佩璋配混料中應(yīng)注意的問題樹脂在加工中要加入各種助劑以改善的性能，以適應(yīng)加工和制品性能的需要。生產(chǎn)塑料門窗型材時一般要加入：熱穩(wěn)定劑、加工改性劑、沖擊改性劑、潤滑劑、光穩(wěn)定劑、填充劑和色料等。雖然助劑的加入量是樹脂的到，但它們各自所起的作用是十分重要的，可以說缺一不可，而且加入量的變化對加工和最終產(chǎn)品的性能影響很大。因此，不僅配料中要稱量準(zhǔn)確而且混料過程中要混合均勻，達(dá)到物料的一致性。物料的配制物料的配制過程主要包括配料、熱混、冷混、輸送、貯藏。其方法有人工配料、人工運輸?shù)男∫?guī)模生產(chǎn)方式和自動配料、自動輸送的大規(guī)模生產(chǎn)方式。近幾年，我國硬異型材擠出行業(yè)進入

2、了高速發(fā)展期，企業(yè)的規(guī)模不斷擴大，年產(chǎn)在萬噸的企業(yè)，如采用人工配料的物料處理方法已不能滿足大批量生產(chǎn)的需要，物料處理自動化已成普遍使用的方式。物料處理的自動化方式一般適合生產(chǎn)能力在噸以上的型材生產(chǎn)專業(yè)廠，其勞動強度低，生產(chǎn)環(huán)境好，可避免人為的誤差，但是投資大，系統(tǒng)維護費用高，系統(tǒng)清理困難，不適合配方的頻繁變動，尤其是色彩的變化。生產(chǎn)能力噸以下的企業(yè)多采用人工配料、運輸、混料的方式。人工配料最大的問題是勞動強度高，配料、混合中形成粉塵污染，但投資小，生產(chǎn)靈活。物料處理的自動化是指以電腦控制的自動配料系統(tǒng)為核心，輔以氣力輸送，再與熱、冷混合機相組合構(gòu)成一套完整的配料、混料生產(chǎn)線。這項技術(shù)從世紀(jì)年代

3、中期引入我國，并在一些有一定規(guī)模的大企業(yè)中應(yīng)用。這種技術(shù)的優(yōu)點在于配料精度高、生產(chǎn)效率高、污染少，能滿足大批量擠出生產(chǎn)的需要。目前我國已有一些工廠能生產(chǎn)這種電腦控制的自動配料系統(tǒng)。配料是混料的前道工序。配料的關(guān)鍵就是一個“準(zhǔn)”字。在塑料門窗型材生產(chǎn)的大型現(xiàn)代企業(yè)中，配料大都采用了電腦控制的多組分自動稱量計量系統(tǒng)。比較廣泛采用的是稱重計量方式，根據(jù)不同的稱重方法，又可分為分批次累加計重、失重式計重和流動過程物料的連續(xù)計重三種。而分批次累加計重方式與混合工藝中要求的分批次加料混合的工作方式非常諧調(diào)，最適合的配混，所以在型材生產(chǎn)中采用的較多。分批次累加計重的原理示意圖見圖。圖1 自動分批次累加計重的

4、原理示意圖1-料斗 2-電動螺桿加料器 3-氣動閥門 4-稱重料斗5-質(zhì)量傳感器 6-計算機控制系統(tǒng) 7-高速捏合機自動稱重控制器包括稱重料斗、質(zhì)量傳感器和計算機控制系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心，其主要功能有：將傳感器的電信號還原為質(zhì)量數(shù)值顯示在屏幕上輸入計算機中；根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)要求對系統(tǒng)中的電機、閥門等進行邏輯控制（控制每一種助劑的加入量）。接受其它部分的控制信號達(dá)到聯(lián)動，或者將自身的稱重數(shù)據(jù)及時送到主控計算機進行處理。人工配料是中小型工廠使用的方法，由于配料工序是一個非常重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，配料的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到正常生產(chǎn)和產(chǎn)品的質(zhì)量，各個工廠都根據(jù)自己的實際情況制定了相應(yīng)的操作工藝和質(zhì)量控制措施。

