擠出機(jī)單螺桿與雙螺桿

擠出機(jī)單螺桿與雙螺桿擠出機(jī)按其螺桿數(shù)量可以分為單螺桿、雙螺桿和多螺桿擠出機(jī)。目前以單螺桿擠出機(jī)應(yīng)用最為廣泛，適宜于一般材料的擠出加工。雙螺桿擠出機(jī)由于具有由摩擦產(chǎn)生的熱量較少、物料所受到的剪切比較均勻、螺桿的輸送能力較大、擠出量比較穩(wěn)定、物料在機(jī)筒內(nèi)停留長，混合均勻。SJSZ系列錐形雙螺桿擠出機(jī)具有強(qiáng)制擠出、高質(zhì)量、適應(yīng)性廣、壽命長、剪切速率小、物料不易分解、混煉塑化性能好、粉料直接成型等特點(diǎn)，溫度自控，真空排氣等裝置。適用于管、板、異形材等制品的生產(chǎn)。2001年蘭泰塑料機(jī)械有限公司開發(fā)出高扭矩型SHJ-92同向雙螺桿配混擠出造粒機(jī)組，并出口印度尼西亞，產(chǎn)量達(dá)1100公斤/小時(shí)，355kw,螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)500r/min,在國內(nèi)機(jī)型配置和性能最高。在國內(nèi)率先研制成功雙流道液壓換網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正的不停車換網(wǎng)?；鞜掁D(zhuǎn)子型螺桿元件等新型元件研制成功并且應(yīng)用。單螺桿擠出機(jī)無論作為塑化造粒機(jī)械還是成型加工機(jī)械都占有重要地位，近幾年，單螺桿擠出機(jī)有了很大的發(fā)展。目前德國生產(chǎn)的大型造粒用單螺桿擠出機(jī)，螺桿直徑達(dá)700mm，產(chǎn)量為36t/h。單螺桿擠出機(jī)發(fā)展的主要標(biāo)志在于其關(guān)鍵零件一一螺桿的發(fā)展。近幾年以來，人們對螺桿進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，至今已有近百種螺桿，常見的有分離型、剪切型、屏障型、分流型與波狀型等。從單螺桿發(fā)展來看，盡管近年來單螺桿擠出機(jī)已較為完善，但隨著高分子材料和塑料制品不斷的發(fā)展，還會涌現(xiàn)出更有特點(diǎn)的新型螺桿和特殊單螺桿擠出機(jī)。從總體而言，單螺桿擠出機(jī)向著高速、高效、專用化方向發(fā)展。雙螺桿擠出機(jī)喂料特性好，適用于粉料加工，且比單螺桿擠出機(jī)有更好的混煉、排氣、反應(yīng)和自潔功能，特點(diǎn)是加工熱穩(wěn)定性差的塑料和共混料時(shí)更顯示出其優(yōu)越性。近些年來國外雙螺桿擠出機(jī)已經(jīng)有很大的發(fā)展，各種形式的雙螺桿擠出機(jī)已系列化和商品化，生產(chǎn)的廠商也較多，大致分類如下：⑴按兩根軸線相對位置，有平行和錐形之分；(2)按兩根螺桿嚙合程序，有嚙合型和非嚙合型之分；⑶按兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向，有同向和異向之分，在異向中又有向內(nèi)、向外之分；(4)按螺桿旋轉(zhuǎn)速度，有高速和低速之分；⑸按螺桿與機(jī)筒的結(jié)構(gòu)，有整體和組合之分。在雙螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上，為了更容易加工熱穩(wěn)定性差的共混料，有的廠家又開發(fā)出多螺桿擠出機(jī)如行星擠出機(jī)等。