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1、第13卷第7期中国塑料Vol13No71999年7月CHINAPLASTICSJul1999啮合同向双螺杆挤出过程聚合物粒料熔融机理研究(三)*反向捏合块组合中熔融机理研究朱林杰耿孝正(北京化工大学机械工程学院,北京100029)摘要以装有玻璃视窗的可视化双螺杆挤出机为手段,在不同操作条件下对高密度聚乙烯(HDPE)粒料在不同错列角、不同轴向长度的反向捏合块的熔融过程进行了实验研究。以实验为基础,讨论了加料量、螺杆转速以及反向捏合块厚度与错列角对聚合物颗粒熔融过程的影响。研究表明,反
2、向捏合块的阻力大小对聚合物的熔融过程十分重要,捏合块中物料的充满度与物料的停留时间是聚合物颗粒熔融的决定因素。关键词双螺杆挤出过程捏合块熔融机理可视化聚合物颗粒(型号:LSM30,34)及自行研制的装有玻璃视0前言窗的可视化双螺杆挤出机(以下简称视窗可捏合块是啮合同向双螺杆挤出过程中聚视化挤出机)。合物熔融区域的常用螺杆元件;作者在对正实验物料:高密度聚乙烯(HDPE)牌号向捏合块组合中聚合物颗粒的熔融过程进行5000S,中国石化大庆石油化工总厂生产。了研究后,提出了海岛式熔融模型。本文将实
3、验机筒螺杆组合:实验中机筒螺杆的考察反向捏合块中高密度聚乙烯(HDPE)粒组合方式见图1与表1。有关符号的含义与料在不同操作条件下的熔融过程。前文相同。机筒温度设定:T1=100;T2=T3=200;T1~T3分别为三节可视化机筒1实验的设定温度。实验中螺杆转速及加料量的设实验设备:德国产Leistritz双螺杆挤出机定见表2。表1实验用螺杆构型编号螺杆结构No.1SE45/120+SE45/120+SE45/60+KB3/22.5/60(R)+SE45/90+KB3/22.5/60(R)+
4、SE45/60No.2SE45/120+SE45/120+SE45/60+KB4/30/60(R)+SE45/90+KB4/30/60(R)+SE45/60No.3SE30/120+SE45/120+SE45/60+KB4/30/30(R)+SE45/30+SE45/120+SE45/30No.4SE45/120+SE45/120+SE45/60+KB6/45/60(R)+SE45/90+SE45/60表2螺杆转速与加料量设置主机螺杆转速/rmin-12040608080加料螺杆转速/rm
5、in-12030405060加料量/kg/h1.283.25.17.038.95收稿日期:1999-04-1584啮合同向双螺杆挤出过程聚合物粒料熔融机理研究(三)加料量(Q=2.28kg/h)时聚合物颗粒在各种反向捏合块中的熔融过程如图2所示。211螺杆A中聚合物的熔融由于螺杆A中捏合块(3/22.5/60[R])只由三片捏合盘反向错列组成,故该反向捏合块的轴向开放程度大,对聚合物颗粒输送的阻力较小;在经过第一组反向捏合块后(视窗No.1)只有少部分聚合物颗粒出现表面熔融,大部
6、分颗粒仍保持固态(图2,)。少部分聚合物颗粒在啮合区被压实后与高温的机筒内表面接触,在机筒热传导的作用下发生熔融并在机筒内表面处形成熔膜。实验观察表明,宏观稳定的双螺杆挤出过程在螺杆每一转中不同相位角的熔融状态并非完全一致,而往往发生周期性的变化。随着螺杆转速的提高,反向捏合块中物料的充满度与变形度下降;在捏合块的出口处发现聚合物固液两相混合物中残留固相的比例增加。这是因为该捏合块中聚合物颗粒熔融主要能量来源是机筒热传导、聚合物颗粒间的固态摩擦与颗粒的塑性变形等,聚合图1螺杆构型与机筒组合物的熔融效
7、率取决于捏合块对颗粒产生的压2结果与分析实作用以及物料与机筒的接触时间、机筒的表面温度。但由于该捏合块的阻力小,因而21低加料量(Q=1.28kg/h)下聚合物颗聚合物颗粒的压实与变形程度低,机筒对聚粒的熔融过程1999年7月中国塑料85图2低加料量下反向捏合块中聚合物颗粒的熔融过程(加料量Q=128kg/h)(、螺杆A,视窗No.1;、螺杆A,视窗No.2;、螺杆B,视窗No.1;、螺杆B,视窗No.2;、螺杆C,视窗No.1;、螺杆D,视窗No.1;)-1-1-1
8、(a、螺杆转速N=20rminb、螺杆转速N=40rminc、螺杆转速N=60rmin)合物传导的热量也较小,故随着螺杆输送的的熔融可视化照片如图5。显然,聚合物增大,熔融效果变差。聚合物颗粒在视窗颗粒在该捏合块中的熔融比在螺杆A反向No.2中(即螺杆B第二组反向捏合块中,见捏合块中的好。这是由于螺杆B中反向捏图2)的熔融状态也说明了这一点:在该视合块(即4/30/60[R])由四片捏合片反向错窗中出现了聚合物颗粒的残留固相
