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1、Polymer Processing EngineeringPolymer Processing Engineering Beijing University of Chemical TechnologyBeijing University of Chemical Technology 第三章第三章 挤出成型（挤出成型（ExtrusionExtrusion） 聚合物加工工程聚合物加工工程 第一节第一节 概述（录像）概述（录像） 第二节第二节 单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机的基本结构 第三节第三节 单螺杆挤出理论单螺杆挤出理论 第四节第四节 排气挤出机的工作原理排气挤出机的工作原理 第五节第
2、五节 双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理 第六节第六节 挤出成型工艺挤出成型工艺 第五节 双螺杆挤出机的结构及工作原理 一、双螺杆挤出机的结构与分类 二、双螺杆的工作原理 三、双螺杆挤出机中的功能元件 四、双螺杆对物料的混炼与塑化 五、螺杆的结构参数 第三章第三章 挤出成型（挤出成型（ExtrusionExtrusion） 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤出机诞生的背景：双螺杆挤出机诞生的背景： 双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的 用单螺杆挤出机加工用单螺杆挤出机加工 材材 料料：掺混料（纤维与树脂）掺混料（纤维与树脂）
3、填充、增强材料（填充、增强材料（CaCOCaCO 3 3 、红泥、矿渣等）红泥、矿渣等） 出现问题出现问题：吃料难、熔融难、塑化差吃料难、熔融难、塑化差 7070年代以来，双螺杆挤出机发展十分迅速年代以来，双螺杆挤出机发展十分迅速 欧欧 洲洲：100%100%管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工 双螺杆挤出机的应用领域：双螺杆挤出机的应用领域： 聚合物反应挤出：聚合物反应挤出：PUPU、PAPA、POMPOM、PMMAPMMA反应成型反应成型 为型材、单丝等；为型材、单丝等；TPVTPV的制备等的制备等 共混、填充改性：共混、填充改性：PA/PA/玻纤玻纤
4、、橡塑共混（、橡塑共混（PP/EPDMPP/EPDM、 PP/POE PP/POE等等）、塑塑共混（合金）、塑塑共混（合金） 废塑料再生利用：废塑料再生利用：将形状、比重、品种不同的聚合物将形状、比重、品种不同的聚合物 回收、回收、 利用利用 成型加工成型加工HPVCHPVC管材、异型材等管材、异型材等 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 1、结构（与单螺杆挤出机相比） 相同点： 包括挤压系统、传动系统、加热冷却系统 功能基本上与单螺杆挤出机相同 一、双螺杆挤出机的结构与分类 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤压系统作用： 输送（固体、熔体）：连续、稳定、输送率高 熔融塑化（固体熔体）：完全
5、、均匀 增压、排气、均化 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 不同点：不同点： 两根螺杆，水平放置两根螺杆，水平放置 机筒内孔为双孔机筒内孔为双孔 有排气系统（螺杆有排气段，机筒有排气口）有排气系统（螺杆有排气段，机筒有排气口） 加料装置，定量加料加料装置，定量加料 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 2、分类 （1）按照螺杆结构特点分类 平行双螺杆挤出机 锥形双螺杆挤出机 一、双螺杆挤出机的结构与分类 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 平平 行行 双双 螺螺 杆杆 挤挤 出出 机机 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 锥锥 形形 双双 螺螺 杆杆 挤挤 出出 机机 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 2、分类
6、 （2）按照螺杆相对位置（啮合方式）分类 全啮合（A= r +R） A-两根螺杆中心距离 非啮合（A2 R ） （体现不出双螺杆的优点） 部分啮合（ r +R A 2 R ） 一、双螺杆挤出机的结构与分类 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 全啮合全啮合 非啮合非啮合 部分啮合部分啮合 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 一、双螺杆挤出机的结构与分类 2、分类 （3）按照螺纹的旋向与转向分类 异向双螺杆：异向螺纹、异向转动 （异向向内、异向向外） 同向双螺杆： 同向螺纹、同向转动 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 同向同向异向异向 双螺杆挤出机的转动方向：双螺杆挤出机的转动方向： 平行双螺杆（异向、同向
7、）平行双螺杆（异向、同向） 锥形双螺杆（异向）锥形双螺杆（异向） 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 锥形锥形 平行平行 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 3 3、双螺杆间的开放和封闭、双螺杆间的开放和封闭 物料的流动空间不同物料的流动空间不同 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 捏合盘捏合盘 双 螺 杆 挤 出 机 的 类 型 二、双螺杆挤出机的工作原理 1、输送机理 单螺杆输送机理：由摩擦和粘性拖曳输送 固体（加料段）：摩擦输送（fs、fb ） 熔体（计量段）：摩擦和粘性拖曳输送 双螺杆输送机理：强制输送 (正位移输送） 不同类型双螺杆：正位移输送能力不同 输送机理有差异 第五节 双螺杆挤出机的工作
