单螺杆挤出机的固体输送汇总
单螺杆挤出机工作原理
单螺杆挤出机工作原理
单螺杆挤出机是一种常用的塑料成型设备，其工作原理是通过回转的螺杆将固态的塑料料柱加热、熔化、排气并通过挤出机筒体的特定结构挤出成形。
具体来说，单螺杆挤出机由进料区、螺杆区、压力区和挤出口组成。
在进料区，未熔化的塑料颗粒被输送到螺杆进料口。
然后，螺杆开始回转，将塑料物料推入螺杆区。
在螺杆区域，塑料物料逐渐加热并熔化。
这是通过螺杆与加热器的摩擦产生的热量实现的。
螺杆旋转的运动将塑料物料向前推送和混炼，使其逐渐达到熔化状态。
接下来进入压力区，其中的螺杆设计有螺纹，将已熔化的塑料物料推向挤出机的出料口。
在这个过程中，由于挤出口的尺寸较小，螺纹的间距逐渐减小，从而产生越来越大的压力，将塑料挤出。
最后，熔化的塑料通过挤出口进入模具或挤出头，形成所需的产品形状。
在模具或挤出头内部，塑料物料开始冷却并固化，最终成为所需的塑料制品。
总之，单螺杆挤出机通过旋转的螺杆将塑料物料加热、熔化、挤压并挤出，实现塑料制品的成型。
其工作原理简单明了，适用于各类塑料的挤出加工。
八螺杆挤出的计算公式
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0.887
计算固体塞移动角
ܵ݅݊ߠ
ܦഥ ൌ ൫ܦ ܦ൯/2 Db —螺杆机筒内直径，m，Db=D； D —螺杆公称直径，m；
（2—8—5）
Df —螺杆进料段根径，m；
H1 —螺杆进料段螺槽深度，m；
ഥ —螺旋角平均值，deg.；
tanഥ
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ௌ గഥ
—机筒内表面处螺旋角，deg.；
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化纤纺丝机械工程计算公式集锦
起点处，X1/W=0.914 熔融系数：
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ൌ 6.30 ൈ 10ିଷ
ቀೈభቁమಹಸభ
无因次量，AT/Ψ=0.963
压缩段固相分布函数：
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（2—8—2）
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第三章（1）固体输送理论
第三章挤出理论研究对象——塑料在单螺杆挤出机中的挤出过程研究目的——进行定性和定量分析，→揭示、掌握和促进此过程→达到优质、高效、低能耗研究始于19世纪20年代，取得突破性成果是在50、60年代，为70年代各种新型螺杆以及挤出机的新结构的发展打下了理论基础，使挤出产量和质量得到很大提高。
挤出过程——复杂的过程涉及——流变学、传热学、摩擦学、高分子结构学等理论模型——以一些基本假设和简化为前提有一定的局限性和片面性现在仍在不断修正、发展和完善中。
第一节固体输送理论D a r n e l l -M o l 的固体输送理论（1956）以固体摩擦静力平衡为基础——M o l 固体输送理论一、固体输送方程的建立1. 基本假设⑴塑料充满螺槽，密实形成固体塞，特性为连续弹性体⑵P =f (z )⑶与机筒、螺槽表面紧密接触f =c o n s t. 但f b 、f s 可不同最有代表性、应用较为广泛⑷ρs =c o n s t.,重力忽略不计⑸螺杆与机筒之间的间隙忽略不计⑹螺槽截面为矩形，且深度不变思考题4. 提高固体输送率的有效结构措施是什么？为什么？3. 固体输送段消耗的总功率包含哪几项? 1. M o l 固体输送理论是如何建立的？2. 固体输送段物料向前输送的推动力是什么？第十三章：干燥通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H–I 图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。
二、本章思考题1、工业上常用的去湿方法有哪几种？态参数？11、当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化? 在t、H 相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么?12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？14、干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？15、什么叫临界含水量和平衡含水量？16、干燥时间包括几个部分？怎样计算？17、干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？18、影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？三、例题例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2 ,相对湿度为50%，干球温度为20o C。