5、人工配料工序應(yīng)注意：、上崗前人員必須進行培訓(xùn)，考核合格后才能上崗，培訓(xùn)應(yīng)包括技能和職業(yè)道德的培訓(xùn)。人員應(yīng)保持相對穩(wěn)定。、每次操作前必須認(rèn)真檢查計量器具的準(zhǔn)確度，定期進行計量鑒定。、做好操作前的準(zhǔn)備工作，包括各種助劑的開包、檢驗、碼放整齊、盛裝袋的準(zhǔn)備以及衛(wèi)生環(huán)保器具、使用工具的準(zhǔn)備。、操作應(yīng)按所指定的程序和規(guī)程進行。例如：采用幾個配料員，每人負(fù)責(zé)種助劑流水作業(yè)的方法，先稱哪種再稱哪種，稱量的精度都應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程執(zhí)行。、操作過程中應(yīng)該精神集中，不得聊天或做其它事。、嚴(yán)格配料質(zhì)量的檢驗制度，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)逐件進行檢驗，不合格的一律不得送到混料工序使用。一般是復(fù)核總重，即總重量應(yīng)在允許范圍內(nèi)。、注意

6、工作場地的衛(wèi)生、環(huán)境，通風(fēng)，照明條件。注意配料人員的身體健康?；?料 工 序混料是將樹脂與熱穩(wěn)定劑、改性劑、潤滑劑、填充劑色料等助劑混合均一化的過程。使用的設(shè)備主要是高速捏合機、冷卻攪拌機。過程并不復(fù)雜，但混合的質(zhì)量直接影響正常生產(chǎn)和制品的質(zhì)量?；旌系倪^程是依靠機械力作用在物料上產(chǎn)生的相互之間的摩擦力、剪切力使物料細(xì)化、升溫，使一些助劑熔化，包覆在樹脂表面。樹脂在剪切、摩擦作用下細(xì)化，在溫度作用下表面呈現(xiàn)松軟、多孔狀，將助劑吸附在表面并達(dá)到均一化，溫度進一步升高，顆粒表面熔化，顆粒的密度增大。過程如圖所示。圖2 PVC樹脂和助劑混合狀態(tài)示意圖1-PVC樹脂 2、3-助劑混合的過程是在高速混合機

7、中進行的，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側(cè)面對物料的推力使物料沿葉輪切向運動。同時，由于離心力的作用，物料被拋向混合室內(nèi)壁，并且沿壁面上升，升到一定高度后，由于重力的作用，又回落到葉輪中心，接著又被拋起，如此往復(fù)。由于葉輪轉(zhuǎn)速很高，物料運動速度很快，快速運動著的粒子間相互碰撞、摩擦，使得團塊破碎，物料溫度相應(yīng)升高，同時迅速地進行著交叉混合，這些作用促進了組分的均勻分布和對已熔化成液態(tài)添加劑的吸收。高速混合機的效率較高，所用時間遠(yuǎn)比型捏合機短，通常一次混合時間只需分鐘，物料溫度隨攪拌摩擦升高的很快，在分鐘溫度升至，一般是通過控制物料溫度來控制混料時間，溫度控制在出料，將物料迅速放入冷卻攪

8、拌機。 物料進人冷混機后，在緩慢轉(zhuǎn)動的攪拌槳作用下，可進行徑向和部分軸向的混合，使接觸冷卻夾套的冷料與遠(yuǎn)離冷卻表面的熱料相混合，進行有效的熱交換，使物料的溫度降低。料溫降至以下時，即可由排料口出料。冷混機的容積一般應(yīng)為高混機的兩倍以上。這樣可保證混料工序的連續(xù)性，利于獲得均一的干混料。 干混料制備過程應(yīng)嚴(yán)格控制工藝參數(shù)。有的廠家往往僅注意原料的質(zhì)量、配方，以及擠出成型加工過程的工藝控制，而對于混料制備工藝重視不夠。實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的許多產(chǎn)品質(zhì)量波動，卻都因干混料制備工藝控制不嚴(yán)或不合理造成的?；旌瞎ば驊?yīng)注意以下問題：原料的準(zhǔn)備樹脂應(yīng)有均勻的顆粒度，適當(dāng)?shù)南鄬Ψ肿淤|(zhì)量范圍，內(nèi)部應(yīng)多孔，質(zhì)量應(yīng)符合國

9、家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該使用疏松型樹脂。樹脂的含水量須符合生產(chǎn)要求，否則會加大在高速混合時排汽的難度。各種助劑，特別是鉛鹽穩(wěn)定劑和皂類穩(wěn)定劑，顆粒應(yīng)極細(xì)，有效成分的含量應(yīng)穩(wěn)定并合乎一級品的標(biāo)準(zhǔn)。助劑的含水量要低，否則應(yīng)預(yù)先干燥處理。高速混合機加料量的確定高速混合機的加料量應(yīng)能在保證混合溫度的前提下，盡量提高生產(chǎn)效率。物料的體積為混合器空容積的以下時，摩擦生熱較小。當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的混合溫度（如），需要以上；加料量占時，達(dá)到該溫度則僅為；加料量在以上時，混合效果開始變差，升溫速度也不再明顯，混合機電機電流過大。因此，將加料量控制在混合室空容積的為宜。例如：樹脂的表觀密度是；對于的高速捏合機的加入量應(yīng)是 ×

