溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)塑化特性的實(shí)驗(yàn)研究

李晨昕，薛 平，賈明印，楊 茜

(北京化工大學(xué)塑料機(jī)械及塑料工程研究所，北京 100029)

機(jī)械與模具

溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)塑化特性的實(shí)驗(yàn)研究

李晨昕，薛 平，賈明印*，楊 茜

(北京化工大學(xué)塑料機(jī)械及塑料工程研究所，北京 100029)

采用剖分式機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)熔融段溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)塑化過程中熔融起始點(diǎn)、熔融長度、熔體溫度/壓力等塑化性能及產(chǎn)量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，比較了不同物料在不同工藝條件下對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)塑化特性的影響。結(jié)果表明，增大螺桿轉(zhuǎn)速或提高機(jī)筒溫度，塑化過程實(shí)際所需熔融長度增加，但對(duì)熔融起始點(diǎn)影響不大；熔融段機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體溫度和熔體壓力隨螺桿轉(zhuǎn)速增大無明顯變化；隨螺桿轉(zhuǎn)速增大，溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)擠出產(chǎn)量呈線性增加，表現(xiàn)出良好的擠出特性。

溝槽機(jī)筒；單螺桿擠出機(jī)；塑化性能；工藝

0 前言

自20世紀(jì)70年代起，德國亞琛工業(yè)大學(xué)[1-2]率先研制出了固體輸送段開設(shè)縱向溝槽的具有強(qiáng)制輸送能力的IKV擠出機(jī)，至此對(duì)于固體輸送段溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)的研究已經(jīng)取得了階段性的成果。近些年，國內(nèi)外許多研究者將工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到熔融段開設(shè)溝槽的單螺桿擠出機(jī)的研究中，Grünschlo?[3-4]開發(fā)出了一種基于Helibar擠出機(jī)的熔融段開設(shè)螺旋溝槽的新型高效單螺桿擠出機(jī)，金曉明[5-6]在“雙螺棱推動(dòng)理論”的基礎(chǔ)上，對(duì)熔融段溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行了研究，提出了基于機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽共同作用的耦合雙槽熔融理論[7-8]，建立了物理模型和數(shù)學(xué)模型，并搭建了液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)筒剖分式單螺桿擠出機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[9]。本文利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在上述耦合雙槽熔融理論的基礎(chǔ)上，對(duì)熔融段溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)塑化過程中熔融起始點(diǎn)、熔融長度、熔體溫度/壓力等塑化性能及產(chǎn)量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，比較分析了不同工藝參數(shù)(螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度)和不同加工物料[高密度聚乙烯(PE-HD)、聚丙烯(PP)]條件下，溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)塑化性能的變化特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所用原料為中石化北京燕山分公司提供的牌號(hào)為6100M的PE-HD和牌號(hào)為B8101的PP。實(shí)驗(yàn)所用螺桿為反壓縮漸變螺桿，螺桿直徑(D)為45 mm，沿螺桿軸向螺槽個(gè)數(shù)為20個(gè)；螺桿進(jìn)料段和計(jì)量段螺槽深度分別為3.2 mm和4.5 mm，設(shè)計(jì)該螺桿固體輸送段位于螺桿第1～5個(gè)螺槽位置(1D～5D)，設(shè)計(jì)熔融段位于螺桿第6～14個(gè)螺槽位置

(6D～14D)，設(shè)計(jì)熔體輸送段位于第15～20個(gè)螺槽位置(15D～20D)。實(shí)驗(yàn)所用機(jī)筒為溝槽機(jī)筒，機(jī)筒固體輸送段和熔融段均開設(shè)溝槽，溝槽個(gè)數(shù)為8個(gè)。螺桿與機(jī)筒實(shí)物如圖1所示，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

(a)反壓縮比螺桿 (b)熔融段溝槽機(jī)筒圖1 實(shí)驗(yàn)所用螺桿和機(jī)筒實(shí)物圖Fig.1 Screw and barrel physical pictures of the experiment

項(xiàng)目公稱直徑/mm長徑比旋向螺紋頭數(shù)(Ms)槽深(W)/mm固體輸送段熔融段熔體輸送段螺距(S)/mm反壓縮比螺桿4520右旋13．23．2漸變至4．54．545熔融段溝槽機(jī)筒——左旋82．52．5漸變至00180

2 實(shí)驗(yàn)研究

圖2 機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)Fig.2 The melt starting point in barrel grooves and screw channels

