塑料螺杆挤出机的工作原理介绍

螺杆的塑料挤出机是塑料成型加工 主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。螺杆挤出机自诞生以来，经过近百年的发展，已由普通螺杆挤出机发展为新型螺杆挤出机。尽管新型螺杆挤出机种类繁多，但就挤出机理而言，基本是相同的。传统螺杆挤出机挤出过程，是靠机筒外加热、固体物料与机筒、螺杆摩擦力及熔体剪切力来实现的。“摩擦系数”和“摩擦力”，“粘度”和“剪应力”是影响传统螺杆挤出机工作性能的主要因素，由于影响“摩擦”和“粘度”的因素十分复杂，因此，传统螺杆挤出机挤出过程是一个非稳定状态，难以控制，对某些热稳定性差、粘度高的热敏性塑料尤为突出。自60年代以来，世界上各国学者对螺杆挤出机理进行了大量研究，也取得了明显的成就，但由于他们的研究大多局限于传统塑料挤出成型机理、机械结构形式和换能方式，因而一直未能取得重大突破。传统螺杆挤出机所存在的如体积庞大、能耗高、噪音大、产品质量提高难等一系列缺点没有得到根本解决。 1979年，瞿金平教授在多年教学、科学研究实践中，经过长期观察思索和理论研究后，在总结前人研究的基础上，大胆提出将振动场引入挤出成型全过程的设想，并对传统螺杆挤出机结构进行彻底变革。经过两年的艰苦努力，1990年终于研制出 台塑料电磁动态塑化挤出机原理样机，原理样机采用直接换能方式，将振动场引入塑料化挤出全过程，从原理到机械结构都完全不同于传统螺杆挤出机，克服了传统设备的许多缺陷，具有体积小、重量轻、制造成本低、能耗低、噪音小、塑化混炼效果好等优点。1990年底，国家科委火炬高技术产业开发中心组织专家们经过考察和答辩后，将其列入1991年 火炬计划预备项目，进行研制开发。1991年7月，系列研究之一的“塑料共挤出设备的机电磁一体化研究”获“霍英东青年教育基金”的资助。在该基金的资助下，对塑料电磁动态塑化挤出机理共挤复合机理进行深入研究，在国内外 提出了聚合物电磁动态塑化挤出工程原理，建立了比较完善的聚合物动态固体输送、熔融、熔体输送数学模型，阐明并定量地描述了聚合物动态塑化挤出过程的基本规律。依据新原理研制出国内外首创的“塑料电磁动态塑化挤出设备”。 双螺杆市场创新技术趋势：双螺杆加工技术已经成为塑料加工业应用极为普遍的一种加工手段，相应的竞争也极为激烈。如何在激烈的竞争中立于不败之地?不同供应商纷纷推出各有特色的创新技术以赢得市场。高速、高产量高速、高效、节能一直是近年来国际塑料机械不断改进的主旋律。高速和高产量可使投资者以较低的投入获得高额的回报。但是，螺杆转速高速化带来一系列极待解决的问题：如物料在螺杆内停留时间短，容易引起物料混炼塑化不均;过高剪切可能造成物料急骤升温和热分解;可能出现挤出稳定性问题;需要高性能辅机和精密控制系统与之配套;螺杆与机筒的磨损问题以及减速传动箱设计问题等。因此，针对高速化可能带来的问题提供解决方案，便是双螺杆供应商技术创新的重要方向之一。德国贝尔斯托夫(Berstorff)公司推出的新型双螺杆挤出机-ZEUTX系列，性能与众不同之处在于拥有优异的螺杆直径/生产率比。螺杆设计 转速达1200rpm，扭矩大，挤出产能在100～3500kg/h之间。可同时进行物料的混炼、反应、排气等工序。机筒和螺杆采用了模块式设计，能满足各种特殊工艺要求，具备优异的加工工艺灵活性，还配有ZSEF型侧边喂料器，可实现高的固体颗粒输送率，切粒机可匹配不同的产率和材料加工。 为了适应高速、高产的需要，该挤出机拥有多处改进。装备了筒式加热器，可在极短时间内完成挤出机的升温工作， 加热温度可达450℃;冷却流道设计真正实现了逆向流冷却，优化了冷却系统;配置了“弓形夹紧装置”，更换机筒的时间可比传统螺栓连接型更快;机筒采用了带有专利的高频淬火硬化工艺，赋予 的耐磨性能，从而省去了昂贵的耐磨衬套;另外，还配备有该公司的 工艺控制系统。多功能化在功能方面，双螺杆挤出机已不再局限于高分子材料的成型和混炼，其用途已拓展到食品、饲料、炸药、建材、包装、纸浆和陶瓷等领域。此外，将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的“一步法直接挤出工艺”也非常具有吸引力。 WPC(木塑复合材料)用于户外应用，如作甲板铺板和栅栏已经有相当长的时间，特别是在美国。公司专门开发了Fiberex系列，并不断使它 化以用于WPC成型。第四代Fiberex，具有一个加长的、耐磨加工单元，能充分满足顾客的不同要求，并达到高的产量。在去年的NPE展览会上，公司演示了整条Fiberex中试生产线，生产线配有一台生产量为200kg/h(440lb/h)的FiberexT58挤出成型机，用于成型加工75%木粉填充量的PP配混物。生产线制造一种用于家具工业的异型材，壁厚2.5mm，挤出定型速度2m/min。大型化和精密化实现挤出成型设备的大型化可以降低生产成本，对于大型双螺杆造粒机组、吹膜机组、管材组更是如此。在中国，大型化设备长期依赖于进口，现正在进行大型双螺杆造粒机组国产化研究。精密化可以提高产品的含金量，如多层复合共挤薄膜。熔体齿轮泵作为实现精密挤出的重要手段应加大力度进行开发研究。国际知名供应商在大型挤出机开发方面已有大量成熟的技术。为了满足不同客户的需要，JSW提供从TEX30到TEX400不同规格的双螺杆挤出机。其 大的双螺杆挤出机TEX400机筒直径443mm，总长35m，总重量达320吨。Yanbu国立石油公司不久前向W&P公司订购了一台大型双螺杆ZSK320挤出机，包括电机、造粒机以及水冷系统，总值超过2000万欧元。根据不同聚合物品种与粘度，其产量达每小时25-50吨。

