同向双螺杆挤出特点及螺杆组合原则

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1、专论与综述MonographandReview同向双螺杆挤出特点及螺杆组合原则郭奕崇　李庆春　闫宝瑞(北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所,北京,100029)提　要　在可视化挤出试验的基础上叙述了同向双螺杆挤出的特点,并将其与单螺杆和异向双螺杆进行了比较,以及对同向双螺杆挤出工艺制定中的关键问题———螺杆组合进行了探讨。关键词　同向双螺杆,螺杆组合　　螺杆挤出是最常用的聚合物加工方法之一,双以开放,也可以不开放。几何复杂性是单、双螺杆螺杆挤出机出现于20世纪30年代。它主要有单螺最根本的区别之一。杆与双螺杆两种形式。根据两根螺杆相对旋转方向1.2　螺槽的非

2、充满的不同,分为同向旋转和异向旋转两大类。60年同向双螺杆挤出过程中,大多数的螺槽没有充代又出现了两螺杆轴线不平行的锥形双螺杆挤出满物料,这种情况可用螺槽充满度ε来表示:机,它属于异向旋转。异向旋转双螺杆挤出机挤出V1ε=(1)稳定,主要用于管材、型材等对截面尺寸要求高的V0制品的挤出成型,目前门窗型材的生产大多以异向　　式中:V0为单位轴向长度上双螺杆螺槽的体旋转的锥形双螺杆挤出机作为主机。同向旋转双螺积,V1为单位轴向长度上螺槽中物料的体积。只杆挤出机主要用于混料。混料在聚合物加工中占有有当物料向前运动遇到较大的阻力时,螺槽才可能重要地位,50%以上的聚

3、合物树脂在成为最终制品被物料充满。这种情况大多发生在机头附近、反向[1]前都要经过螺杆混料,可见同向双螺杆挤出机的螺杆元件上游、捏合元件上游和排气口前等部位。重要性。现在使用的同向双螺杆挤出机的挤压系统因为这里常常放置反向螺纹元件,让螺槽中充满物绝大多数采用模块结构,各机筒组件、各螺杆元件料来堵塞排气口与加料口间的通道,使真空排气成可以通过变换组合来满足特定混料过程对输送、熔为可能。导致非充满的原因有两个:一是双螺杆挤融、混炼、脱挥、均化等方面的特殊要求。本文就出的正位移机理,二是双螺杆多采用计量加料而不同向双螺杆挤出过程的特点及生产中人们十分关心是溢流加料

4、。图1和图2就是同向双螺杆挤出中熔的螺杆组合问题进行探讨。文中的一些观点是在可融段螺槽非充满的情况,它们是通过可视化双螺杆视化试验观察的基础上提出的,关于可视化双螺杆挤出机机筒上的视窗拍摄的,图下方的箭头表示物挤出试验可见参考文献[2,3]。料的运动方向。1　同向双螺杆挤出的基本特点1.1　螺杆几何的复杂性双螺杆并非是两根单螺杆的简单组合,双螺杆与机筒之间除具有螺棱间隙以外,还有侧隙、压延间隙和四面体间隙。啮合型双螺杆有全啮合与部分啮合之分,而全啮合型还可再进一步细分为共轭型和非共轭型两类。螺杆几何参数如螺杆直径

5、相关联的。因几何参数的不同,双螺杆螺槽流道横向可图1　粒料的熔融42001年第12期　化工进展©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.而双螺杆挤出是基于正位移。正位移是指螺杆输送机中物料在螺杆旋转一周期间,被强制地沿轴向向前推进的一个导程的距离。它仅与几何因素(如螺纹导程)、螺杆转速有关,而与物料和螺杆、机筒间的摩擦无关。实际上正位移要求严格的几何条件。例如在双螺杆挤出中,只有在螺槽流道的横向、纵向都封闭时,正位移才有可能。但对同向双螺杆挤出机来说,这是不可能的。在几个间隙

6、中产图2　粉料的熔融生的漏流和反向元件、中性元件的存在使正位移进一步被削弱;另一方面,在双螺杆的非啮合区,物1.3　挤出过程中物料运动的多样性料的运动现象及机理确与单螺杆挤出有相似之处。如前所述,双螺杆多采用计量加料,这样,加因此,同向双螺杆挤出过程兼具摩擦拖曳和正位移料量成为一个独立的操作变量。加料量不同,螺槽两种特征。的充满度就不同,物料在挤出过程中的运动形式也1.5　同向双螺杆挤出中的熔融不同,这是单螺杆挤出中没有的现象。当充满度ε上面提到,单螺杆挤出的机理是摩擦拖曳,这较小时,在固体输送段下游处的相邻物料互相粘连时正常挤出只有在螺槽完全充满,物料被压

7、实后才形成若干个独立的料团后进入熔融段。在熔融过程能进行。在螺杆机筒的摩擦拖曳及机筒内压力的作中,料团在机筒、螺杆的共同作用下,一边沿螺槽用下,熔料逐渐在螺棱推进面的前方堆积,形成熔纵向向前滚动,一边熔融。粉料的密度较小,在同池,使螺槽中熔料与固体物料间界线分明。而同向样产量的情况下,其体积加料量要比粒料大,螺槽双螺杆挤出时,摩擦拖曳作用较小,但由于有正位充满度也更大些。由于充满度很大而又没有被压移作用,螺槽未充满时物料也可以向前运动,没有实,物料不再是若干个独立的料团,而成为连续的条件形成熔池,熔料与固体料间的位置变换频繁,物料床。根据可视化观察试验,可以

8、大致把不同的未熔物料始终散布在熔料中。这种情况可见图