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双螺杆捏合机设备的基本功能

第一台用于塑料加工的双螺杆挤出机于1935年在意大利诞生以来,距今已有80余年时间。在这段历程中,随着现代塑料加工提出越来越多的单螺杆挤出机难以满足的要求,以及螺杆结构设计、应用基础研究和一些关键技术不断进步和完善,双螺杆捏合机出设备得到越来越广泛的应用。据统计,在发达工业国家,板材、异型材、片材、发泡材加工中双螺杆捏合挤出设备占有统治地位,而在其管材加工和造粒上几乎全部使用双螺杆捏合挤出设备。

双螺杆挤出机按两根螺杆啮合与否分类,可分成全啮合型、部分啮合型和非啮合型。前者的两根螺杆的螺棱各自不同程度地插入对方的螺槽,后者则近似两根单螺杆的并列,各自的螺棱游离于对方的螺槽。其中后两种类型受干涉问题的限制小,设计自由度大。而全啮合型双螺杆必须遵循啮合原理,以防止两根螺杆在空间位置上的干涉,故设计限制多、难度大。在挤出机理上,前者远比单螺杆复杂,应用较广:后者却近似于单螺杆挤出机,应用较少。按螺杆的旋向可分为自润滑同向旋转双螺杆挤出机( SWCOR)和紧密内啮合异向旋转双螺杆挤出机( CICTR)。

双螺杆挤出机的工作特性主要表现在输送作用、混合作用、自清理作用、剪切及辊压作用等几个方面。

1.输送作用

啮合型双螺杆与单螺杆之间的主要区别之一就是它们的输送机理不同。对单螺杆而言,其固体输送靠的是物料与机筒和螺杆的摩擦力的差值,熔体输送则凭它们之间的黏滞力,因此单螺杆输送机理取决于加工对象的固态摩擦性质和熔融态黏性性质。这种输送机理不仅效率低、能耗大,而且易出现不稳定现象。因为上述摩擦特性受诸多因素如温度、压力、速度、螺杆及机筒表面粗糙度、物料固

态形状等影响1啮合型双螺杆具有不同程度的强制输送特性,这种输送类似于双螺杆泵,因此工程上也常将异向双螺杆的输送能力称为泵送能力一

强制输送作用在几个方面改普了工作性能。第一・它减少了输送机理对物料与螺杆及机筒间的摩擦性质的依赖,提高了输送效率和稳定性,改善了进料性能,许多在单螺杆挤出机上难以进料的具有很高或很低黏度以及与金属表面有很宽范围摩擦系数的物料,如带状料、糊状料、粉料及玻纤料皆可加入:第二,它削弱了熔融态物料与螺杆和机筒间的黏滞性质对熔体输送机理的影响,增强了螺杆的容积效应,使螺杆特性线变硬及口模压力对挤出量的影响变小4,提高了熔体输送过程的稳定性:第三,啮合双螺杆可用计量方式加料,只要加料量不超过挤出机的援料能力(它取决于固体输送能力及螺杆和口模的特性线),则加料量可以是一个与其他条件无关的允许独立操作工艺参数1이

2.混合作用

混合是螺杆挤出加工的一个重要方面,对含多种成分的多相混合物料而言,希望通过混合使分散相颗粒尺寸减小至适当程度并将其均匀分布在连续相中:即使是对含分散相较少的近乎单相的加工对象,也期望通过混合使它各部分有尽可能接近的应变及温度历程,提高温度均匀性,缩小分子量及其分布的差异,以防止制品外观质量差,减少内应力和翘曲变形,提高其机械性能。啮合双螺杆及机筒之间存在

四个间,即径向间隙、侧向间隙、四面体间隙和螺棱间隙。物料流过它们时产生所谓的间隙漏流,间隙漏流虽然给挤出量带来损失,但也会产生不可低估的混合作用(称为间隙混合)。啮合双螺杆混合效果优于单螺杆,而间隙混合做了重要贞献。就啮合异向双螺杆而论,由于C型小室的基本密闭阻碍了两螺杆间的物料传递,在一定程度上损失了混炼能力,但理论计算和流线示踪研究表明:密闭C型小室中同时存在沿螺糟和横过螺槽方向的环流,由此形成的层流剪切部分补偿了混炼能力的损失。此外,在啮合区压延间隙的出入口处,螺杆一边将物料翻起,边又将其卷入。这种翻卷行为可产生较大的剪切强度,因而改善了混合啮合同向双螺杆区别于异向双螺杆的一个明显特征是在啮合区两螺杆的线速度方向相反,它使得在啮合区同向双螺杄螺纹元件的混合效果优于异向双杆,因为:

(1)它使得在啮合区两螺杆间的相对速度较大,从而对啮合区(包括径向间、侧向间隙和四面体间隙内)物料的剪切速率和应力也较大。

2)它使得在啮合区产生较好的返混,由此导致的返流混合比在异向双還杆相应区域内由翻转行为产生的混合效果要好。

(3)研究表明同向双螺杆中一根螺杆相对于对方的运动方式是彼此绕对方做平动,因此在啮合区所有位置两螺杆的相对速度都相同,故物料承受恒定的剪切速率,混合更趋均匀。