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双螺杆挤出机得概述

双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机的基础上发展起来的。它是在一个双联腔的机筒里并排横放两根螺杆,故称为双螺杆挤出机。它由传动装置(包括电机、离合器、传动箱与止推轴承)、机筒、螺杆、加热器、机头连接器 (包括多孔板)、加料装置(包括料斗、定足加料器、纤维加料装置)、机座及辅机(包括冷却系统、排气系统、水槽、风刀、切粒机)等组成。图1所示的传动箱为集中传动型,它把以前用的变速和分配两者分离的方式改进为集中在一个传动箱内,具有结构紧凑、传动精度高的特点。加料装置可根据加工要求采用电磁振荡定散加料器或螺杆加料器,或其他形式加料器。
双螺杆挤出机按两根螺杆的相对位置,分为啮合型和非啮合型。啮合型按其啮合程度分为部分啮合型和全啮合型。
双螺杆挤出机按螺杆旋转方向不同分为同向旋转螺杆和反向旋转螺杆两大类。反向旋转又可以分为向内和向外两种,如图3所示。 近二十年来,双螺杆挤出机发展非常迅速,开发并应用了各种系列的双螺杆挤出机。西欧双螺杆挤出机台数已占挤出机总数的切%以上。在管材造粒机中几乎100%使用双螺杆挤出机;在板材和型板机中占剑一的%。可见它在橡塑工业中占有十分重要的地位。
随着石油化工业的发展,我国的双螺杆挤出机的应用也有了很大的发展。当前尚处在以进口机满足生产的阶段,引进的主要机型有联邦德国WP公司的ZSK、意大利UB公司的 TR、MD,美国的WE公司,日,本东芝公司的 TE、TEM,英国的RC,奥地利的CM等。国内刚起步,塑料工业的发展对双螺杆挤出机的数量与质量都提出极大的需求。由于它在塑料、橡胶和合成纤维等材料一的聚合和成型加工方面有独特的性能和作用,因而应用领域也越来越广。
二、双螺杆挤出机的 性能与加工行为
在双螺杆挤出机上,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应。例如双阶zsK同向双螺杆挤出机可将己内酞胺与催化剂、促进剂等混合进行聚合反应,经排气工序得到分子量高达七万到十万的聚己内酞胺(尼龙6)材料。上海溶剂厂则在双阶zSK 双螺杆挤出机上制备聚甲醛取得成功。
它能广泛用于预塑、混料工艺,例如将增塑剂、稳定剂、发泡剂、颜料与交联剂很好混合,为造粒、压延工序提供原料。同时可加入玻璃纤维提高塑料的强度和刚度,加碳酸钙、滑石粉以增大制品的刚性,加石棉、云母以提高耐热性,加碳黑以提高制品的导热性,加氢氧化铝、扩渣、废棉纱可改善塑料性能,节省石油资源,消除危害。若将聚丙烯和聚乙烯在机内共混,可得到具有综合性能良好的聚合材料。对于塑料、橡胶和合成纤维等聚合物的浓缩、排氧、脱水、挤压、干燥,抽出单体和溶剂等工序均可应用。
它还适应各种树脂粉料、边角废料、浇口流道料、旧膜及断丝等的加工,工作性能良好。
双螺杆挤出机的挤出加工行为不仅与单螺杆挤出机的挤出加工行为不同,而且同向与反向双螺杆挤出机的加工机理也有很大差别。主要表现在以下几个方面。
1.强制输送
单螺杆挤出机主要依靠物料与机筒和螺杆间摩擦系数的差值而产生物料前移的动力,其输送效率低,只适用于粒料的输送,输送角小 (小于10。),又受机头压力影响,不够稳定。在反向旋转的双螺杆挤出机里,物料在被二根螺杆啮合共辘线隔成的“c”形小宣中依靠螺杆棱线的旋转作强制性推进。螺杆转一圈,每一个“C”形小室的物料被输送一个导程。输送量与机头压力、物料与机筒的摩擦系数无关,所以输送稳定性好、效率高。至于同向旋转的双螺杆挤出机,虽然也是靠摩擦力输送,但其物料流动轨迹在空间却呈“co”形。在啮合区,一根螺杆的螺棱有阻止另一根螺杆上的物料打滑的作用,增大了轴向输送量,输送效率也比单螺杆高。