加工溫度為230 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速為10 r/min的條件下，擠出加工PP原料，當(dāng)擠出機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，急停螺桿并使機(jī)筒快速冷卻，待機(jī)筒完全冷卻后，打開機(jī)筒觀察機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽內(nèi)PP原料的熔融狀態(tài)，如圖2所示。從圖2可以看出，機(jī)筒溝槽物料在內(nèi)摩擦熱以及機(jī)筒外熱源的共同作用下迅速熔融，在6D～7D位置已經(jīng)完全熔融塑化生成熔池，與螺桿螺槽內(nèi)軟化或部分熔融物料黏結(jié)在一起形成一個(gè)整體，而6D～7D的位置，恰好是通過計(jì)算得到的理論熔融起始點(diǎn)，這說明機(jī)筒溝槽物料在熔融段起始點(diǎn)已經(jīng)完全熔融塑化。這一現(xiàn)象表明，該實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)于溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)熔融塑化特性的研究具有一定可靠性，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于塑化性能的表征具有較高參考價(jià)值。由于機(jī)筒溝槽物料在熔融段起始點(diǎn)位置已經(jīng)完全熔融，因此本文主要對(duì)塑化過程中螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)與熔融長度進(jìn)行了研究。

2.1 熔融起始點(diǎn)

利用剖分式機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)，分別對(duì)PE-HD和PP擠出過程中螺桿螺槽內(nèi)物料熔融起始點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)擠出穩(wěn)定后，急停螺桿并快速打開機(jī)筒，在不同螺桿轉(zhuǎn)速或不同機(jī)筒溫度下，觀察機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽內(nèi)物料的熔融狀態(tài)，判斷物料熔融起始點(diǎn)位置。Tadmor熔融理論[10]認(rèn)為物料熔融過程是由固體塞生成熔膜并不斷聚集成熔池的相態(tài)變化過程，并指出只有當(dāng)熔池出現(xiàn)后才算熔融開始，因此本實(shí)驗(yàn)定義螺桿螺槽內(nèi)有熔池出現(xiàn)即為熔融起始點(diǎn)所在位置。

2.1.1 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)熔融起始點(diǎn)的影響

利用剖分式機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，考察了螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)PE-HD和PP熔融起始點(diǎn)的影響。對(duì)于PE-HD原料，熔融段機(jī)筒溫度為180 ℃；對(duì)于PP原料，熔融段機(jī)筒溫度為230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速變化范圍為10～30 r/min。從圖3和表2可以看出，對(duì)于PE-HD原料，增大螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)影響不大，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速由10 r/min增大至30 r/min時(shí)，熔融起始點(diǎn)均在6D～7D螺槽位置間；對(duì)于PP原料，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速由10 r/min增大至15 r/min時(shí)，螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)由7D突增至13D，之后隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，螺桿螺槽內(nèi)PP原料熔融起始點(diǎn)穩(wěn)定保持在13D～14D螺槽位置。在熔融段機(jī)筒外熱源以及機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽剪切作用下，進(jìn)入機(jī)筒內(nèi)物料迅速熔融并生成熔膜，熔體逐步堆積在螺桿螺棱推進(jìn)面并形成熔池，隨螺桿轉(zhuǎn)速增大，物料輸送量增多，熔融所需熱量增加，但機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽剪切作用產(chǎn)生的剪切熱足以滿足新增加物料熔融所需熱量，因此，螺桿轉(zhuǎn)速增大對(duì)溝槽機(jī)筒擠出機(jī)熔融起始點(diǎn)的影響不明顯。

表2 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)影響的實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.2 The experimetal parameters of effect of screw speed on the melt starting point in screw channels

物料種類，螺桿轉(zhuǎn)速/r·min-1：(a)PE-HD，10 (b)PE-HD，15 (c)PE-HD，20 (d)PE-HD，25 (e)PE-HD，30 (f)PP，10 (g)PP，15 (h)PP，20 (i)PP，25 (j)PP，30圖3 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)的影響Fig.3 Effect of screw speed on the melt starting point in screw channels