单螺杆(新)汇总
四段式单螺杆反应挤出机的应用
• 四段式单螺杆反应挤出机用于硅烷交联聚乙烯管材的生 产过程：
• 反应段的主要功能是使均化段输送过来的熔体减压、完 成接枝反应并均匀地向前输送。聚乙烯-硅烷体系随着接 枝率的提高, 熔体的粘度明显增大, 在反应段进行减压, 有助于降低熔体的剪切速率, 防止熔体过度剪切生热造成 热降解。熔体停留时间与反应段长度成正比, 为增加熔体 的停留时间, 应使反应段具有一定的长度。
显增加熔体停留时间; • 3、在熔融段设置混炼元件, 或采用分离型螺杆结构, 以加
速物料的融化;
• 4、优化螺杆结构参数, 使熔体停留时间分布尽可能窄;
• 5、在加料段机筒采取特殊的开槽结构, 在提高固体输送 效率的同时, 防止物料中的液体助剂在轴向压力的作用下 从加料口泄漏;
• 6、为增加挤出机连续运转时间, 应提杆及机筒的表面光 洁度, 消除螺棱死角, 防止物料在挤出机中滞留。
• （5）Buss往复螺杆
• 在螺杆全长开设三条互成120°的纵向宽槽, 此可 视为三行捏合元件。在料筒内壁镶嵌有捏合齿( 螺 钉、凸棱或齿牙) 。螺杆旋转时伴有轴向往复移动, 每个元件扫出一个 ∞形轴迹, 并与捏合齿形成间 隙, 对料流施以剪切和连续的脉动混合。此种挤出 机还具有螺杆和料筒的自洁性。
体式挤出机、分开式挤出机。
• 4、按螺杆的结构特征和功能分类（即新型螺杆）
• （1）分离型螺杆 （2）销钉型螺杆 （3）屏障型螺杆 （4） DIS螺杆 （5）Buss往复螺杆 （6）排气型挤出机 （7）两级式挤出机
• （1）分离型螺杆
结构特点：按固相宽度逐渐减少，直至消失这一规 律，在压缩段主螺纹之间增设一条副螺纹。
• 2.类型
• 直接抽气式：直接从套筒上抽气孔抽气。结构简单， 制造方便，但第一阶调压装置难于安排；
单螺杆挤出机与双螺杆挤出机性能对比分析报告
单螺杆挤出机与双螺杆挤出机性能状况分析报告一. 塑料挤出机概述1. 常规单螺杆挤出机现状和技术水平分析在常规单螺杆挤出机的性能方面，我国己能生产螺杆直径为φ12－φ250mm多种规格、门类齐全的挤出机，长径比大多在25－30范围。
一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变流道型以及流束位置变换型等混炼元件得到了较为广泛的应用:螺杆最高转速:直径φ150－φ200的大型挤出机加工烯烃类物料时为50－75r/min，加工PVC等热敏性物料时为5－42r/min:直径φ30以下的小型机器加工烯烃类物料时为l60－200r/min，加工PVC等热敏性物料时为18－l20r/min:北京化工大学研制成功的φl2mm手提式单螺杆排气挤出机为1200r/min。
而国外单螺杆挤出机螺杆直径最小φ6mm，最大为φ700mm，最大长径比达60。
日本池贝公司φ30单螺杆挤出机最高螺杆转速为300r/min，挤出机300kg/h，远远高于我国同规格机器实际产量l4kg/h的水平。
由于常规单螺杆挤出机与其它挤出机相比，具有结构简单、坚固耐用、维修方便、价格低廉、操作容易等特点。
在我国相当长时间内仍有很大市场，因此如何使常规单螺杆挤出机优质、高效、多功能化，仍然是我国塑机研究工作者的艰巨任务。
2．异向旋转双螺杆挤出成型机的现状与技术水平分析2.1 异向旋转平行双螺杆挤出机异向旋转双螺杆挤出机有许多种类型，可分为平行和锥形两大类，前者两根螺杆的轴线互相平行，后者两根螺杆的轴线相交成一角度。
目前流行的平行异向双螺杆挤出机多为在啮合区纵横向都封闭，即共轭型的。
锥形双螺杆挤出机与啮合型平行异向双螺杆挤出机的工作机理基本相同。
如果将其设计成啮合区螺槽纵横向皆封闭的，则其输送能力和建压能力都很强，因其加料端两螺杆轴线间有较大的空间，可以采用大的止推轴承和扭矩分配齿轮，从而能承受高扭矩和高推力负荷，很适合硬聚氯乙烯类制品的挤出成型。
3-3单螺杆挤出理论(熔体输送理论)
Q 2 D 2n h3 sin cos
2 Qd Q P
D h33 sin2 P 121 L3
第三节
单螺杆挤出理论
（2）沿x方向流体的速度分布及流量 a、x方向的速度分布方程
将（4）代入（2），得：
Vx P 2 x y
第三节
单螺杆挤出理论
0 V X y 0 V X y 0 Vz y 0 Vz y 0
四、熔体输送理论
应变速率张量
应力张量
0 xy 0 yx 0 yz 0 0 zy
研究难点: 螺杆流道的几何形状复杂
非牛顿流体、非等温输送
第三节
单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论 （一）牛顿流体的理论模型
1、建立数学模型
2、速度分布方程及流量 3、熔体输送段的生产率 4、生产率公式的讨论 5、均化段功率消耗的分析 (二）对生产率公式的修正
第三节
单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论
