双螺杆挤出机工作原理.

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1、双螺杆挤出机工作原理 . 挤出成型工艺是聚合物加工领域中生 产品种最多、变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占 比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体（或粘性流体） 在挤出机螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模成型，制品为具有恒 定断面形状的连续型材。挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。几乎能成型所有的热塑 性塑料，也可用于热固性塑料，但仅限于酚醛等少数几种热固性塑料。 塑料挤出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、线缆包覆 层、各种异型材以及塑料与其它材料的复合物等。目前约50%的热 塑性塑料制品是通过挤出成型的。此外挤出工艺也常用于塑料的着色、 混炼、塑化、造粒及塑

2、料的共混改性等，以挤出成型为基础，配合吹 胀、拉伸等技术，又发展为挤出一吹塑成型和挤出拉幅成型制造中空 吹塑和双轴拉伸薄膜等制品。可见挤出成型是聚合物成型中最重要的 方法。挤出设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两大类，前者为连续式挤 出，后者为间歇式挤出，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。螺杆挤出机可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。 单螺杆挤出机是生产上最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出 机近年来发展最快，其应用日渐广泛。目前，在PVC塑料门窗型材 的加工中，双螺杆挤出机已成为主要生产设备，单螺杆挤出机将被逐 步淘汰。但在其它聚合物的挤出加工中，单螺杆挤出机仍占主导

3、地位。 二者有各自的特点：单螺杆挤出机：结构简单，价格低。适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的 剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。操纵容易，工艺控制简单。双螺杆挤出机：结构复杂，价格高。具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合 粉料加工。产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。在PVC塑料门窗型材生产中，采用双螺杆挤出机与单螺杆挤出 机的生产工艺为 见页下）：可以看出，单螺杆挤出机适合粒料加工，使用的原料是经造粒后 的颗粒或经粉碎的颗粒料。双螺杆挤出机适合粉料加工，可以直接使 用混合好的PVC料，减少了造粒的工序，但多了废料的磨粉工序。 近几年，国产双螺杆挤出

4、机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水 平，价格仅为进口机的1/31/5。由于双螺杆挤出机的产量大, 挤出速度快，一般可达到24米/分钟，适合PVC塑料门窗型材 的大规模生产。而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产，挤出 速度仅为12米/分钟，许多的PVC型材加工厂已淘汰了单螺杆 挤出机，改用双螺杆挤出机一模多腔生产小型辅助型材。挤出机的基本工作原理是将聚合物熔化压实，以恒压、恒温、恒 速推向模具，通过模具形成产品熔融状态的型坯。但单螺杆挤出机与 双螺杆挤出机结构不同，工作原理不同，其控制的工艺条件也不相同。单螺杆挤出机结构特点单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制 系统等

5、几部分组成（另外还有一些辅助设备）。其中挤出系统是挤出成 型的关键部位，对挤出的成型质量和产量起重要作用。挤出系统主要 包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分（如图3所示）。 下面仅就挤出系统讨论挤出机的基本结构及作用。PVC 树脂+称量计量一-高速混合一-冷却混合一-双螺杆挤出机挤出 冷却定型 各种助剂f单螺杆挤出机造粒一-单螺杆挤出机 挤出一1牵引 切害U 包装 型材产品I废料一-粉碎一-与造粒料混合单螺杆挤出机挤出磨粉一-与混合的粉料混合双螺杆挤出机挤出1、加料装置挤出成型的供料一般采用粒状料。加料装置是保证向挤出机料筒 连续供料的装置，形状如漏斗，有圆锥形和方锥形，亦称料斗。其

6、底 部与料筒连接处是加料孔，该处有截断装置，可以调整和截断料流。 在加料孔的周围有冷却夹套，用以防止料筒高温向料斗传热，避免料 斗内塑料升温发粘，引起加料不均和料流受阻情况发生。料斗的侧面 有玻璃视孔及标定计量装置。有些料斗还有防止塑料从空气中吸收水 分的预热干燥真空减压装置，以及带有能克服粉状塑料产生“架桥” 现象的搅拌器和能够定时定量自动加料的装置。2、料筒料筒又叫机筒，是一个受热受压的金属圆筒。物料的塑化和压缩都是在料筒中进行的。挤出成型时的工作温度一般在18029or,料筒内压可达6 0MPao在料筒的外面设有加热和冷却装置。 加热一般分三至四段，常用电阻或电感加热器，也有采用远红外线