2.1.2 機(jī)筒溫度對(duì)熔融起始點(diǎn)的影響

恒定螺桿轉(zhuǎn)速，改變?nèi)廴诙螜C(jī)筒溫度，研究了外熱源對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)熔融起始點(diǎn)的影響。對(duì)于PE-HD，熔融段機(jī)筒溫度變化范圍為150～190 ℃；對(duì)于PP，熔融段機(jī)筒溫度變化范圍為200～240 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速均為10 r/min。分析圖4和表3可知，恒定螺桿轉(zhuǎn)速下，對(duì)于PE-HD，當(dāng)熔融段機(jī)筒溫度由150 ℃增加至190 ℃時(shí)，螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)穩(wěn)定保持在6D～7D螺槽位置；對(duì)于PP，當(dāng)熔融段機(jī)筒溫度由200 ℃增加至210 ℃時(shí)，螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)由13D位置提前至8D位置，有較大變化，這可能是由熔融段機(jī)筒溫度過低造成；繼續(xù)提高熔融段機(jī)筒溫度，螺桿螺槽內(nèi)熔融起始點(diǎn)穩(wěn)定保持在7D～8D螺槽位置。由此可見，熔融段機(jī)筒溫度對(duì)螺桿螺槽內(nèi)物料熔融起始點(diǎn)影響不大，這也說明機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽之間的剪切熱是物料熔融的主要熱源，即使在較低的螺桿轉(zhuǎn)速下，剪切熱仍能起主導(dǎo)作用。而對(duì)普通單螺桿擠出機(jī)，只有在較高螺桿轉(zhuǎn)速下，機(jī)筒和螺桿之間的剪切熱才起主要作用，這也表明了溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)優(yōu)異的塑化能力。

物料種類，機(jī)筒溫度/℃：(a)PE-HD，150 (b)PE-HD，160 (c)PE-HD，170 (d)PE-HD，180 (e)PE-HD，190 (f)PP，200 (g)PP，210 (h)PP，220 (i)PP，230 (j)PP，240圖4 熔融段機(jī)筒溫度對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)熔融起始點(diǎn)的影響Fig.4 Effect of barrel temperature on the melt starting point in screw channels

2.2 熔融長度

文獻(xiàn)[10]指出，當(dāng)螺桿螺槽內(nèi)固相物料完全消失，熔池充滿整個(gè)螺槽時(shí)物料已完全熔融，此時(shí)熔融過程結(jié)束，熔融結(jié)束點(diǎn)與熔融起始點(diǎn)之間的距離為實(shí)際所需熔融長度，本實(shí)驗(yàn)也由此定義熔融長度。

物料種類，螺桿轉(zhuǎn)速/r·min-1：(a)PE-HD，10 (b)PE-HD，15 (c)PE-HD，20 (d)PE-HD，25 (e)PP，10 (f)PP，15 (g)PP，20 (h)PP，25圖5 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融長度的影響Fig.5 Effect of screw speed on the melting lengths in screw channel

2.2.1 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)熔融長度的影響

利用剖分式機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)，分別對(duì)PE-HD和PP擠出過程中熔融長度進(jìn)行了研究，考察不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融長度的影響。對(duì)于PE-HD原料，熔融段機(jī)筒溫度為180 ℃；對(duì)于PP原料，熔融段機(jī)筒溫度為230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速變化范圍為10～25 r/min。如圖5所示，對(duì)于PE-HD原料，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為10 r/min時(shí)，在12D螺槽位置，明顯觀察到螺槽內(nèi)完全為透明狀熔體，表明物料已完全熔融。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增大至15、20、25 r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)熔融結(jié)束點(diǎn)位置分別為14D、18D和19D螺槽位置，熔融結(jié)束位置逐漸向物料輸送正向移動(dòng)。螺桿轉(zhuǎn)速為10 r/min時(shí)，熔融起始點(diǎn)位于6D螺槽位置，因此其熔融長度為7D。同理可知，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為15、20、25 r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)熔融長度分別為9D、12D和4D。PE-HD原料螺桿螺槽內(nèi)熔融長度隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增大，這是因?yàn)槁輻U轉(zhuǎn)速增大時(shí)，擠出產(chǎn)量增加，物料在機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽內(nèi)停留時(shí)間縮短，物料沿著螺桿軸向迅速向前輸送，導(dǎo)致實(shí)際所需物料熔融長度增加。

對(duì)于PP原料，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為10 r/min時(shí)，在9D螺槽位置，明顯觀察到螺槽內(nèi)完全為透明狀的熔體，表明物料已經(jīng)完全熔融；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增大至為15、20、25 r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)熔融結(jié)束點(diǎn)位置分別為15D、18D和19D螺槽位置，熔融結(jié)束位置逐漸向物料輸送正向移動(dòng)。螺桿轉(zhuǎn)速為10 r/min時(shí)，熔融起始點(diǎn)位于7D位置，因此其熔融長度為3D。同理可知，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為15、20、25 r/min時(shí)，對(duì)應(yīng)融長度分別為3D、5D和6D。對(duì)比PE-HD和PP熔融長度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，PP原料熔融長度明顯小于PE-HD，這是因?yàn)镻P屬于結(jié)晶度較高的聚合物，PP原料從固態(tài)到熔融態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度范圍較窄，當(dāng)溫度沒有達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，PP固相體積變化很小，而當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，PP原料便快速熔融，使其體積驟減，因此，擠出加工PP時(shí)螺桿螺槽內(nèi)熔融長度較短。而PE-HD結(jié)晶度較低，固相PE-HD需要一定時(shí)間逐步軟化直到完全熔融，因此其熔融長度明顯高于PP。此外，PP的熔融速率較快也是導(dǎo)致溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)熔融長度影響不大的原因。