2.物料的压缩
物料从粒子料、边角料、粉料及浇口流道料等固态物料变为液态时,体积缩小。为保证连续传热、熔化、排气和保证制品的致密性,物料的压缩是十分重要的。单螺杆挤出机主要是依靠摩擦力以及螺槽深度的变化来实现物料的压缩的。而双螺杆挤出机压缩物料的方法要多得多,综合效应好。为改变螺杆导程、螺纹头数、螺棱宽度,增加反向螺纹和捏合块等混炼元件来实现压缩效应。还可以采用锥形螺杆,改变外径和根径尺寸等方法予以解决。
3.物料的熔融
在单螺杆挤出机内物料的输送是沿连续的螺槽进行的,与机筒的内表面相接触的“固体塞”首先被熔融,形成表面的“熔膜”。随着螺棱的推进,“熔膜”被刮向前方,形成“熔池”。这样,“溶池”和“固体塞”彼此分开,不能达到良好的分散和混炼。而在双螺杆内,由于螺棱的相对运动,物料在螺槽中(如c形室)并不连续。当通过啮合部件时,物料运动激烈,“熔膜” 破坏,并反复混合。因此,它的剪切搅拌和棍炼效果大大优于单螺杆挤出机。
4.均化和混合
同向旋转双螺杆挤出机的混炼、均化质量很高,采用捏合块大大提高了剪切、混合功能。双螺杆挤出机还具有强烈的“分流”和“侧流”效应,它有四个侧隙会产生“漏流”,所以物料还承受着多次辗压作用。此外还具有明显的 ‘换位”作用。加强了物料变形。以上特征,使同向双螺杆挤出机广泛用于聚合“合金”、配料、预塑、改性和共混。
反向双螺杆挤出机的转速较低。若适当加大间隙,物料流动情况也是很复杂的。同单螺杆挤出机相比较,其混合均化质量也要好得多。由于反向双螺杆挤出机转速低、剪切速率也较小,因此物料不易被分解,更适用于加工热稳定性较差的PvC等物料,成为管材、板材和型材等。
5.自清理性能好
双螺杆挤出机的螺棱具有自动清理另一根螺杆螺槽上物料的性能,物料不易附着在螺槽上,不易出现慢速停滞区,其滞留时间为单螺杆滞留时间的全左右。因此,有利于加工容易分解和热稳定性较差的物料。可以预见,加工 PvC等制品的单螺杆挤出机将被双螺杆机取代。
6.产量和比能
在相同直径下,双螺杆机的螺杆螺距小而螺槽深,有效螺槽容积约为单螺杆挤出机的两倍。物料是用两根螺杆输送的,输送廷是单螺杆的4倍,比能(单位产量所需的能量、仅为单螺杆的1/2,经济效益十分显著。
三、开发与应用
从以上对双螺杆挤出机性能作用和其加工行为的分析,可以看出它具有显著的优越性和经济效益。上海化工机械四厂按照从单螺杆机到双螺杆机的发展道路,巳开发出小35双螺杆挤出机,采用变速和分配分离的传动方式,采取积木式设计,螺杆可按需要任意组合,风冷排气。第一台用在科研单位作玻纤增弧研究,第二台将在有关院校作高弧度、高分子量聚乙烯冻胶拉丝试验之用。为建立自己的、水平较高的双螺杆挤出机系列,在消化吸收的基础上,正开发试制中53双螺杆挤出机。将采用集中传动、水冷、玻纤增强、装配式螺杆、电磁振荡定量加料等先进技术。应用可换的螺杆元件和简体段的积木式设计可使用户在整个加工长度上的任何地点改变和准确控制工作条件,固体、液体或气体组分可以在工作段的任何地点投入,可以按照需妄来形成高压区或低压区。扭矩容量高,螺杆沟道中自由容积大,可将塑料原料加工成性能符合最终用途要求的产品,可将粉末料变为粒料,尤其适用于当前各种要求填充、增强和掺合处理的改性工程塑料。这些机组既可作生产用也可作研究试验用。双螺杆挤出机开发与应用必将展现广阔的前途。