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1、单、双螺杆挤出机结构特点和工作原理的差异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外形的口模成型，制品为具有恒定断面外形的连续型 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5 0% 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
2、、 造粒及塑料的共混改性等，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
3、占主导地位。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。操纵轻易，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， 但多了废物的磨粉工序。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，很多的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、控制系统等几部
5、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+ 一称量计量一高速混合一冷却混合一双螺杆挤出机挤出一冷却定型一一各种助剂Jt 单螺杆挤出机造粒单螺杆挤出机挤出牵引一-切割一-包装一-型材产品废物一-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，外形 如漏斗，有圆锥形和方锥形，亦称料斗。其底部与料
6、筒连接处是加料孔，该处有截断装置 可以调整和截断料流。在加料孔的四周有冷却夹套，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18 02 9 0 T，料筒内压可达60MPa。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 线加热
7、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心，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10120r/min,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)其中长径比(L/Ds
8、 )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40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，进步挤出机的生产能力。 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一个螺槽的容积之比，
9、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 螺杆各段的功能不同，
10、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H 1是个定值，一般H1 O.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H3 = 0. 020. 06 Ds。螺旋角8是螺纹 与螺杆横截面之间的夹角，随着8的增大，挤出机的生产能力进步，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，则8为1 7.26。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 都相应进步。但6 过
11、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、加料段塑料自料斗进进挤出机的料
12、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，固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丢脸出，塑料在挤出机中塑化，向前挤压活动，其主要动力来源于加料段的固体输送
13、，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很多新型的结构，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，这就不逐一先容了。双螺杆挤出机随着聚合物加产业的发展，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年代后期在意大利开发出来以后，经过半个多
14、世纪的精益求 精和完善，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目和类型的增加。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于同 一的料筒中，如图6所示 转下页）。双
15、螺杆挤出机有很多种不同的形式，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，这是由于双螺杆挤出机的螺杆还有诸如旋转方向、啮 合程度等等题目。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纵，约在1 0r/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300600r/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，二者有本质上的差别。双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤出机
16、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）加进，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，还有多种活动方式， 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。主要活动方式: 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，从而产生了活动。2、物料从压力较高的螺杆推力面向另一螺杆拖带面的活动，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），特别 是在异向旋转过程中，物料在A处受到阻碍