首先雙螺桿擠出機(jī)具有單螺桿擠出機(jī)的擠出機(jī)原理：固體輸送、熔融、增壓和泵送、混合、汽提和脫揮發(fā)分，但又不單純是如此。雙螺桿擠出理論的研究開始的晚，再加上它的類型多，螺桿幾何形狀復(fù)雜,擠出過程復(fù)雜，這就給研究帶來諸多困難.從整體上說雙螺桿擠出理論的研究尚處于初始階段，這就是所說的”技藝多于科學(xué)”.從它的擠出過程的研究，大概分三個(gè)環(huán)節(jié)：1、聚合物在擠出過程中物態(tài)變化規(guī)律，輸送原理固體熔體的輸送排氣真相和規(guī)律，建立起數(shù)學(xué)的物理的模型，用來指導(dǎo)雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)和擠出過程的優(yōu)化.2、要弄清楚兩種以上的聚合物及物料在擠出過程中物態(tài)變化真實(shí)情況，混合形態(tài)，結(jié)構(gòu)變化的過程，以及最后混合物與性能的關(guān)系.3、做為雙螺桿擠出機(jī)，擠出反應(yīng)成型時(shí)的反應(yīng)過程、速度、性能與螺桿構(gòu)型、操作條件之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立模型，用來指導(dǎo)反應(yīng)成型擠出。雙螺桿擠出機(jī)的發(fā)展：20世紀(jì)30年代首先在意大利研制成功，到60年代末70年代初發(fā)展迅速.合異向雙螺桿是隨著RPVC制品的發(fā)展起來的，合同向是隨著聚合物改性發(fā)展起來的，雙螺桿擠出理論的研究不能適應(yīng)應(yīng)用的發(fā)展，在世界范圍內(nèi)形成了共識，并成為研究熱點(diǎn)。塑料混合是一種有效的將多種組分的原料加工成更均勻、更實(shí)用的產(chǎn)品過程。這一過程中主要發(fā)生的是物理反應(yīng)，當(dāng)然也存在少量的化學(xué)反應(yīng)。特殊的，例如反應(yīng)擠出，我們所期望的更多是化學(xué)反應(yīng)而非物理反應(yīng)。而無論是物理還是化學(xué)反應(yīng)，都要求材料的充分混合輥煉，因此就有了共混設(shè)備這一有力的加工手段執(zhí)行者。20世紀(jì)40年代，同向旋轉(zhuǎn)完全嚙合雙螺桿擠出機(jī)由Erdmenger發(fā)明出來.到了50年代由w&p申請了專利并進(jìn)一步發(fā)展了這種設(shè)備.此后由于歷史宿命的偶然性，同向旋轉(zhuǎn)嚙合型雙螺桿擠出機(jī)（以下簡稱雙螺桿）得到不斷的完善,逐漸成為了聚合物工業(yè)，化學(xué)制品工業(yè)以及食品工業(yè)中必不可少的加工設(shè)備。一：同向加工任務(wù)的總指導(dǎo)方針基本建議如下：確定全部任務(wù)參數(shù)（配方、生產(chǎn)速度、產(chǎn)品生產(chǎn)的限定條件等）；確定每個(gè)單元操作步驟：（喂料、熔融、混合、改性組分的加入、排脫揮發(fā)份、建壓排料、機(jī)頭定形切粒）。對于使用雙螺桿的技術(shù)人員來說，雙螺桿的加工重點(diǎn)是：螺桿基本上都是由組合式部件（軸心，螺紋塊，嚙合塊等）組成.根據(jù)不同的加工需要對應(yīng)做不同的混合組合.而一般加工段的長度也是取決于單元操作的數(shù)量和消耗。功率的大小.混合低黏度甚至超低黏度的物料時(shí)，螺桿長度（L）與螺桿直徑（D）比值，即：長徑比（L/D）可達(dá)到60:1.而加工一些一般物料時(shí),L/D在24到48之間.一般的設(shè)備L/D比都在32-40之間。這里說說螺桿組合件.