10、;× 樹脂。為了操作方便一般加入袋（×）樹脂和所配合的各種助劑（），總重量為比較合適。高速混合機出料溫度的選擇研究結(jié)果表明，樹脂顆粒在強力攪拌下，料溫在以下時，結(jié)團的粉粒和較大的顆粒被磨擦，沖擊顆粒粉碎變小，這時干混料的表觀密度變化不大而樹脂顆粒變小。料溫在以上至左右（隨配方而變）時，樹脂顆粒膨脹變大（玻璃化溫度附近熱膨脹系數(shù)較大），顆粒尺寸趨于均勻，顆粒的平均尺寸與未混合的樹脂顆粒相近；同時，由于顆粒吸收了助劑，干混料的表觀密度迅速增加。料溫在以上（具體溫度隨配方而變），樹脂顆粒尺寸減小而干混料表觀密度仍在提高，在顯微鏡下可看到部分顆?；蝾w粒表層變成半透明狀，說明顆粒內(nèi)的

11、孔隙在減小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于緊密。樹脂顆粒的變大和均勻有利于干混料的流動，對輸送有利；表現(xiàn)密度提高，有利于擠出成型產(chǎn)量的提高和減小排氣量，對提高制品的密實度有利。同時，料溫在以上時，有利于物料中的水汽排除，所以高速混合的溫度一般設(shè)在。使用液態(tài)穩(wěn)定劑，同時物料含水率又很低時，熱混溫度可設(shè)置在較低的溫度范圍，如，但不可低于。使用固態(tài)穩(wěn)定劑或物料含水率稍高時，熱混溫度宜在；助劑中含有促進塑化的加工改性劑和內(nèi)潤滑劑時，熱混溫度可取下限。助劑中有推遲塑化、降低摩擦的鉛鹽和外潤滑劑較多時，宜取上限。但在實際操作中應(yīng)特別注意儀表所顯示的溫度與實際物料溫度的差別，應(yīng)經(jīng)常定期校正儀表顯示，以免造成質(zhì)量事故。高速混合

12、時各種助劑的加料順序硬配方的組分很多，加料順序應(yīng)嚴(yán)格遵守。所選擇的加料順序應(yīng)有利于助劑作用的發(fā)揮，避免助劑的不良協(xié)同效應(yīng)，還要有利于提高混合分散速度。穩(wěn)定劑宜在樹脂加入后或與樹脂同時加到熱混機中，以便與樹脂及早均勻混合在升溫中發(fā)揮出穩(wěn)定作用。皂類穩(wěn)定劑和內(nèi)潤滑劑宜隨后加入，以便熔化，充分滲入樹脂內(nèi)部。蠟類外潤滑劑宜在料溫接近出料溫度時最后加入，如在加入，以免蠟類干擾其它助劑的分散，避免樹脂顆粒表面摩擦系數(shù)降低，自摩擦生熱速度降低，延長混合時間。填料對助劑有吸收作用，而且一般用量較大，應(yīng)在加入外潤滑劑之前或與外潤滑劑一起加入。以使助劑先在樹脂中得以分散，減少填料對助劑的吸收。同時也可減小熱混機的

13、磨損。加工改性劑應(yīng)在蠟類加入之前，穩(wěn)定劑加入之后加入?？箾_擊改性劑可與樹脂一并加到熱混機中，特別是對具有熱分解傾向的改性劑，如。加工改性劑是較細(xì)的粉末，攪拌中粉塵較大也容易隨排氣跑掉，所以一般選擇在高混后期，物料溫度較高，粘度較大時加入，盡量減少損失。液體的助劑應(yīng)在攪拌進行中緩緩加入?？傊?，助劑的加料順序以應(yīng)盡可能發(fā)揮助劑功效，避免助劑之間的相克相消，提高助劑的相輔相成效果為宜。、建議加料順序如下：（鉛鹽穩(wěn)定劑系列配方為例）（）在低轉(zhuǎn)速下將樹脂加到混合鍋中。（）在下，在高速轉(zhuǎn)速下，將穩(wěn)定劑及皂類加到樹脂中。（）在左右，于高轉(zhuǎn)速下將加工改性劑，內(nèi)潤滑劑、顏料以及抗沖擊改性劑加到料中。（）在左右，

