螺槽深度H 螺槽深度影响塑料的塑化及挤出效率,H较小时,对塑料可产生较高的剪切速率,有利于传热和塑化,但挤出生产率降低。因此,热敏性塑料宜用。H大的深槽螺杆宜用熔体粘度低和热稳定性较高的塑料。在实际生产中,根据工艺需要,螺槽深度往往是变化的,根据螺杆各段的功能不同,螺槽的深度不同,最通用的是渐变螺杆,如:加料段的螺槽深度Hl是个定值,一般H1>0.1Ds;压缩段的螺槽深H2是渐变的,是一个变化值;均化段的螺槽深 H3是个定值,按经验 H3=0.02~0.06 Ds。螺旋角θ是螺纹与螺杆横截面之间的夹角,随着θ的增大,挤出机的生产能力提高,但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。出于机械加工的方便,取Ds=Ls,则θ为17.
26。为最常用的螺杆。 (4)螺杆与料筒的间隙δ 螺杆与料筒的间隙δ,其大小影响挤出机的生产能力和物料的塑化。δ值大,热传导差,剪切速
率低,不利于物料的熔融和混合,生产效率也不会高。但δ小时,热传导和剪切率都相应提高。但δ过于小,就易引起物料降解。 单螺杆挤出机挤出过程和螺杆各段的功能 由高分子物理学知道,高聚物存在三种物理状态,即玻璃态、高弹态和粘流态,在一定条件下,这三种物理状态会发生互变。固态塑料由料斗进人料筒后,随着螺杆的旋转向机头方向前进,在此过程中,塑料的物理状态在不断发生着变化。根据塑料在挤出机中的三种物理状态的变化过程及对螺杆各部位的工作要求,通常将挤出机的螺杆分成加料段(固体输送区)、压缩段(熔融区)和均化段(熔体输送区)三段。对于常规渐变螺纹的螺杆来说,塑料在挤出机中的挤出过程可以通过螺杆各段的基本职能及塑料在挤出机中的物理状态变化过程来描述,见图5。 1、加料段 塑料自料斗进入挤出机的料筒内,在螺杆的旋转作用下,由于料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用向前运动。在该段,螺杆的职能主要是将塑料压实提供向前输送的动力,物料仍以固体状态存在,虽然由于强烈的摩擦热作用,在接近末端时与料筒内壁相接触的塑料已接近或达到粘流温度,固体粒子表面开始发粘,但熔融仍未开始。这一区域称为迟滞区,是指固体输送区结束到最初开始出现熔融的一为粘流态。 3、均化段 从熔融段进人均化段的物料是已全部熔融的粘流体。向前输送的粘流体在机头口模阻力下,一部分回流被进一步混合塑化,一部分被定量定压地从机头口模挤出。 从以上单螺杆挤出机的工作原理不难看出,塑料在挤出机中塑化,向前挤压流动,其主要动力来源于加料段的固体输送,塑化的均匀程度很大程度是由于均化段的结构和机头模具的阻力所造成的回流。在改善螺杆混炼结构上已经有了许多新型的结构,但其往往适合于热稳定性很好的聚合物,却不适宜PVC树脂的生产,这就不一一介绍了。 双螺杆挤出机 随着聚合物加工业的发展,对高分子材料成型和混合工艺提出了越来越多和越来越高的要求,单螺杆挤出机在某些方面就不能满足这些要求。例如:用单螺杆挤出机进行填充改性和加玻璃纤维增强改性等,混合分散效果就不理想。另外,单螺杆挤出机尤其不适合粉状物料的加工。为了适应聚合物加工中混合工艺的要求,特别是硬聚氯乙烯粉料的加工,双螺杆挤出机自20世纪
30年代后期在意大利开发出来以后,经过半个多世纪的不断改进和完善,得到了很大的发展。在国外,目前双螺杆挤出机已广泛应用于聚合物加工领域,已占