8、原理 二、双螺杆挤出机的工作原理 非啮合型双螺杆的工作原理非啮合型双螺杆的工作原理 不能形成封闭或半封闭的型腔，无正位移输送条件，不能形成封闭或半封闭的型腔，无正位移输送条件， 其输送机理与单螺杆相似。其输送机理与单螺杆相似。 啮合型双螺杆的工作原理啮合型双螺杆的工作原理 能形成封闭或半封闭的型腔，有正位移输送条件，能形成封闭或半封闭的型腔，有正位移输送条件， 其正位移输送程度与封闭程度有关。其正位移输送程度与封闭程度有关。 只讨论全啮合式双螺杆挤出机输送机理。只讨论全啮合式双螺杆挤出机输送机理。 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 1、输送机理（全啮合型） （1）异向双螺杆对物料的输送机理 共轭
9、纵横向全封闭的矩形螺槽，异向旋转共轭纵横向全封闭的矩形螺槽，异向旋转 特点（形成特点（形成C C形室沿螺杆轴向移动）形室沿螺杆轴向移动） 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 分开看：两根旋向不同的双螺杆 合着看：啮合区 一根螺杆螺棱插入另一根螺槽中，把两个 连续的螺旋通道分割成一段段的封闭“C” 形室，室数与螺纹圈数相同。 动 作：螺杆转动， “C”形室前移（轴向移动） 螺杆转动一圈， “C”形室前移一个导程的 距离。 （1）异向双螺杆对物料的输送机理 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 （1）异向双螺杆对物料的输送机理 C C形室沿螺杆轴向移动的速度为：形室沿螺杆轴向移动的速度为： V VL L t
10、 nt n，其中，其中 t t为螺杆导程，为螺杆导程，n n为螺杆转速为螺杆转速 异向全啮合双螺杆挤出机的理论挤出量： QQ2n V2n V，其中其中V V为单个为单个C C型小室的体积型小室的体积 实际上，由于存在螺杆与机筒内壁的间隙，漏流使实际上，由于存在螺杆与机筒内壁的间隙，漏流使 产量不能达到理论产量。产量不能达到理论产量。 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 （1）异向双螺杆对物料的输送机理 异向全啮合双螺杆啮合处的相对速度 具有良好的自洁性具有良好的自洁性 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 V V rArA 2 n (2 n (R R b b -R-R s s) ) V V rArA为
11、为 A A 点处两螺杆侧间隙间的相对速度点处两螺杆侧间隙间的相对速度 R Rb b 为螺杆外半径为螺杆外半径 R R s s 为为 螺杆内半径螺杆内半径 异向向内： 在加料口物料被拉入螺槽，螺槽空间暴露少，易 充满螺槽，且物料受到强烈的挤压，从而对螺杆 产生反压力，即螺杆分离力。 （1）异向双螺杆对物料的输送 机理 异向向外：异向向外： 在加料口不断腾出空间，使物料不断进入螺槽，在加料口不断腾出空间，使物料不断进入螺槽， 即进入即进入“C”C”形室，然后随着形室，然后随着“C”C”形室向前输送。形室向前输送。 旋向的影响 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 （1 1）异向双螺杆对物料的输送）异向双
12、螺杆对物料的输送 机理机理 两螺杆间存在间隙，两螺杆产生分离力更大。 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 两螺杆主要设计成螺纹式： 有正向螺纹、反向螺纹和特种螺纹之安排 两螺杆之间的间隙： 间隙越小，剪切速率越大，分散混合效果好,但 两螺杆的分离力大。 间隙越大，剪切速率越小，但通过量越大，分 布混合效果好。 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点异向双螺杆挤出机的设计及操作特点 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 （1 1）异向双螺杆对物料的输送机理）异向双螺杆对物料的输送机理 定量加料： 控制物料的塑化情况，熔融与单螺杆相似 加设排气口： 相邻的腔室间没有压差，气体向料斗方向排气比较、困 难，必须设置排
13、气口。 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点异向双螺杆挤出机的设计及操作特点 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 加强压缩：加强压缩： 因为固体输送段螺槽未充满，所以要加强压缩，有利于传因为固体输送段螺槽未充满，所以要加强压缩，有利于传 热，加速熔融，更好排气。热，加速熔融，更好排气。 压缩方式：压缩方式： 改变螺纹导程、螺棱宽度、螺杆外径、螺杆根径、设置反改变螺纹导程、螺棱宽度、螺杆外径、螺杆根径、设置反 向螺纹等。向螺纹等。 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点异向双螺杆挤出机的设计及操作特点 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 结构结构（与异向转动双螺杆相比）与异向转动双螺杆相比）： 相同点相同点：在啮
14、合区，螺棱插入螺槽形成在啮合区，螺棱插入螺槽形成“C”C”形室形室 不同点不同点：“C”C”形室不封闭，两个螺杆间有一个连形室不封闭，两个螺杆间有一个连 续通道续通道 （ “ “C”C”形室相连）。形室相连）。 通道形成通道形成： 在啮合区（开口处），物料沿一根螺在啮合区（开口处），物料沿一根螺 杆螺槽的杆螺槽的“C”C”形室进入另一根螺杆螺槽的形室进入另一根螺杆螺槽的“C”C” 形室前进，再到啮合区时，又跨回前一根螺杆螺槽形室前进，再到啮合区时，又跨回前一根螺杆螺槽 的的“C”C”形室。形室。 （2）同向双螺杆对物料的输送机理 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 （2）同向双螺杆对物料的输送机理 VA VB A B 同向双螺杆中物料形成同向双螺杆中物料形成 通道。通道。 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 注意：注意： 啮合型