14、于高轉(zhuǎn)速下，加入填料。（）在，在高轉(zhuǎn)速下，加入外潤滑劑如蠟類。（）在，低轉(zhuǎn)速下排物料送入轉(zhuǎn)動著的冷混機中。（）在以下，冷混機中排物料。（）過篩，計量，裝袋，儲藏待用。、簡化的加料順序如下：（鉛鹽穩(wěn)定劑系列配方，以下混合機人工加料）（）在啟動電機前將樹脂和熱穩(wěn)定、抗沖擊改性劑加到混合鍋中，蓋好蓋。（）低速啟動電機，正常后進入高速混合。（）在左右時，于高轉(zhuǎn)速下將加工改性劑、內(nèi)潤滑劑、顏料、以及填料加到料中。（）在左右時，在高轉(zhuǎn)速下加入外潤滑劑（如蠟類）。（）在時，低轉(zhuǎn)速下排料送入轉(zhuǎn)動著的冷混機中。（）在降至以下時，冷混機排料。（）過篩、計量、裝袋，儲存待用。單、雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)特點和工作原理的差異

15、擠出成型工藝是聚合物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)品種最多、變化最多、生產(chǎn)率高、適應(yīng)性強、用途廣泛、產(chǎn)量所占比重最大的成型加工方法。擠出成型是使高聚物的熔體（或粘性流體）在擠出機螺桿的擠壓作用下通過一定形狀的口模成型，制品為具有恒定斷面形狀的連續(xù)型材。擠出成型工藝適合于所有的高分子材料。幾乎能成型所有的熱塑性塑料，也可用于熱固性塑料，但僅限于酚醛等少數(shù)幾種熱固性塑料。塑料擠出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、單 絲、線纜包覆層、各種異型材以及塑料與其它材料的復(fù)合物等。目前約的熱塑性塑料制品是通過擠出成型的。此外擠出工藝也常用于塑料的著色、混煉、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以擠出成型為基礎(chǔ)，配合吹脹、拉伸

16、等技術(shù)，又發(fā)展為擠出一吹塑成型和擠出拉幅成型制造中空吹塑和雙軸拉伸薄膜等制品?？梢姅D出成型是聚合物成型中最重要的方法。擠出設(shè)備有螺桿擠出機和柱塞式擠出機兩大類，前者為連續(xù)式擠出，后者為間歇式擠出，主要用于高粘度的物料成型，如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯。螺桿擠出機可分為單螺桿擠出機和多螺桿擠出機。單螺桿擠出機是生產(chǎn)上最基本的擠出機。多螺桿擠出機中雙螺桿擠出機近年來發(fā)展最快，其應(yīng)用日漸廣泛。目前，在塑料門窗型材的加工中，雙螺桿擠出機已成為主要生產(chǎn)設(shè)備，單螺桿擠出機將被逐步淘汰。但在其它聚合物的擠出加工中，單螺桿擠出機仍占主導(dǎo)地位。二者有各自的特點：單螺桿擠出機：結(jié)構(gòu)簡單，價格低。適合聚合物的塑化

17、擠出，適合顆粒料的擠出加工。對聚合物的剪切降解小，但物料在擠出機中停留時間長。操縱容易，工藝控制簡單。雙螺桿擠出機：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高。具有很好的混煉塑化能力，物料在擠出機中停留時間短，適合粉料加工。產(chǎn)量大，擠出速度快，單位產(chǎn)量耗能低。在塑料門窗型材生產(chǎn)中，采用雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機的生產(chǎn)工藝為見頁下）：可以看出，單螺桿擠出機適合粒料加工，使用的原料是經(jīng)造粒后的顆粒或經(jīng)粉碎的顆粒料。雙螺桿擠出機適合粉料加工，可以直接使用混合好的料，減少了造粒的工序，但多了廢料的磨粉工序。近幾年，國產(chǎn)雙螺桿擠出機的質(zhì)量已基本達(dá)到進口雙螺桿擠出機的水平，價格僅為進口機的。由于雙螺桿擠出機的產(chǎn)量大，擠出速度快，一