B
B
第三节
第三节
单螺杆挤出理论
化简后，x、y、z方向的运动方程
P yz 0 Z y
（ 1）
P yx 0 X y
P 0 y
（ 2）
（ 3）
第三节
单螺杆挤出理论
本构方程：
V x yx y
（4）
yz
Vz y
（ 5）
第三节
单螺杆挤出理论
单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论 （一）牛顿流体的理论模型 1、建立数学模型 （1）基本假设条件 螺槽形状为矩形截面；
螺杆不动，机筒以速度Vb=nπDb运动；
单螺杆挤出机中的能量传递和转化
单螺杆挤出机工作过程中，原料从常温、常压的固态状态转变为高温、高压的流动状态，在此过程中伴随着能量的传递
∫∫⋅=⋅ADB ACB r F r F K
K K K d d 则有：¾质点沿任意闭合路径运动一周时，保守力作功为零．0d =⋅=∫l r F W K K ∫∫∫⋅+⋅=⋅BDA ACB l r F r F r F K K K K K K d d d 保守力所作的功与路径无关：∫∫⋅−⋅=ADB ACB r F r F K
K K K d d ¾非保守力：力所作的功与路径有关．保守力的环流为零
4. 固体输送段物料的温升原理
钻木取火与摩擦生热：摩擦能量耗散——机械能转变为热能。
塑性能量耗散：塑性功率为应力张
量与塑性应变率的双点积；
经验性地认为：90%左右的塑性
功将转化为热量。
2 单螺杆挤出机介绍
单螺杆挤出机的挤出过程
2.1.3.1 聚合物的三态变化
图2-5
聚合物三态变化图
31/102
图2-6
常规全螺纹螺杆的三个职能区
32/102
（1）加料段
功能主要是对塑料进行 压实和输送。
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（2）熔融段或压缩段
是使塑料进一步压实和 塑化。
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（3）计量段 塑料进入计量段后将进 一步塑化和均匀化，并使之 定压、定量和定温地从挤出 机头挤出。
2 单螺杆挤出机
1/102
2.1 概 述
挤出成型亦称挤压成型， 它是将物料加热熔融成粘流态， 借助螺杆的挤压作用，推动粘 流态的物料，使其通过口模而 成为截面与口模形状相仿的连 续体的一种成型方法。 所采用的设备称为挤出机。
2/102
塑料原料
加热 挤出机
塑料熔体 定型
加压
挤塑模具（机头）
初始形状的连续体
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传动系统
其作用驱动螺杆，保证螺 杆在工作过程中所需要的扭矩 和转速。
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加热冷却系统 它保证塑料和挤压系统在 成型加工中的温度控制要求。
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加料系统
主要由料斗和自动上料装 置等组成。其作用是向挤压系 统稳定且（2）辅机
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 机头 定型装置 冷却装置 牵引装置 切割装置 卷取装置 堆放装置
28/102
④螺纹螺距：用S表示 ⑤螺纹升角：用φ表示 ⑥螺纹头数：用P表示 ⑦螺槽轴向宽度：用B表示 B=S-b ⑧螺棱的轴向宽度：用b表示 ⑨螺槽的法向宽度：用W表示 ⑩螺棱的法向宽度：用e表示 11 螺纹外径与机筒内壁之间隙：用δ表示
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φ
图2-4
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固体输送
• 加料段（固体输送段）是自料斗到压缩段 开始的位置，具有输送固体物料，兼有预压、 预热作用。 要使制品质量、产量稳定，须满 足以下两个条件： 1. 熔体的输送速率等于固态物料的熔化 速率 2. 沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率 等于挤出机生产率
• 目前对此理论的推导最为简单的是以固
影响固体输送的因素
在固体输送段对内螺杆的两种等效情况下固体塞的 运动和受力作了深入分析。理论上证明了这两种情 况下的固体输送机理与外螺杆的情况相同,均建立 在固体摩擦输送机理基础之上;讨论了牵引角、摩 擦因数和螺纹升角对上述三种情况固体输送流率的
影响。
牵引角
• 在已知螺杆参数 的情下,牵引角夕是影响挤出产 率的重要因素,它取决于螺杆几何参数、摩擦因 数以及固体输送段的压力增长,增大牵引角均有 助于提高固体输送段的体积流率。为对比三种情 况下牵引角对 固体输送体积流率的影.定义下述 函数:
理论部分
