雙螺桿擠出機(jī)得概述

雙螺桿擠出機(jī)是在單螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是在一個(gè)雙聯(lián)腔的機(jī)筒里并排橫放兩根螺桿，故稱(chēng)為雙螺桿擠出機(jī)。它由傳動(dòng)裝置(包括電機(jī)、離合器、傳動(dòng)箱與止推軸承)、機(jī)筒、螺桿、加熱器、機(jī)頭連接器 (包括多孔板)、加料裝置(包括料斗、定足加料器、纖維加料裝置)、機(jī)座及輔機(jī)(包括冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、水槽、風(fēng)刀、切粒機(jī))等組成。圖1所示的傳動(dòng)箱為集中傳動(dòng)型，它把以前用的變速和分配兩者分離的方式改進(jìn)為集中在一個(gè)傳動(dòng)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)精度高的特點(diǎn)。加料裝置可根據(jù)加工要求采用電磁振蕩定散加料器或螺桿加料器，或其他形式加料器。
雙螺桿擠出機(jī)按兩根螺桿的相對(duì)位置，分為嚙合型和非嚙合型。嚙合型按其嚙合程度分為部分嚙合型和全嚙合型。
雙螺桿擠出機(jī)按螺桿旋轉(zhuǎn)方向不同分為同向旋轉(zhuǎn)螺桿和反向旋轉(zhuǎn)螺桿兩大類(lèi)。反向旋轉(zhuǎn)又可以分為向內(nèi)和向外兩種，如圖3所示。 近二十年來(lái)，雙螺桿擠出機(jī)發(fā)展非常迅速，開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了各種系列的雙螺桿擠出機(jī)。西歐雙螺桿擠出機(jī)臺(tái)數(shù)已占擠出機(jī)總數(shù)的切%以上。在管材造粒機(jī)中幾乎100%使用雙螺桿擠出機(jī);在板材和型板機(jī)中占劍一的%?？梢?jiàn)它在橡塑工業(yè)中占有十分重要的地位。
隨著石油化工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的雙螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用也有了很大的發(fā)展。當(dāng)前尚處在以進(jìn)口機(jī)滿(mǎn)足生產(chǎn)的階段，引進(jìn)的主要機(jī)型有聯(lián)邦德國(guó)WP公司的ZSK、意大利UB公司的 TR、MD，美國(guó)的WE公司，日，本東芝公司的 TE、TEM，英國(guó)的RC，奧地利的CM等。國(guó)內(nèi)剛起步，塑料工業(yè)的發(fā)展對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的數(shù)量與質(zhì)量都提出極大的需求。由于它在塑料、橡膠和合成纖維等材料一的聚合和成型加工方面有獨(dú)特的性能和作用，因而應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣。
二、雙螺桿擠出機(jī)的 性能與加工行為
在雙螺桿擠出機(jī)上，既能完成塑化成型加工，又能完成或部分完成高分子聚合反應(yīng)。例如雙階zsK同向雙螺桿擠出機(jī)可將己內(nèi)酞胺與催化劑、促進(jìn)劑等混合進(jìn)行聚合反應(yīng)，經(jīng)排氣工序得到分子量高達(dá)七萬(wàn)到十萬(wàn)的聚己內(nèi)酞胺(尼龍6)材料。上海溶劑廠(chǎng)則在雙階zSK 雙螺桿擠出機(jī)上制備聚甲醛取得成功。
它能廣泛用于預(yù)塑、混料工藝，例如將增塑劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑、顏料與交聯(lián)劑很好混合，為造粒、壓延工序提供原料。同時(shí)可加入玻璃纖維提高塑料的強(qiáng)度和剛度，加碳酸鈣、滑石粉以增大制品的剛性，加石棉、云母以提高耐熱性，加碳黑以提高制品的導(dǎo)熱性，加氫氧化鋁、擴(kuò)渣、廢棉紗可改善塑料性能，節(jié)省石油資源，消除危害。若將聚丙烯和聚乙烯在機(jī)內(nèi)共混，可得到具有綜合性能良好的聚合材料。對(duì)于塑料、橡膠和合成纖維等聚合物的濃縮、排氧、脫水、擠壓、干燥，抽出單體和溶劑等工序均可應(yīng)用。
它還適應(yīng)各種樹(shù)脂粉料、邊角廢料、澆口流道料、舊膜及斷絲等的加工，工作性能良好。
雙螺桿擠出機(jī)的擠出加工行為不僅與單螺桿擠出機(jī)的擠出加工行為不同，而且同向與反向雙螺桿擠出機(jī)的加工機(jī)理也有很大差別。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.強(qiáng)制輸送
單螺桿擠出機(jī)主要依靠物料與機(jī)筒和螺桿間摩擦系數(shù)的差值而產(chǎn)生物料前移的動(dòng)力，其輸送效率低，只適用于粒料的輸送，輸送角小 (小于10。)，又受機(jī)頭壓力影響，不夠穩(wěn)定。在反向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)里，物料在被二根螺桿嚙合共轆線(xiàn)隔成的“c”形小宣中依靠螺桿棱線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)作強(qiáng)制性推進(jìn)。螺桿轉(zhuǎn)一圈，每一個(gè)“C”形小室的物料被輸送一個(gè)導(dǎo)程。輸送量與機(jī)頭壓力、物料與機(jī)筒的摩擦系數(shù)無(wú)關(guān)，所以輸送穩(wěn)定性好、效率高。至于同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)，雖然也是靠摩擦力輸送，但其物料流動(dòng)軌跡在空間卻呈“co”形。在嚙合區(qū)，一根螺桿的螺棱有阻止另一根螺桿上的物料打滑的作用，增大了軸向輸送量，輸送效率也比單螺桿高。