18、般可達(dá)到米分鐘，適合塑料門窗型材的大規(guī)模生產(chǎn)。而單螺桿擠出機一般只用作小型輔助型材生產(chǎn)，擠出速度僅為米分鐘，許多的型材加工廠已淘汰了單螺桿擠出機，改用雙螺桿擠出機一模多腔生產(chǎn)小型輔助型材。擠出機的基本工作原理是將聚合物熔化壓實，以恒壓、恒溫、恒速推向模具，通過模具形成產(chǎn)品熔融狀態(tài)的型坯。但單螺桿擠出機與雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)不同，工作原理不同，其控制的工藝條件也不相同。單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)特點單螺桿擠出機是由傳動系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分組成（另外還有一些輔助設(shè)備）。其中擠出系統(tǒng)是擠出成型的關(guān)鍵部位，對擠出的成型質(zhì)量和產(chǎn)量起重要作用。擠出系統(tǒng)主要包括加料裝置、料筒、螺桿、機頭和口模

19、等幾個部分（如圖所示）。下面僅就擠出系統(tǒng)討論擠出機的基本結(jié)構(gòu)及作用。PVC樹脂 稱量計量高速混合冷卻混合雙螺桿擠出機擠出冷卻定型 各種助劑 單螺桿擠出機造粒單螺桿擠出機擠出 牽引切割包裝型材產(chǎn)品 廢料粉碎與造粒料混合單螺桿擠出機擠出 磨粉與混合的粉料混合雙螺桿擠出機擠出圖3 單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)示意圖1-樹脂 2-料斗 3-硬合金襯套 4-熱電耦 5-機筒 6-加熱裝置7-機頭加熱器 8-多孔板 9-擠出熔體型坯 10-模具 11-模具連接體12-過濾網(wǎng) 13-螺桿 14-冷卻夾套、加料裝置擠出成型的供料一般采用粒狀料。加料裝置是保證向擠出機料筒連續(xù)供料的裝置，形狀如漏斗，有圓錐形和方錐形，亦稱料

20、斗。其底部與料筒連接處是加料孔，該處有截斷裝置，可以調(diào)整和截斷料流。在加料孔的周圍有冷卻夾套，用以防止料筒高溫向料斗傳熱，避免料斗內(nèi)塑料升溫發(fā)粘，引起加料不均和料流受阻情況發(fā)生。料斗的側(cè)面有玻璃視孔及標(biāo)定計量裝置。有些料斗還有防止塑料從空氣中吸收水分的預(yù)熱干燥真空減壓裝置，以及帶有能克服粉狀塑料產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象的攪拌器和能夠定時定量自動加料的裝置。、料筒料筒又叫機筒，是一個受熱受壓的金屬圓筒。物料的塑化和壓縮都是在料筒中進行的。擠出成型時的工作溫度一般在，料筒內(nèi)壓可達(dá)。在料筒的外面設(shè)有加熱和冷卻裝置。加熱一般分三至四段，常用電阻或電感加熱器，也有采用遠(yuǎn)紅外線加熱的。冷卻的目的是防止塑料的過熱或

21、停車時須對塑料快速冷卻以免塑料的降解。冷卻一般用風(fēng)冷或水冷。料筒須承受高壓，要求具有足夠的強度和剛度，內(nèi)壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐塑料摩擦使塑料過熱，同時讓螺桿表面溫度略低于料筒，防止物料粘附其上，利于物料的輸送。螺桿用止推軸承懸支在料筒的中央，與料筒中心線吻合，不應(yīng)有明顯的偏差。螺桿與料筒的間隙很小，使塑料受到強大的剪切作用而塑化并推動向前。螺桿由電動機通過減速機構(gòu)傳動，轉(zhuǎn)速一般為，要求是無級變速。（）螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)有直徑、長徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙等（見圖）其中長徑比（）對螺桿的工作特性有重大的影響。一般擠出機長徑比為，但近年來發(fā)展的擠出機有

22、達(dá)的，甚至更大。大，能改善塑料的溫度分布，能使混合更均勻，還可減少擠出時的逆流和漏流，提高擠出機的生產(chǎn)能力。過小，對塑料的混合和塑化都不利。因此，對于硬塑料、粉狀塑料要求塑化時間長，應(yīng)選較大的。 大的螺桿適應(yīng)性強，可用于多種塑料的擠出。但太大，熱敏性塑料會因受熱時間太長而出現(xiàn)分解，同時增加螺桿的自重，使制造和安裝都困難，也會增大擠出機的功率消耗。目前，以居多。圖 一般螺桿結(jié)構(gòu)（）螺桿的壓縮比螺桿的壓縮比是指螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段最后一個螺槽的容積之比，它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。越大，塑料受到擠壓的作用也就越大，排除物料中空氣的能力就大。但太大，螺桿本身的機械強度下降。