表4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融長度影響的實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.4 The experimental parameters of effect of screw speed on the melting lengths in screw channels

2.2.2 機(jī)筒溫度對(duì)熔融長度的影響

恒定螺桿轉(zhuǎn)速，改變?nèi)廴诙螜C(jī)筒溫度，研究外熱源對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)熔融長度的影響。對(duì)于PE-HD原料，熔融段機(jī)筒溫度變化范圍為150～190 ℃；對(duì)于PP原料，熔融段機(jī)筒溫度變化范圍為200～240 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速均為10 r/min。從表5可以看出，對(duì)于PE-HD原料，當(dāng)熔融段機(jī)筒溫度從150 ℃增加到180 ℃時(shí)，其熔融長度保持在7D～8D之間，這也說明機(jī)筒外熱源對(duì)物料熔融塑化效果影響不大，對(duì)于溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)，外熱源不是物料熔融塑化的主要熱源，這和熔融起始點(diǎn)的分析相一致。還可以看出，只有當(dāng)機(jī)筒溫度遠(yuǎn)高于PE-HD塑化溫度(130 ℃)時(shí)，機(jī)筒外熱源才對(duì)熔融長度有較大影響，熔融長度由8D縮短到5D，此時(shí)，外熱源的作用大于機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽之間的剪切熱，固相物料從機(jī)筒中獲得較高外熱源能量，再加上PE-HD熱導(dǎo)率較高，因此，物料熔融速率加快，所需熔融長度縮短。同樣，對(duì)于PP原料，當(dāng)熔融段機(jī)筒溫度從200 ℃增加到240 ℃時(shí)，其熔融長度變化在2D～4D之間，這也說明機(jī)筒外熱源對(duì)物料熔融塑化效果影響不大，分析其原因與PE-HD一致。

表5 機(jī)筒溫度對(duì)螺桿螺槽內(nèi)熔融長度影響的實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.5 The experimental parameters of effect of barrel temperature on the melting lengths in screw channels

2.3 熔體溫度

實(shí)驗(yàn)研究了不同螺桿轉(zhuǎn)速下，機(jī)筒外熱源和螺桿剪切熱對(duì)熔融段機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體溫度的影響。熔體溫度檢測(cè)點(diǎn)位于機(jī)筒溝槽底部，分別對(duì)應(yīng)螺桿的7D、10D和13D螺槽位置，熔體溫度/壓力檢測(cè)位置如圖6所示。

圖6 機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體溫度/壓力檢測(cè)位置Fig.6 Detection position of melt temperature/ pressure in barrel grooves

恒定機(jī)筒溫度，改變螺桿轉(zhuǎn)速，研究螺桿剪切熱對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)熔體溫度的影響。對(duì)于PE-HD原料，熔融段機(jī)筒溫度為180 ℃；對(duì)于PP原料，熔融段機(jī)筒溫度為230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速均為10 r/min。從圖7可以看出，溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速變化對(duì)于PE-HD或PP熔體溫度的變化影響不大，且隨著螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，物料在機(jī)筒內(nèi)經(jīng)過各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的熔體溫度基本保持穩(wěn)定。螺桿轉(zhuǎn)速增加，機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽之間剪切熱增大，但是固體輸送量也隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大而增大，所需熔融熱增加，額外增加的熔融熱與產(chǎn)生的剪切熱達(dá)到了熱量平衡，因此，螺桿轉(zhuǎn)速變化對(duì)熔體溫度影響不大，這對(duì)擠出過程有利，特別是在較高的螺桿轉(zhuǎn)速下，不會(huì)由于剪切熱過大造成局部熔體溫度過高而產(chǎn)生分解。

位置：■—7D ●—10D ▲—13D ▼—機(jī)頭(a)PE-HD (b)PP圖7 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體溫度的影響Fig.7 The effect of screw speed on melt temperature in barrel grooves