2.物料的壓縮
物料從粒子料、邊角料、粉料及澆口流道料等固態(tài)物料變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，體積縮小。為保證連續(xù)傳熱、熔化、排氣和保證制品的致密性，物料的壓縮是十分重要的。單螺桿擠出機(jī)主要是依靠摩擦力以及螺槽深度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的壓縮的。而雙螺桿擠出機(jī)壓縮物料的方法要多得多，綜合效應(yīng)好。為改變螺桿導(dǎo)程、螺紋頭數(shù)、螺棱寬度，增加反向螺紋和捏合塊等混煉元件來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮效應(yīng)。還可以采用錐形螺桿，改變外徑和根徑尺寸等方法予以解決。
3.物料的熔融
在單螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料的輸送是沿連續(xù)的螺槽進(jìn)行的，與機(jī)筒的內(nèi)表面相接觸的“固體塞”首先被熔融，形成表面的“熔膜”。隨著螺棱的推進(jìn)，“熔膜”被刮向前方，形成“熔池”。這樣，“溶池”和“固體塞”彼此分開(kāi)，不能達(dá)到良好的分散和混煉。而在雙螺桿內(nèi)，由于螺棱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物料在螺槽中(如c形室)并不連續(xù)。當(dāng)通過(guò)嚙合部件時(shí)，物料運(yùn)動(dòng)激烈，“熔膜” 破壞，并反復(fù)混合。因此，它的剪切攪拌和棍煉效果大大優(yōu)于單螺桿擠出機(jī)。
4.均化和混合
同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的混煉、均化質(zhì)量很高，采用捏合塊大大提高了剪切、混合功能。雙螺桿擠出機(jī)還具有強(qiáng)烈的“分流”和“側(cè)流”效應(yīng)，它有四個(gè)側(cè)隙會(huì)產(chǎn)生“漏流”，所以物料還承受著多次輾壓作用。此外還具有明顯的 ‘換位”作用。加強(qiáng)了物料變形。以上特征，使同向雙螺桿擠出機(jī)廣泛用于聚合“合金”、配料、預(yù)塑、改性和共混。
反向雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速較低。若適當(dāng)加大間隙，物料流動(dòng)情況也是很復(fù)雜的。同單螺桿擠出機(jī)相比較，其混合均化質(zhì)量也要好得多。由于反向雙螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速低、剪切速率也較小，因此物料不易被分解，更適用于加工熱穩(wěn)定性較差的PvC等物料，成為管材、板材和型材等。
5.自清理性能好
雙螺桿擠出機(jī)的螺棱具有自動(dòng)清理另一根螺桿螺槽上物料的性能，物料不易附著在螺槽上，不易出現(xiàn)慢速停滯區(qū)，其滯留時(shí)間為單螺桿滯留時(shí)間的全左右。因此，有利于加工容易分解和熱穩(wěn)定性較差的物料?？梢灶A(yù)見(jiàn)，加工 PvC等制品的單螺桿擠出機(jī)將被雙螺桿機(jī)取代。
6.產(chǎn)量和比能
在相同直徑下，雙螺桿機(jī)的螺桿螺距小而螺槽深，有效螺槽容積約為單螺桿擠出機(jī)的兩倍。物料是用兩根螺桿輸送的，輸送廷是單螺桿的4倍，比能(單位產(chǎn)量所需的能量、僅為單螺桿的1/2，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
三、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用
從以上對(duì)雙螺桿擠出機(jī)性能作用和其加工行為的分析，可以看出它具有顯著的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)效益。上?；C(jī)械四廠(chǎng)按照從單螺桿機(jī)到雙螺桿機(jī)的發(fā)展道路，巳開(kāi)發(fā)出小35雙螺桿擠出機(jī)，采用變速和分配分離的傳動(dòng)方式，采取積木式設(shè)計(jì)，螺桿可按需要任意組合，風(fēng)冷排氣。第一臺(tái)用在科研單位作玻纖增弧研究，第二臺(tái)將在有關(guān)院校作高弧度、高分子量聚乙烯凍膠拉絲試驗(yàn)之用。為建立自己的、水平較高的雙螺桿擠出機(jī)系列，在消化吸收的基礎(chǔ)上，正開(kāi)發(fā)試制中53雙螺桿擠出機(jī)。將采用集中傳動(dòng)、水冷、玻纖增強(qiáng)、裝配式螺桿、電磁振蕩定量加料等先進(jìn)技術(shù)。應(yīng)用可換的螺桿元件和簡(jiǎn)體段的積木式設(shè)計(jì)可使用戶(hù)在整個(gè)加工長(zhǎng)度上的任何地點(diǎn)改變和準(zhǔn)確控制工作條件，固體、液體或氣體組分可以在工作段的任何地點(diǎn)投入，可以按照需妄來(lái)形成高壓區(qū)或低壓區(qū)。扭矩容量高，螺桿溝道中自由容積大，可將塑料原料加工成性能符合最終用途要求的產(chǎn)品，可將粉末料變?yōu)榱Ａ希绕溥m用于當(dāng)前各種要求填充、增強(qiáng)和摻合處理的改性工程塑料。這些機(jī)組既可作生產(chǎn)用也可作研究試驗(yàn)用。雙螺桿擠出機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用必將展現(xiàn)廣闊的前途。