23、一般壓縮比在之間。壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，如粉狀塑料的相對密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應(yīng)大于粒狀塑料。另外擠出薄壁狀制品時，壓縮比應(yīng)比擠出厚壁制品的大。（）螺槽深度螺槽深度影響塑料的塑化及擠出效率，較小時，對塑料可產(chǎn)生較高的剪切速率，有利于傳熱和塑化，但擠出生產(chǎn)率降低。因此，熱敏性塑料宜用。大的深槽螺桿宜用熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的塑料。在實際生產(chǎn)中，根據(jù)工藝需要，螺槽深度往往是變化的，根據(jù)螺桿各段的功能不同，螺槽的深度不同，最通用的是漸變螺桿，如：加料段的螺槽深度是個定值，一般；壓縮段的螺槽深是漸變的，是一個變化值；均化段的螺槽深 是個定值，按經(jīng)驗 。螺旋角是螺紋與螺桿橫截面

24、之間的夾角，隨著的增大，擠出機的生產(chǎn)能力提高，但螺桿對塑料的擠壓剪切作用減少。出于機械加工的方便，取，則為。為最常用的螺桿。（）螺桿與料筒的間隙螺桿與料筒的間隙，其大小影響擠出機的生產(chǎn)能力和物料的塑化。值大，熱傳導(dǎo)差，剪切速率低，不利于物料的熔融和混合，生產(chǎn)效率也不會高。但小時，熱傳導(dǎo)和剪切率都相應(yīng)提高。但過于小，就易引起物料降解。單螺桿擠出機擠出過程和螺桿各段的功能 由高分子物理學(xué)知道，高聚物存在三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，在一定條件下，這三種物理狀態(tài)會發(fā)生互變。固態(tài)塑料由料斗進人料筒后，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)向機頭方向前進，在此過程中，塑料的物理狀態(tài)在不斷發(fā)生著變化。根據(jù)塑料

25、在擠出機中的三種物理狀態(tài)的變化過程及對螺桿各部位的工作要求，通常將擠出機的螺桿分成加料段（固體輸送區(qū)）、壓縮段（熔融區(qū)）和均化段（熔體輸送區(qū)）三段。對于常規(guī)漸變螺紋的螺桿來說，塑料在擠出機中的擠出過程可以通過螺桿各段的基本職能及塑料在擠出機中的物理狀態(tài)變化過程來描述，見圖。圖5 塑料在擠出機中的擠出過程、加料段塑料自料斗進入擠出機的料筒內(nèi)，在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下，由于料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前運動。在該段，螺桿的職能主要是將塑料壓實提供向前輸送的動力，物料仍以固體狀態(tài)存在，雖然由于強烈的摩擦熱作用，在接近末端時與料筒內(nèi)壁相接觸的塑料已接近或達(dá)到粘流溫度，固體粒子表面開始發(fā)粘，但熔融仍未開始。

26、這一區(qū)域稱為遲滯區(qū)，是指固體輸送區(qū)結(jié)束到最初開始出現(xiàn)熔融的一為粘流態(tài)。、均化段從熔融段進人均化段的物料是已全部熔融的粘流體。向前輸送的粘流體在機頭口模阻力下，一部分回流被進一步混合塑化，一部分被定量定壓地從機頭口模擠出。從以上單螺桿擠出機的工作原理不難看出，塑料在擠出機中塑化，向前擠壓流動，其主要動力來源于加料段的固體輸送，塑化的均勻程度很大程度是由于均化段的結(jié)構(gòu)和機頭模具的阻力所造成的回流。在改善螺桿混煉結(jié)構(gòu)上已經(jīng)有了許多新型的結(jié)構(gòu)，但其往往適合于熱穩(wěn)定性很好的聚合物，卻不適宜樹脂的生產(chǎn)，這就不一一介紹了。雙螺桿擠出機隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展，對高分子材料成型和混合工藝提出了越來越多和越來越高

27、的要求，單螺桿擠出機在某些方面就不能滿足這些要求。例如：用單螺桿擠出機進行填充改性和加玻璃纖維增強改性等，混合分散效果就不理想。另外，單螺桿擠出機尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應(yīng)聚合物加工中混合工藝的要求，特別是硬聚氯乙烯粉料的加工，雙螺桿擠出機自世紀(jì)年代后期在意大利開發(fā)出來以后，經(jīng)過半個多世紀(jì)的不斷改進和完善，得到了很大的發(fā)展。在國外，目前雙螺桿擠出機已廣泛應(yīng)用于聚合物加工領(lǐng)域，已占全部擠出機總數(shù)的。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機加工成型的。作為連續(xù)混合機，雙螺桿擠出機已廣泛用來進行聚合物共混、填充和增強改性，也有用來進行反應(yīng)擠出。近年來，高分子材料共混和反應(yīng)擠