有了螺桿和機(jī)筒的配合才能完成工藝操作單元的特定任務(wù)。一旦雙螺桿的中心距，螺紋數(shù)量以及內(nèi)外徑（螺棱直徑與螺槽直徑）比值確定后,除了極少個(gè)別的特殊元件,無論是螺紋套還是嚙合塊，橫截面都是固定的.螺桿螺紋套:標(biāo)準(zhǔn)螺桿螺紋套的螺距大約在0.5D到2.0D之間.寬螺距元件（即大導(dǎo)程螺紋元件）一般用于擠出機(jī)的喂料段和排氣段,窄螺距元件（即小導(dǎo)程螺紋元件）主要用在物料需要壓縮或者填充大量填料的部位上游.如嚙合塊或者密封環(huán)的上游或者操作段之間（如喂料和真空之間）.螺紋套的螺距可以增大.隨著螺距增大，將使停留時(shí)間和填充程度減小，停留時(shí)間變窄，拖拽流增大，同時(shí)對壓力的增加更加敏感（壓力增大導(dǎo)致漏流或者逆流的可能性增加?）?但是在正常的壓力情況下（或者在上游輸送壓力和下游阻礙壓力平衡的情況下），寬螺距的螺紋的輸送能力還是要比窄螺距的螺紋輸送能力大。除了用于輸送螺桿螺紋套之外,還設(shè)計(jì)了用于特殊情況的幾種輸送元件。例如應(yīng)付喂料困難和輸送低密度物料的SK螺紋套;用于阻止漏流的SF元件等。螺桿嚙合塊:螺桿上的螺紋套都是由連續(xù)的螺紋組成的.而嚙合塊則是有側(cè)面象圓盤的元件一個(gè)一個(gè)疊和而成的.其幾何外型是非連續(xù)的.捏合塊的特征參數(shù)包括了總長度、嚙合盤數(shù)量、嚙合盤錯(cuò)列角。我們通常用KB表示嚙合盤，而且在KB后面加上特定的數(shù)值表示嚙合盤的實(shí)際形態(tài)。例如：KB45/5/40表示嚙合盤交錯(cuò)角為45度，共有5片嚙合盤，嚙合塊長度為40mm。嚙合塊最主要的工作任務(wù)就是分散混合和分配混合。分散混合：分散混合是將組分的粒度尺寸減小，將固體塊狀或者聚集體破碎成微粒，或者是將彼此不相容的聚合物的相尺寸減小到所要求的范圍。這一過程通常是依靠大嚙合長度和中等導(dǎo)程的捏合盤來實(shí)現(xiàn)。分配混合：分配混合是使個(gè)組分的空間分布達(dá)到均勻，即保證混合設(shè)備內(nèi)通過分配元件的熔體中各組分的分布均勻化。這個(gè)通常是靠窄片小角度捏合盤來實(shí)現(xiàn)。極端的情況先會采取特殊的分配元件來實(shí)現(xiàn)。二：雙螺桿擠出機(jī)的各個(gè)工作段前面對螺紋和嚙合塊的功能進(jìn)行了初步的介紹.實(shí)際上這些都不是重要的，重要的是把這些功能部件集中一起共同作用，這才能完成我們希望的操作（共混加工）?雙螺桿的加工一般包含了：喂料段（預(yù)熱與固體輸送），熔融混合段，側(cè)喂料段（部分情況為第一排氣段），分散/均化段，脫揮發(fā)份段，排料增壓段。下面根據(jù)不同的功能段進(jìn)行討論。I：喂料段雙螺桿的喂料是饑餓式喂料設(shè)計(jì),產(chǎn)量與螺桿的轉(zhuǎn)速關(guān)系不大。因此，我們能夠?qū)﹄p螺桿的的物料停留時(shí)間、填充程度和能耗進(jìn)行嚴(yán)格控制.當(dāng)然，最理想的操作條件是當(dāng)喂料達(dá)到最大的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候擠出機(jī)的生產(chǎn)能力得到了充分的發(fā)揮。在雙螺桿的螺桿組合中，喂料段的主要功能是吃進(jìn)物料和進(jìn)行固體輸送；同時(shí)喂料段對壓實(shí)固體床（物料在進(jìn)入螺桿后在螺槽內(nèi)形成的物料段稱之為固體床）以及開始塑化有很大的影響。