7、加 热的。冷却的目的是防止塑料的过热或停车时须对塑料快速冷却以免 塑料的降解。冷却一般用风冷或水冷。料筒须承受高压，要求具有足 够的强度和刚度，内壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐塑料摩擦使塑料 过热，同时让螺杆表面温度略低于料筒，防止物料粘附其上，利于物 料的输送。螺杆用止推轴承悬支在料筒的中央，与料筒中心线吻合，不应有明显 的偏差。螺杆与料筒的间隙很小，使塑料受到强大的剪切作用而塑化 并推动向前。螺杆由电动机通过减速机构传动，转速一般为1012 0r/mi n,要求是无级变速。（1）螺杆的几何结构参数螺杆的几何结构参数有直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋 角、螺杆与料筒的间隙等（见图4）其中长

8、径比（L/Ds ）对螺杆 的工作特性有重大的影响。一般挤出机长径比为152 5,但近年 来发展的挤出机有达4 0的，甚至更大L/Ds大，能改善塑料的 温度分布，能使混合更均匀，还可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤 出机的生产能力。L/Ds过小，对塑料的混合和塑化都不利。因此, 对于硬塑料、粉状塑料要求塑化时间长，应选较大的。L/Ds大的 螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。但L/Ds太大，热敏性塑 料会因受热时间太长而出现分解，同时增加螺杆的自重，使制造和安 装都困难，也会增大挤出机的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。(2) 螺杆的压缩比螺杆的压缩比是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后

9、一个螺槽的容积之比，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。 越大，塑料受到挤压的作用也就越大，排除物料中空气的能力就大。 但太大，螺杆本身的机械强度下降。一般压缩比在25之间。 压缩比 的大小取决于挤出塑料的种类和形态，如粉状塑料的相对密 度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁状制品 时，压缩比 应比挤出厚壁制品的大。(3) 螺槽深度H螺槽深度影响塑料的塑化及挤出效率，H较小时，对塑料可产生较高 的剪切速率，有利于传热和塑化，但挤出生产率降低。因此，热敏性 塑料宜用。H大的深槽螺杆宜用熔体粘度低和热稳定性较高的塑料。 在实际生产中，根据工艺需要，螺槽深度往往是变化的，根据螺杆

10、各 段的功能不同，螺槽的深度不同，最通用的是渐变螺杆，如：加料段 的螺槽深度H1是个定值，一般HlO.lDs；压缩段的螺槽深 H2是渐变的，是一个变化值；均化段的螺槽深H3是个定值，按经 验H 3 = 0.020 .06 Ds。螺旋角B是螺纹与螺杆横截面 之间的夹角，随着e的增大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料 的挤压剪切作用减少。出于机械加工的方便，取Ds=Ls，贝咱为 17.26。为最常用的螺杆。（4）螺杆与料筒的间隙6螺杆与料筒的间隙6，其大小影响挤出机的生产能力和物料的塑 化。 6 值大，热传导差，剪切速率低，不利于物料的熔融和混合，生 产效率也不会高。但6 小时，热传导和剪切率都

11、相应提高。但6 过于 小，就易引起物料降解。单螺杆挤出机挤出过程和螺杆各段的功能由高分子物理学知道，高聚物存在三种物理状态，即玻璃态、高 弹态和粘流态，在一定条件下，这三种物理状态会发生互变。固态塑 料由料斗进人料筒后，随着螺杆的旋转向机头方向前进，在此过程中， 塑料的物理状态在不断发生着变化。根据塑料在挤出机中的三种物理 状态的变化过程及对螺杆各部位的工作要求，通常将挤出机的螺杆分 成加料段（固体输送区）、压缩段（熔融区）和均化段（熔体输送区） 三段。对于常规渐变螺纹的螺杆来说，塑料在挤出机中的挤出过程可 以通过螺杆各段的基本职能及塑料在挤出机中的物理状态变化过程来 描述，见图5。1、加料段

