同向雙螺桿擠出機(jī)淺析

劉平

嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)具有輸送效率高、分散混合能力強(qiáng)、自潔性能好、物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間分布均勻和良好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于不同塑料之間、塑料與橡膠之間的共混改性，各種添加劑與塑料共混、玻璃纖維、碳纖維增強(qiáng)塑料等等，是聚合物改性連續(xù)混合設(shè)備之首選。同向雙螺桿擠出機(jī)也即嚙合型同向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出機(jī)，是雙螺桿擠出機(jī)主要類(lèi)型之一。

一、同向雙螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第一臺(tái)商用同向雙螺桿擠出機(jī)誕生于1939年，現(xiàn)今廣泛使用的積木式同向雙螺桿擠出機(jī)則最早出現(xiàn)在1953年，由Werner & Pfleiderer公司生產(chǎn)的ZSK系列。同向雙螺桿擠出機(jī)由擠壓系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等主要部分組成。

1、組合式螺桿

同向雙螺桿擠出機(jī)最顯著的特點(diǎn)是螺桿和機(jī)筒都采用“積木式”設(shè)計(jì)。螺桿由套裝在芯軸上的若干元件組成；機(jī)筒也是由不同機(jī)筒段組成。根據(jù)特定的物料、配方和將要制備混合物性能的要求，通過(guò)科學(xué)組合，將不同類(lèi)型、不同數(shù)目的螺桿元件和機(jī)筒元件按一定順序組合起來(lái)，從而高效地完成設(shè)定的混合任務(wù)。并通過(guò)改變螺桿和機(jī)筒組合順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物料、配方的最佳使用效果，達(dá)到一機(jī)多用、一機(jī)多能的目的。此外，積木式設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)是可以局部更換磨損了的螺紋元件和機(jī)筒元件，避免了整個(gè)螺桿或筒體的報(bào)廢，大大降低了維修成本。

2、組合式機(jī)筒

模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)筒，可以通過(guò)法蘭或拉桿連接，通常小型機(jī)采用拉桿連接。機(jī)筒通常嵌入雙金屬襯套以提高機(jī)筒內(nèi)表面的耐磨性能。為實(shí)現(xiàn)精確的溫度歷程，每個(gè)機(jī)筒上都有單獨(dú)的加熱/冷卻設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)冷卻與加熱功能的最佳組合。

二、同向雙螺桿擠出機(jī)擠出過(guò)程分析

同向雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能與單螺桿擠出機(jī)很相似，但工作原理上存在著很大的差異。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：強(qiáng)制輸送，嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿，在嚙合處兩根螺桿運(yùn)動(dòng)速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿把物料從間隙中推出，結(jié)果使物料從一根螺桿螺槽轉(zhuǎn)到另一根螺桿螺槽中，物料沿著螺桿呈“∞”形向機(jī)頭方向被強(qiáng)制輸送。均化和混合，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合處間隙很小，螺棱和螺槽的速度方向相反，相對(duì)速度大，因此嚙合區(qū)具有很高的剪切速度，剪切力很大，混煉效果遠(yuǎn)好于單螺桿擠出機(jī)和異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。自潔性，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，由于嚙合區(qū)螺棱和螺槽的速度方向相反，相對(duì)速度大，因此具有相當(dāng)高的剪切速度，能刮去粘附在螺桿上的任何積料，有非常好的自潔作用，從而使物料的停留時(shí)間很短，不易產(chǎn)生局部降解變質(zhì)。物料的塑化，螺桿間隙的大小對(duì)物料塑化質(zhì)量影響很大。間隙越小，剪切力越大，但通過(guò)的物料量減少；間隙越大，通過(guò)的物料量增加，但剪切力減小。物料的壓縮，同向雙螺桿擠出機(jī)壓縮物料的方法要多得多，綜合效應(yīng)好。加料方式，同向雙螺桿擠出機(jī)要求均勻定量加料，采用計(jì)量饑餓喂料方式。排氣，由于是饑餓喂料，可以采用大導(dǎo)程的螺紋輸送元件，使螺槽處于未充滿狀態(tài)而處于零壓力狀態(tài)，從而可以設(shè)置出排氣段。

三、同向雙螺桿擠出機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

由于雙螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工的復(fù)雜性，理論發(fā)展還不完善，但同向雙螺桿擠出機(jī)組合式的設(shè)計(jì)，可將多種幾何形狀的螺紋元件和機(jī)筒元件進(jìn)行排列組合，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)—理論—實(shí)驗(yàn)，從而可以針對(duì)不同混合要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)以適應(yīng)不同工藝配方的需要，從而使同向雙螺桿擠出機(jī)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：混合性能：可以根據(jù)需要加入各種各樣的螺紋元件，來(lái)精密調(diào)節(jié)剪切/混合，從而使混合強(qiáng)度和混合質(zhì)量能夠得到有效地控制。這是單螺桿擠出機(jī)所不能企及的。加工的靈活性：同向雙螺桿擠出機(jī)通常采用計(jì)量饑餓加料，可以在一臺(tái)機(jī)器上靈活地處理多種加工功能。工藝參數(shù)得可控性，同向雙螺桿擠出機(jī)可以得到更好的剪切-時(shí)間-溫度歷程，在更寬的范圍內(nèi)輸入機(jī)械能，從而可得到更好的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。工藝生產(chǎn)的高效性，可以處理更多樣的原材料和混合配方，而且停機(jī)時(shí)間短。更高的經(jīng)濟(jì)性：由于高的工藝靈活性以及生產(chǎn)率，可以生產(chǎn)更廣泛的終端制品，且能夠提供高度一致性的產(chǎn)品質(zhì)量，還可以通過(guò)螺桿速度的調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償螺桿的磨損。

雙螺桿擠出機(jī)可以不同角度分類(lèi)，按螺桿嚙合與否及其轉(zhuǎn)向的異同進(jìn)行的分類(lèi)及相應(yīng)的國(guó)際上著名的制造廠商輸送機(jī)理不同是雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿出之間主要區(qū)別之一。雙螺桿擠出機(jī)因可按多種標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)從而種類(lèi)繁多，其工作特性差異很大，無(wú)疑同向雙螺桿擠出機(jī)行業(yè)的領(lǐng)跑者頗受廣大用戶(hù)的青睞，尤其是大的驅(qū)動(dòng)功率、高的螺桿轉(zhuǎn)速、進(jìn)行超高扭矩?cái)D出一直是同向雙螺桿擠出機(jī)從業(yè)人員追求的目標(biāo)。

（作者單位： 832000 新疆軍區(qū)農(nóng)業(yè)新技術(shù)試驗(yàn)培訓(xùn)基地）