混炼技术及装备的思考与见解

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1、混炼技术及装备的思考与见解随着经济和科学技术的高速发展，社会对高分子材料的品种、性能和质量提出了更高的要求，从而要求有新的混炼技术和装备来满足这个需要。为此，美国、瑞士、日本、德国等发达国家相继推出FCM连续混炼机、BUSS混炼机、KCK混炼机、Pomini密炼机和同向平行双螺杆挤出机等新型混炼装备。尽管这些混炼装备的结构、原理有所不同，但它们都有共同追求的技术目标，即高效、多功能、经济地完成混炼三要素不同的混炼目的和内容，对所需设备的功能提出了不同的要求。因此在高聚物混炼加工技术领域中，混炼机理、配方及结构形态的研究，混炼装备和控制技

2、术开发研究，最佳操作工艺条件的科学确定三者是有机地结合在一起的。从高聚物流动和变形的角度分析，提高混炼质量应从物料在挤出机内的滞留时间、剪切变形、比能、分流数以及粒束位置变换等五个方面进行考虑。单螺杆挤出机主要用剪切型、分流型、流束位置交换型混合件来完成混合混炼加工，由于每类元件都不可能同时满足上述五方面的工作要求，因此提出了开发特殊形式的高效多功能螺杆混炼机的任务。1．1同向平行双螺杆混炼挤出机　　同向平行双螺杆混炼挤出机由于其优异的分散混合及分布混合性能、优良的自清功能和灵活多变的积木式结构等特点，一直被作为大型石化企业下游工序和制

3、取高分子合金材料的重要装备，可以用于4个方面：①对含一定水分、溶剂和单体的物料直接进行清洗、凝固、挤压、脱水干燥和造粒；②对含有各种添加剂的聚合物进行填充、共混、增强、排气、脱挥、着色、均化和造粒；③对粉沫涂料、色母料、催化剂、油漆、食品、纸浆等进行分散混合；④特种物料的混合与成型。　　同向平行双螺杆混炼挤出机的基本原理是利用2根互相啮合的螺杆在机筒的“∞”字型区间高速同向旋转，完成对高聚物的输送、压缩、塑化、混合、混炼、填充、排气、计量和成型等工艺过程。由于它的螺杆螺纹元件和机筒是组合的，可以根据功能不同作任意组合，因此该机型的适应性

4、强，应用面广，可以完成一般单螺杆挤出机和其他类型混炼装备所不能完成的复杂工艺过程。但是双螺杆挤出机由于加工机理特殊、结构复杂，加工物料种类繁多，使螺杆、机筒、轴承、传动等主要部件比单螺杆挤出机要复杂得多，因而成本也较昂贵，尤其是螺杆芯轴的强度受到2螺杆中心距的限制，因此不能传递过大的扭矩，这些缺点在一定程度上限制了双螺杆挤出机的应用范围。　　国际上生产同向平行双螺杆挤出机的著名厂家Werner&Pfeiderer(简称WP)公司自1953年应用R．Erdmenger等人成果生产出ZSK系列商用机以来，根据各个时期产品的特点将同向平行双螺

5、杆挤出机的发展历程大致分为6个阶段。20世纪90年代未研制出来的第6代最新机型，主要特征为超高扭矩、超高转速、多功能、低能耗和高耐磨。扭矩系数达到11MN／m。，比第5代提高了30％，螺杆最高转速为l200r／min，中小型机可达到3000r／min。螺杆的最大长径比从传统的1：48提高到l：72。　　第6代同向平行双螺杆挤出机的研究成功，从某一侧面反映了发达国家的高聚物混炼加工技术及其装备研究领域的最新成就。　　由于螺杆转速的提高也带来下列问题：(1)物料在螺杆内的停留时间减少，导致混炼不足；(2)高粘度物料容易升温、易分解；(3)机

6、筒、螺杆易磨损；(4)辅助机械和连动装置的速度和精度要求提高；(5)螺杆要进行优化组合；(6)混炼性能的提高、工艺条件设定要借助于CAE技术的帮助；(7)必须采用熔体齿轮泵挤出机解决高速引起的压力波动。　　1．2FCM连续混炼机　　FCM是由美国法雷尔(Farrel)公司最早研制成功的连续混炼机。它克服了密炼机间歇工作的缺点，保留了密炼机的优异混炼特性，并使之成为连续工作的混炼机。其传统典型形式是2阶式，第1阶是混炼机，第2阶是单螺杆挤出造粒机。　　该机器可以用于对填充高聚物、未填充高聚物、增塑高聚物、未增塑高聚物、热塑性高分子材料、橡

7、胶掺混料、色母料等进行混合，也可以用于含有挥发物的聚烯烃或合成橡胶的混合，具有能连续工作、操作灵活简便、对工艺的适应性强、维护方便、效率高、产量大，物料质量均匀等特点。　　FCM连续混炼机主要由转子和机筒等部分组成。机筒上的混炼腔为2个相互贯通、横截面为圆形的孔。转子的工作部分主要由加料段、混炼段和出料段组成。混炼段的表面上有2段螺纹，与加料段相接的螺纹和与排料段相接的螺纹方向相反。前者把物料推向排料段，而后者则迫使物料向回运动，混合料在2段反向螺纹的作用下，在混炼室内堆积，并被剪切、辊压、粉碎、熔融和混合，从而达到所需的均匀程度。随着

8、新物料的不断加入，已经混合好的物料最终被移向出料段。其中物料在2根转子之间的横向流动起着非常重要的作用。　　当进行混炼时，转子以其特殊的外型结构，并以转子翼尖和混炼室壁之间相对较大的间隙，在混炼室内转动。原