2.4 熔體壓力

為考察熔融段機(jī)筒溝槽對(duì)塑化段建壓能力的影響，本研究分別在7D、10D、13D和機(jī)頭位置對(duì)熔體壓力進(jìn)行了測(cè)試。恒定機(jī)筒溫度，改變螺桿轉(zhuǎn)速，研究螺桿剪切熱對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出熔體壓力的影響。對(duì)于PE-HD原料，熔融段機(jī)筒溫度為180 ℃；對(duì)于PP原料，熔融段機(jī)筒溫度為230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速均為10 r/min。從表6中可以看出，熔融段熔體壓力沿螺桿軸線方向呈逐漸增大的趨勢(shì)，這是因?yàn)楫?dāng)固相物料由固體輸送段進(jìn)入到熔融段時(shí)逐漸開始熔融，隨著機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽內(nèi)熔體增多，熔體沿著物料輸送反向逐漸建壓，使物料加速熔融并沿螺桿軸向向前輸送。還可以看出，隨著螺桿轉(zhuǎn)速增大，機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體壓力變化不明顯，而機(jī)頭內(nèi)熔體壓力隨螺桿轉(zhuǎn)速增大而增大。

表6 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體壓力影響的實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.6 The experimental parameters of effect of screw speed on melt pressure in barrel grooves

2.5 產(chǎn)量

實(shí)驗(yàn)研究了恒定熔融段機(jī)筒溫度條件下，不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)擠出產(chǎn)量的影響。對(duì)于PE-HD原料，熔融段機(jī)筒溫度為180 ℃；對(duì)于PP，熔融段機(jī)筒溫度為230 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速變化范圍為10～30 r/min。從圖8可以看出，溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)的擠出產(chǎn)量隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大而逐漸增大，根據(jù)圖中擬合曲線可以看出，兩種物料擠出產(chǎn)量與螺桿轉(zhuǎn)速保持良好的線性關(guān)系，說明溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)在保證較好塑化質(zhì)量的前提下，具有很好的擠出特性。

■—PE-HD(180 ℃)產(chǎn)量 ●—PP(230 ℃)產(chǎn)量 —線性擬合曲線圖8 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)產(chǎn)量的影響Fig.8 The effect of screw speed on extrusion output of the single screw extruder with a grooved barrel

3 結(jié)論

(1)熔融段機(jī)筒溫度恒定時(shí)，隨螺桿轉(zhuǎn)速增大，物料塑化過程熔融長度逐漸縮短，而熔融起始點(diǎn)位置幾乎保持不變；增大螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)筒溝槽內(nèi)熔體溫度和熔體壓力影響不大，而機(jī)頭流道內(nèi)熔體壓力隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大而升高；隨螺桿轉(zhuǎn)速增大，溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)中物料停留時(shí)間呈冪指數(shù)減小，而擠出機(jī)產(chǎn)量呈線性增加；

(2)螺桿轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，升高熔融段機(jī)筒溫度對(duì)塑化過程中物料熔融狀態(tài)影響不大；熔融段溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)中，機(jī)筒外熱源不是物料熔融塑化的主要熱源，在機(jī)筒溝槽和螺桿螺槽剪切作用下，溝槽內(nèi)液相物料與螺槽內(nèi)固相物料之間產(chǎn)生了大量內(nèi)摩擦熱，促使物料熔融速率加快。

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《中國塑料》雜志社

2017年5月24日

Experimental Study on Plasticizing Properties of a Single-screwExtruder with Grooved Barrels

LI Chenxin, XUE Ping, JIA Mingyin*, YANG Qian

(Institute of Plastics Machinery and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)

In this article, an experimental platform based on a single-screw extruder with a split barrel was employed to analyze the onset melt temperature, melting duration, temperature and pressure of polymer melt and output of products. The effect of different materials on plasticizing performance of the single-screw extruder was comparatively investigated under different processing conditions. The results indicated that the actual melting duration increased with increasing screw speed or barrel temperature, but it was almost not affected by the onset melt temperature. Moreover, there was no significant change in the temperature and pressure of melting zone in the grooves with an increase of screw speed. However, the output was improved linearly as the screw speed increased. This implicates a good extrusion feature.

grooved barrel; single-screw extruder; plasticizing property; technology

2017-02-27

國家自然科學(xué)基金(21404007)

TQ320.66+3

B

1001-9278(2017)06-0111-07

10.19491/j.issn.1001-9278.2017.06.019

*聯(lián)系人，jiamy@mail.buct.edu.cn