喂料段的功能之一：輸送功能，是靠摩擦拖拽輸送來實(shí)現(xiàn)。因此喂料區(qū)的溫度設(shè)置一般控制在120-160度之間。如果該區(qū)溫度過底，樹脂就無法黏附在機(jī)筒內(nèi)壁上，而僅僅是隨著螺桿旋轉(zhuǎn)而空轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致了熔融區(qū)的缺料；如果該區(qū)溫度過高，物料會提前熔融塑化，在機(jī)筒內(nèi)壁形成一個(gè)環(huán)行的熔融膜，起到潤滑作用，同樣也引起缺料現(xiàn)象。喂料段的功能之二：-壓實(shí)，是靠不斷地改變螺紋的螺槽寬度來實(shí)現(xiàn)。螺紋的壓縮比足夠大，保證物料充分密實(shí)，達(dá)到熔融所需要的狀態(tài)。通常情況下粒子或者是破碎的片狀材料在壓縮后容易在表面發(fā)生變形而與機(jī)筒內(nèi)壁貼合在一起，因此也比較容易壓縮；而粉體材料由于滑動(dòng)性較大，因此壓縮熔融在時(shí)間上和位置上會比粒子或者片狀材料滯后。同時(shí)由于粉體材料的空隙面積大，物料密度比較小，在物料中會殘留大量的空氣，隔離了固體床。這將進(jìn)一步減緩熔融過程以及在增大后期的排氣工作的難度。II:熔融段這一段的主要工作是將上游喂料段輸送過來的溶體/樹脂混合物充分熔融并進(jìn)行初步的混合工作。完成這兩個(gè)功能主要依靠嚙合塊來完成。由于需要完成初步的熔融（這是本段最主要的目的），這里的嚙合塊大多為大角度大厚度的嚙合塊，例如：45度角的嚙合塊和60度角的嚙合塊。通過雙螺桿的發(fā)熱片以及機(jī)械能轉(zhuǎn)化的熱能，將樹脂完全熔融。樹脂的熔融所需要的熱量由設(shè)備本身的加熱設(shè)備及摩擦熱提供。而且口徑越大的設(shè)備，摩擦熱在整個(gè)熔融所需能量中占的比例越大。因此保持此段熔體的粘彈性是很有必要的。同時(shí)由于需要對樹脂進(jìn)行初步的分散混合和分配混合，過低粘度的熔體是不利于這兩種混合過程的進(jìn)行。尤其是在混合兩種或者多種熔體粘度差異較大的樹脂的情況下，過高的熔體溫度將不利于熔體內(nèi)部的熱傳遞及熱耗散，出現(xiàn)“過熱熔體中包含未熔融樹脂”這種矛盾的情況。III：側(cè)喂料/第一排氣段這一段的主要工作是排除熔體中可能含有的小分子揮發(fā)物及加入其余的添加劑。通常在此段會采用大導(dǎo)程螺紋元件，降低熔體在此處的螺槽充滿度并直接與雙螺桿的外部工作環(huán)境直接接觸，有利于揮發(fā)份的排除，同時(shí)也為即將加入的其余組分提供容納的空間。通常在此處會加入的成分有：液態(tài)阻燃劑，粉末狀填料，各種纖維。加入的方式也分別有：熔體泵泵送方式，側(cè)喂料螺桿喂入方式和長纖維纏繞加入方式。無論何種方式，都需要占用一部分的螺槽容積同時(shí)改變此區(qū)域的熔體形態(tài)。這里值得一提的有：側(cè)喂料螺桿喂入粉體或者短切纖維：由于這種情況下喂入的多為粉末狀填料或者短切纖維，尤其是粉末狀填料中夾帶的空氣會由于下游壓力的出現(xiàn)而逆向螺桿的輸送方向排氣導(dǎo)致此處出現(xiàn)熔體堵塞、溢料情況。因此在加入此類添加劑的時(shí)候，需要在改善輸送螺紋的輸送能力的同時(shí)，盡量避免壓縮段的過早出現(xiàn)。纖維加入之前的預(yù)熱工作。為了下游更快更好的對纖維進(jìn)行浸潤、分散工作。纖維的預(yù)熱是有必要的。未充分預(yù)熱的纖維在接觸到熔體后會在纖維束上形成堅(jiān)硬的樹脂包覆層，組織了纖維的進(jìn)一步浸潤。