全部挤出机总数的40%。硬聚氯乙烯粒料、管材、异型材、板材几乎都是采用双螺杆挤出机加工成型的。作为连续混合机,双螺杆挤出机已广泛用来进行聚合物共混、填充和增强改性,也有用来进行反应挤出。近20年来,高分子材料共混和反应挤出技术的发展进一步促进了双螺杆挤出机数量和类型的增加。 双螺杆挤出机的结构与分类 双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒和螺杆等几个部分组成,各部件的作用与单螺杆挤出机相似。与单螺杆挤出机区别之处在于双螺杆挤出机中有两根平行的螺杆置于同一的料筒中,如图6所示 转下页)。 双螺杆挤出机有许多种不同的形式,主要差别在于螺杆结构的不同。双螺杆挤出机的螺杆结构要比单螺杆挤出机复杂得多,这是因为双螺杆挤出机的螺杆还有诸如旋转方向、啮合程度等等问题。 常用于PVC型材挤出的双螺杆挤出机通常是紧密啮合且异向旋转的螺杆,少数也有使用同向旋转式双螺杆挤出的,但一般只能在低速下操作,约在10r/min范围内。而高速啮合同向旋转式双螺杆挤出机用于混炼、排气造粒或作为连续化学反应器使用,这类挤出机最大螺杆速度范围在300~600r/min。非啮合型挤出机与啮合型挤出机的输送机理大不相同,比较接近于单螺杆挤出机的输送机理,二者有本质上的差别。 双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤出机的结构尽管与单螺杆挤出机很相似,但工作原理差异却很大。在双螺杆挤出机中,物料由加料装置(一般为定量加料)加入,经螺杆作用到达机头口模。在这一过程中,物料的运动情况因螺杆的啮合方式、旋转方向不同而不同。 1、非啮合型双螺杆挤出系统 物料在非啮合双螺杆挤出系统中,除了向机头方向的运动形式外,还有多种流动方式,见图7。由于两螺杆不啮合,它们之间的径向间隙很大,存在较大的漏流。主要流动方式:1、由于两螺杆的螺棱的相对位置是错开的,即一根螺杆的推力面的物料压力大于另一螺杆拖带面的物料压力,从而产生了流动。 2、物料从压力较高的螺杆推力面向另一螺杆拖带面的流动,同时随着螺杆的旋转,在两螺杆的间隙处物料不断受到搅动并被不断带走、更新(不论两螺杆的转向如何),特别是在异向旋转过程中,物料在A处受到阻碍,产生了流动。3、多种物料的流动形式
(包括由于在两根螺杆的相互作用下产生的各种流动)都增加了对物料的混炼和剪切。但这种双螺杆没有自清洁作用,一般仅用于混料,不适合PVC型材的生
产。 2、啮合型同向旋转双螺杆挤出系统 物料在同向旋转的双螺杆挤出系统的全螺纹段的流动情况见图8。由于同向旋转双螺杆在啮合位置的速度方向相反,一根螺杆要把物料拉入啮合间隙,而另一根螺杆要把物料从间隙中推出,结果使物料从一根螺杆转到另一个螺杆,呈∞形前进,这种速度的改变以及啮合区较大的相对速度,非常有利于物料混合和均化,由于啮合区间隙很小,啮合处螺纹和螺槽的速度相反,剪切速度高,有很好自洁作用,即能刮去粘附在螺杆上的任何积料,从而使物料的停留时间很短。这种挤出机主要用于混炼物料和造粒。但由于物料在啮合区间所受剪切力很大,所以也不适应PVC型材的生产。 3、啮合型异向旋转双螺杆挤出系统 啮合型异向旋转双螺杆挤出系统中物料的运动情况见图9。在啮合型异向旋转的双螺杆挤出中,两根螺杆是对称的,由于回转方向不同,一根螺杆上物料螺旋前进的道路被另一根螺杆的螺棱堵※,不能形成“∞”字型运动。在固体输送部分,物料是以近似的密闭“C”形小室的形态向前输送。但为了使物料混合设计中将一根螺杆的外径与另一根螺杆的根径之间留有一定的间隙量,以便使物料能够通过。物料通过两螺杆之间的径向间隙时,受到强烈的剪切、搅拌和压延作用,因此,物料的塑化比较好,多用于加工制品。由于两螺杆的径向间隙比较小,因此,有一定的自洁性能,但自洁性比同向旋转的双螺杆要差。