塑料挤出机的组成

塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。 挤压系统 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。 ⑴螺杆：是挤塑机的 主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。 ⑵机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15～30倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。 ⑶料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。 ⑷机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具，机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳的导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙，使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理，消除积存塑料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料挤出时压力波动，也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。 挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角，将机头分成斜角机头（夹角120o）和直角机头。机头的外壳是用螺栓固定在机身上，机头内的模具有模芯坐，并用螺帽固定在机头进线端口，模芯座的前面装有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于通过芯线，在机头前部装有均压环，用于均衡压力，挤包成型部分由模套座和模套组成，模套的位置可由螺栓通过支撑来调节，以调整模套对模芯的相对位置，便于调节挤包层厚度的均匀性，机头外部装有加热装置和测温装置。 传动系统 传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。 而在结构基本相同的前提下，减速机的制造成本大致与其外形尺寸及重量成正比。因为减速机的外形和重量大，意味着制造时消耗的材料多，另所使用的轴承也比较大，使制造成本增加。 同样螺杆直径的挤出机，高速高效的挤出机比常规的挤出机所消耗的能量多，电机功率加大一倍，减速机的机座号相应加大是必须的。但高的螺杆速度，意味着低的减速比。同样大小的减速机，低减速比的与大减速比的相比，齿轮模数增大，减速机承受负荷的能力也增大。因此减速机的体积重量的增大，不是与电机功率的增大成线性比例的。如果用挤出量做分母，除以减速机重量，高速高效的挤出机得数小，普通挤出机得数大。 以单位产量计，高速高效挤出机的电机功率小及减速机重量小，意味着高速高效挤出机的单位产量机器制造成本比普通挤出机低。 加热冷却装置 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。 ⑴挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。 ⑵冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。