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。

塑料挤出机在塑料加工行业中得到广泛的应用

近二十年前，我们所知道的挤出机上料通常是靠人工完成，人们很吃力地将粒料从某个地方成袋或成箱地加入挤出机的料斗里。然而随着在塑料加工过程中自动化技术的引入，人们可从重体力劳动和粉尘飞扬的环境中解脱出来。原来由人工完成的工作现在由输送设备等自动完成。 挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用 为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长，混合均匀。SJSZ系列锥形双螺杆挤出机具有强制挤出、高质量、适应性广、寿命长、剪切速率小、物料不易分解、混炼塑化性能好、粉料直接成型等特点，温度自控，真空排气等装置。适用于管、板、异形材等制品的生产。 单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年来，单螺杆挤出机有了很大的发展。目前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径达700mm，产量为36t/h。单螺杆挤出机发展的主要标志在于其关键零件——螺杆的发展。 近几年以来，人们对螺杆进行了大量的理论和实验研究，至今已有近百种螺杆，常见的有分离型、剪切型、屏障型、分流型与波状型等。从单螺杆发展来看，尽管近年来单螺杆挤出机已较为完善，但随着高分子材料和塑料制品不断的发展，还会涌现出更有特点的新型螺杆和特殊单螺杆挤出机。 在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。塑料挤出机经过100多年的发展，已由原来的单螺杆衍生出双螺杆、多螺杆，甚至无螺杆等多种机型。塑料挤出机可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。因此，塑料挤出成型机械无论现在或将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。