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。

双螺杆塑料挤出机螺杆从结构形式上可分为整体式和组合式两种。

㈠整体式双螺钉：螺钉是由整根材料制成，分为以下几种： aColombo型：这是一种同向旋转的双螺杆挤出机，它的螺杆由三个单头螺纹段组成，每个段有不同的螺距，根径，外径。它的外径由加料部分向口模方向分段变小，而根径则逐渐增大。在加料段附近螺距较大，而在中间段稍微小一些，在口模附近螺距 小。各分段间为环状无螺纹区域，可产生较强混合效果。所有的螺纹都是两个螺杆啮合的。所述螺杆在料筒上需加工出三个相应的台阶。通过改变螺距和螺纹内外径，可以得到双螺杆的压缩比。 2Pasquetti型：这种双螺纹，异向旋转，也是由三段螺纹组成。在两个螺杆内外径之间留有一定的空隙;内、外直径的长度保持不变，通过逐渐减小螺距得到压缩比。每段螺纹之间都有一个无螺纹区域，当物料经过该区域时得到进一步混合。 c.Mapre型：这也是一个异向旋转的双螺旋，螺旋的形状是矩形。整个螺杆的直径保持不变，但螺纹棱角由进料端朝口模端逐渐增大，从而得到压缩比。 ①锥形双螺杆：由三段螺纹组成，通过锥形螺纹得到压缩比。 ㈡组合双螺纹：用不同数量、具有不同功能的螺纹元件，按一定要求和顺序，安装在带导向键或六角芯轴上组合而成。可根据加工物料及不同工艺要求，选择不同数量和类型的螺杆元件及其 组合进行挤压成型加工。采用这种方法，可在有限的螺杆件上进行不同的组合，以适应不同的要求，从而解决了加工要求的通用性与机床专用性之间的矛盾。 螺旋元件种类繁多，主要有输送元件，剪切元件，混合元件，压缩元件，捏合元件等。 ②输送元件：大多为螺旋型，主要作用是输送物料，也将物料混合。 b剪切元件：由剪切盘或剪切线组成，起剪切物料的作用。 ③混合体：由两组齿盘组成，一组螺杆插入另一组螺杆的两组盘间，主要起混合体的作用。齿数和齿形取决于混合要求。 ①捏合元件：由不同数量的捏合盘组成，每盘宽度不同，各盘间以不同角度排列;所有捏合盘横断面均相同。捏合的圆盘之间形成楔状流动，使熔体产生强烈的循环，当熔体从一个圆盘流向另一个圆盘时，产生强烈的横向混合和剪切。若在一个方向上将一根螺杆上的几个捏合盘错开，则可使物料不仅流向下游，而且流向上游，实现纵向混合。 本实用新型还将双螺杆挤出机料筒结构分为整体式和组合式两种。整块料筒一般多用于单用途。组合料筒由几个料筒段连接而成，有的料筒段上开有排气口，有的无排气口。根据工艺要求和螺杆配合，组合出整个组合料筒的长度和排气口位置。