同時(shí)由于這一樹脂包覆層的出現(xiàn)，容易造成纖維過早出現(xiàn)斷裂的情況，不利于纖維長度的保持。排氣段的環(huán)境。由于此段是直接與外部工作環(huán)境接觸，存在被外部環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此在保證接觸面充分的同時(shí)，還要保證接觸面的潔凈。IV：分散/均化段這一段的主要工作是對上游輸送過來的熔體及填料、纖維進(jìn)行分散、浸潤、打散工作。通常需要四到六組嚙合塊來完成。嚙合塊可以采取集中排列的方式，也可以采取分散排列的方式。通常情況下本段的嚙合塊排列方式多為分散排列方式，即：嚙合塊-螺紋-嚙合塊的排列方式。通過這種方式，能夠減少過度剪切導(dǎo)致樹脂過熱分解、纖維長度損失過大以及填料的過度剪切出現(xiàn)團(tuán)聚的情況。同時(shí)分散排列嚙合塊也有利于避免過高的剪切應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)，降低能耗。這里值得提出的是長纖維加入后的分散情況。不同的樹脂具有不同的密度，即使是同樣質(zhì)量比的情況下，低密度的樹脂中纖維所占有的體積比例要高于高密度樹脂中纖維的體積比例。因此在加工不同密度樹脂的纖維增強(qiáng)型材料過程中，需要根據(jù)纖維所占有的體積比例來決定嚙合塊的數(shù)量和排列。V:脫揮發(fā)份段這一段的主要工作是通過真空負(fù)壓的作用，讓熔體中夾帶的小分子物質(zhì)從熔體的表面揮發(fā)出來并從熔體體系中抽取出來，為下一段的建壓擠出段做準(zhǔn)備。通常情況下此段的螺桿組合與側(cè)喂料/第一排氣段類似，需要注意的是抽真空的輔助設(shè)備的安裝方式。雖然此段只是與真空泵相連，但是長期的工作條件下，泵體及連接管道內(nèi)部完全可能存在一些未充分抽取的低分子液體，膠體等污染源。因此保持泵體及連接管道的潔凈及高效率的排除效率是保證加工安全性所必須的。VI：排料增壓段這一段的主要工作是壓縮熔體建立一個(gè)穩(wěn)定的壓力區(qū)，為熔體從雙螺桿的口模擠出做最后的準(zhǔn)備。通常是采取逐步提高壓縮比的方式來實(shí)現(xiàn)。小導(dǎo)程螺紋元件能夠更快的建立壓力，但是壓力的建立還需要溶體的輸送來實(shí)現(xiàn)。大導(dǎo)程螺紋元件雖然具有比小導(dǎo)程螺紋元件具有更高的輸送能力，但是同時(shí)也存在著比小導(dǎo)程螺紋元件更高的壓力敏感性。因此適當(dāng)?shù)穆菁y組合是建議一個(gè)高效并穩(wěn)定的壓力區(qū)所必須的。雖然本段并不存在混合的必要性，但是一些新型的螺桿會在螺頭部分采取具有一定分散能力的螺桿頭來改善螺桿末端的熔體壓力和熔體溫度分布。三：幾種基本的螺桿組合方式從上面我們可以了解到，不同的材料對雙螺桿的混合能力提出了不同的要求，增強(qiáng)型和填充型的要求就完全不同。即使是相同類型的加工類型，例如合金化，HIPS/PPO合金的要求與PC/ABS的要求也不盡相同。下面列出幾種不同材料的對應(yīng)螺桿組合：（僅列出了熔融均化段的嚙合塊組合）阻燃ABS或者PC/ABS：K45/5/4836/3636/3622/22K45/5/48K90/5/4822/11LK45/5/4836/3636/3622/22K45/5/48K90/5/48K45/5/48L尼龍?jiān)鰪?qiáng)或者增強(qiáng)阻燃：K45/5/48K45/5/4848/4836/3622/22K45/5/48K90/5/4822/11LK48/5/48K45/5/