12、塑料自料斗进入挤出机的料筒内，在螺杆的旋转作用下，由于料 筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前运动。在该段，螺杆的职能主要是 将塑料压实提供向前输送的动力，物料仍以固体状态存在，虽然由于 强烈的摩擦热作用，在接近末端时与料筒内壁相接触的塑料已接近或 达到粘流温度，固体粒子表面开始发粘，但熔融仍未开始。这一区域 称为迟滞区，是指固体输送区结束到最初开始出现熔融的一为粘流态。3、均化段从熔融段进人均化段的物料是已全部熔融的粘流体。向前输送的 粘流体在机头口模阻力下，一部分回流被进一步混合塑化，一部分被 定量定压地从机头口模挤出。从以上单螺杆挤出机的工作原理不难看出，塑料在挤出机中塑化， 向前挤压流动，其

13、主要动力来源于加料段的固体输送，塑化的均匀程 度很大程度是由于均化段的结构和机头模具的阻力所造成的回流。在 改善螺杆混炼结构上已经有了许多新型的结构，但其往往适合于热稳 定性很好的聚合物，却不适宜PVC树脂的生产，这就不一一介绍了。双螺杆挤出机随着聚合物加工业的发展，对高分子材料成型和混合工艺提出了 越来越多和越来越高的要求，单螺杆挤出机在某些方面就不能满足这 些要求。例如：用单螺杆挤出机进行填充改性和加玻璃纤维增强改性 等，混合分散效果就不理想。另外，单螺杆挤出机尤其不适合粉状物 料的加工。为了适应聚合物加工中混合工艺的要求，特别是硬聚氯乙 烯粉料的加工，双螺杆挤出机自2 0世纪3 0年代后

14、期在意大利开发 出来以后，经过半个多世纪的不断改进和完善，得到了很大的发展。 在国外，目前双螺杆挤出机已广泛应用于聚合物加工领域，已占全部 挤出机总数的4 0%。硬聚氯乙烯粒料、管材、异型材、板材几乎都 是采用双螺杆挤出机加工成型的。作为连续混合机，双螺杆挤出机已 广泛用来进行聚合物共混、填充和增强改性，也有用来进行反应挤出。 近20年来，高分子材料共混和反应挤出技术的发展进一步促进了双 螺杆挤出机数量和类型的增加。双螺杆挤出机的结构与分类 双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒和螺杆等几个部分组 成，各部件的作用与单螺杆挤出机相似。与单螺杆挤出机区别之处在 于双螺杆挤出机中有两根平行的螺杆置

15、于同一的料筒中，如图6所示 转下页）。双螺杆挤出机有许多种不同的形式，主要差别在于螺杆结构的不 同。双螺杆挤出机的螺杆结构要比单螺杆挤出机复杂得多，这是因为 双螺杆挤出机的螺杆还有诸如旋转方向、啮合程度等等问题。常用于PVC型材挤出的双螺杆挤出机通常是紧密啮合且异向旋 转的螺杆，少数也有使用同向旋转式双螺杆挤出的，但一般只能在低 速下操作，约在1 Or/min范围内。而高速啮合同向旋转式双螺 杆挤出机用于混炼、排气造粒或作为连续化学反应器使用，这类挤出 机最大螺杆速度范围在3006OOr/min。非啮合型挤出机 与啮合型挤出机的输送机理大不相同，比较接近于单螺杆挤出机的输 送机理，二者有本质上

16、的差别。双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤出机的结构尽管与单螺杆挤出机很相似，但工作原理差异却 很大。在双螺杆挤出机中，物料由加料装置（一般为定量加料）加入， 经螺杆作用到达机头口模。在这一过程中，物料的运动情况因螺杆的 啮合方式、旋转方向不同而不同。1、非啮合型双螺杆挤出系统 物料在非啮合双螺杆挤出系统中，除了向机头方向的运动形式外， 还有多种流动方式，见图7。由于两螺杆不啮合，它们之间的径向间 隙很大，存在较大的漏流。主要流动方式：1、由于两螺杆的螺棱的 相对位置是错开的，即一根螺杆的推力面的物料压力大于另一螺杆拖 带面的物料压力，从而产生了流动。2、物料从压力较高的螺杆推力面向另一螺杆拖带面的流动，同 时随着螺杆的旋转，在两螺杆的间隙处物料不断受到搅动并被不断带 走、更新（不论两螺杆的转向如何