28、出技術(shù)的發(fā)展進一步促進了雙螺桿擠出機數(shù)量和類型的增加。雙螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)與分類雙螺桿擠出機由傳動裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾個部分組成，各部件的作用與單螺桿擠出機相似。與單螺桿擠出機區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機中有兩根平行的螺桿置于同一的料筒中，如圖所示轉(zhuǎn)下頁）。雙螺桿擠出機有許多種不同的形式，主要差別在于螺桿結(jié)構(gòu)的不同。雙螺桿擠出機的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機復(fù)雜得多，這是因為雙螺桿擠出機的螺桿還有諸如旋轉(zhuǎn)方向、嚙合程度等等問題。圖6 雙螺桿擠出機示意圖1-電動機 2-連接器 3-減速器 4-料斗5-加料器 6-加熱器 7-料筒 8-螺桿常用于型材擠出的雙螺桿擠出機通常是緊密嚙合且異向旋轉(zhuǎn)的螺桿

29、，少數(shù)也有使用同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出的，但一般只能在低速下操作，約在范圍內(nèi)。而高速嚙合同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機用于混煉、排氣造粒或作為連續(xù)化學(xué)反應(yīng)器使用，這類擠出機最大螺桿速度范圍在。非嚙合型擠出機與嚙合型擠出機的輸送機理大不相同，比較接近于單螺桿擠出機的輸送機理，二者有本質(zhì)上的差別。雙螺桿擠出機的工作原理雙螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)盡管與單螺桿擠出機很相似，但工作原理差異卻很大。在雙螺桿擠出機中，物料由加料裝置（一般為定量加料）加入，經(jīng)螺桿作用到達(dá)機頭口模。在這一過程中，物料的運動情況因螺桿的嚙合方式、旋轉(zhuǎn)方向不同而不同。、非嚙合型雙螺桿擠出系統(tǒng)物料在非嚙合雙螺桿擠出系統(tǒng)中，除了向機頭方向的運動形式外，還

30、有多種流動方式，見圖。由于兩螺桿不嚙合，它們之間的徑向間隙很大，存在較大的漏流。主要流動方式：、由于兩螺桿的螺棱的相對位置是錯開的，即一根螺桿的推力面的物料壓力大于另一螺桿拖帶面的物料壓力，從而產(chǎn)生了流動。圖7 物料在非嚙合雙螺桿擠出機中的流動示意圖、物料從壓力較高的螺桿推力面向另一螺桿拖帶面的流動，同時隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，在兩螺桿的間隙處物料不斷受到攪動并被不斷帶走、更新（不論兩螺桿的轉(zhuǎn)向如何），特別是在異向旋轉(zhuǎn)過程中，物料在處受到阻礙，產(chǎn)生了流動。、多種物料的流動形式（包括由于在兩根螺桿的相互作用下產(chǎn)生的各種流動）都增加了對物料的混煉和剪切。但這種雙螺桿沒有自清潔作用，一般僅用于混料，不適合型

31、材的生產(chǎn)。、嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)物料在同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出系統(tǒng)的全螺紋段的流動情況見圖。由于同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合位置的速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿要把物料從間隙中推出，結(jié)果使物料從一根螺桿轉(zhuǎn)到另一個螺桿，呈形前進，這種速度的改變以及嚙合區(qū)較大的相對速度，非常有利于物料混合和均化，由于嚙合區(qū)間隙很小，嚙合處螺紋和螺槽的速度相反，剪切速度高，有很好自潔作用，即能刮去粘附在螺桿上的任何積料，從而使物料的停留時間很短。這種擠出機主要用于混煉物料和造粒。但由于物料在嚙合區(qū)間所受剪切力很大，所以也不適應(yīng)型材的生產(chǎn)。圖8 物料在嚙合同向雙螺桿擠出機中的流動示意圖圖9 嚙合

32、型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)中物料的運動情況、嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)嚙合型異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出系統(tǒng)中物料的運動情況見圖。在嚙合型異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出中，兩根螺桿是對稱的，由于回轉(zhuǎn)方向不同，一根螺桿上物料螺旋前進的道路被另一根螺桿的螺棱堵死，不能形成“”字型運動。在固體輸送部分，物料是以近似的密閉“”形小室的形態(tài)向前輸送。但為了使物料混合設(shè)計中將一根螺桿的外徑與另一根螺桿的根徑之間留有一定的間隙量，以便使物料能夠通過。物料通過兩螺桿之間的徑向間隙時，受到強烈的剪切、攪拌和壓延作用，因此，物料的塑化比較好，多用于加工制品。由于兩螺桿的徑向間隙比較小，因此，有一定的自潔性能，但自潔性比同向旋轉(zhuǎn)的雙螺

33、桿要差。雙螺桿擠出機的主要參數(shù)、螺桿公稱直徑。螺桿公稱直徑是指螺桿外徑，單位為。對于變直徑（或錐形）螺桿而言，螺桿直徑是一個變值，一般用最小直徑和最大直徑表示如：。雙螺桿的直徑越大，表征機器的加工能力越大。、螺桿的長徑比。螺桿的長徑比是指螺桿的有效長度與外徑之比。一般整體式雙螺桿擠出機的長徑比是在之間。對于組合式雙螺桿擠出機，長徑比是可變的。從發(fā)展看，長徑比有逐步加大的趨勢。、螺桿的轉(zhuǎn)向。螺桿的轉(zhuǎn)向有同向和異向之分。一般同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機多用于混料，異向旋轉(zhuǎn)的擠出機多用于擠出制品。、螺桿的轉(zhuǎn)速范圍。螺桿的轉(zhuǎn)速范圍是指螺桿的最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速 （允許值）間的范圍。同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機可以高

34、速旋轉(zhuǎn)，異向旋轉(zhuǎn)的擠出機一般轉(zhuǎn)速僅在。、驅(qū)動功率。驅(qū)動功率是指驅(qū)動螺桿的電動機功率，單位為。、產(chǎn)量。產(chǎn)量指每小時物料的擠出量，單位為。雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機的差別物料的傳送方式在單螺桿擠出機中，物料傳送是拖曳型的。固體輸送段中為摩擦拖曳，熔體輸送段中為粘性拖曳。固體物料的摩擦性能和熔融物料的粘性決定了輸送行為。如有些物料摩擦性能不良，如果不解決喂料問題，則較難將物料喂入單螺桿擠出機。所以顆粒狀的原料適合單螺桿擠出機進料。而在雙螺桿擠出機中，特別是嚙合型雙螺桿擠出機，物料的傳送在某種程度上是正向位移傳送，正向位移的程度取決于一根螺桿的螺棱與另一根螺桿的相對螺槽的接近程度。緊密嚙合異向旋轉(zhuǎn)擠出

35、機的螺桿幾何形狀能得到高度的正向位移輸送特性。形成了強制進料，粉末狀的物料有利于擠壓進料。表7雙螺桿擠出機溫度控制1區(qū)/(加料段)2區(qū)/3區(qū)/4區(qū)/法蘭盤/機頭體/口模/螺桿內(nèi)油溫/1701801601601651751651751651751701801751857090物料的流動速度場研究人員對物料在單螺桿擠出機中的流動速度分布已描述得相當(dāng)明確，而在雙螺桿擠出機中物料的流動速度分布情況相當(dāng)復(fù)雜且難以描述。許多研究人員只是不考慮嚙合區(qū)的物料流動情況來分析物料的流動速度場，但這些分析結(jié)果與實際情況相差很大，因為雙螺桿擠出機的混合特性和總體行為主要取決于發(fā)生在嚙合區(qū)的漏流，然而嚙合區(qū)中的流動情況

36、相當(dāng)復(fù)雜。雙螺桿擠出機中物料的復(fù)雜流譜，宏觀上表現(xiàn)出單螺桿擠出機無法媲美的優(yōu)點，例如：混合充分，熱傳遞良好，熔融能力大，排氣能力強及對物料溫度控制良好等。生產(chǎn)工藝控制的差別由于單螺桿擠出機與雙螺桿擠出機在結(jié)構(gòu)和工作原理上的差別，在型材生產(chǎn)工藝控制上也有很大的差別，具體表現(xiàn)在：、溫度控制單螺桿擠出機一般采用溫度逐步升高的控制方法，物料在加料段應(yīng)處于未熔化的固體狀態(tài)以利于達(dá)到固體輸送的能力，如果物料過早熔化會抱在加料段的螺桿上與螺桿同步轉(zhuǎn)動，阻止物料向前移動，形不成固體塞的輸送能力，使擠出機擠不出料，長時間會造成的分解。從加料口到機頭的溫度分布如表所示：加料段熔化段均化段機頭體口模140150160170170180180185180185雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機輸送物料的機理不