• 受力情况： Fs — 螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb — 料筒对固体塞的摩擦力，阻力。 Fbz — Fb 在Z轴方向上
的分力。
• 当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； Fbz<Fs，
螺杆带动物料转动而不移动。 • 流动的基本条件：Fbz>Fs
• Q=V·va • Q—单位时间内固体物料的流动体积；va—物料
塑料挤出成型技术—— 单螺杆挤出机固体输送
第二小组31——36
单螺杆挤出工作原理
工作原理
• 单螺杆挤出机的输送过程主要是依靠摩擦力实现 的。物料在输送的过程中经历了从固态到粘流态 的物理过程，温度；压力和机械性能参与进来完 成了一定产量物料的均匀稳定挤出
工作原理
• 螺杆的分段： • 加料段：固体输送 • 压缩段：压缩物料，并使物料熔融塑化 • 计量段：对熔融物料进行搅拌和混合，同
螺槽中固体输送的理想模型(a) 和固体塞移动速度的矢量图(b)
假设条件： ①物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞，以恒速移动; ②略去物料重力、密度变化的影响； ③摩擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ④螺槽为矩形
加料段的送料量 Qs （摩擦力静平衡）， Qs应为螺槽 的横截面积与轴向速度Va的乘积，可得:
也有助于提高兰种情况下的固体输送流率 但是,当 fs 值较小时,增大机筒内表 面的摩擦 系数的响不如减小螺杆对塑料的摩擦因数 更明显。此外,图5(c) 曲线的斜率大于图家a) 和恤)曲线的斜率,说明螺杆机筒同时旋转时 加料段槽深的对固体输送流率的影响更明 显。
螺旋升角
加工工艺的影响
• 控制螺杆与机筒的温度 • 金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而
前进速度；V—单位螺槽容积。
V D2 (D 2h)2 4
Va 1 N
N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角（移动角）， θ — 螺杆外径处的旋转角，Φ+θ=90o，l—螺杆转 动一周物料移动距离的轴向投影。
D h1 h2 1 cot 1 cot
va
l
•
N
DN ctg ctg
Q 2Dh(D h)Ntg • tg tg tg
时稳定、 • 定量地向口模输送料流
•ห้องสมุดไป่ตู้物料的输送机理：
• 物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓 与螺母间的相对运动
固体的概念
固体分类
固体输送理论
• 目 的：定量计算固体输送率，探索其影响因素 • 发展概况：1956年，Darnell和Mol通过固体对固
体摩擦 • 的静力平衡，建立了固体输送理论。 • 1972年，Broyer和Tadmor对上述理论进行了 • 修正，得到Darnell- Mol理论，成为研究物 • 料在螺杆挤出过程中固体输送的经典理论目前关
体对固体的摩擦力静平衡为基础的。
物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体塞在 螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。
如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则螺帽跟着螺 丝转动而不前移。若在螺帽上加一定压力，再旋转 螺丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。
输送料时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑料与 料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应大于料筒的光 洁度。否则，塑料只能抱着螺杆空转打滑不能前移。
螺杆的主要参数： D：螺杆外径； d：螺杆根径； L：螺杆长度； ｔ：螺距； Ｗ：螺槽宽度； ε：压缩比 ； Ｌ/D：长径比；ｈ：螺槽深度；φ：螺旋角； ｅ：螺纹宽度 。
• 结晶型塑料：熔点前。难压缩，所以L较长； • 无定形聚合物：随T升高，形变增加，所以L较短。
固 体 塞 摩 擦 模 型
受力分析
Qs=SVa=π/4 [D2－（D－2h)2]Va=πh(D-h)×Va
螺杆的展开图(a)和固体塞移动距离的计算(b)
由上图的展开图可见，螺杆转动一周，物料在螺纹 斜棱推力作用下，沿与斜棱垂直的方向由A移向B，AB 在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向的移动速度为 Va；若螺杆的转速为N，则 Va=l×N
由上图知：Fb= PAbfb，Fs= PAsfs ，Fbz=AbfbPcosφ。 稳定流动时，Fs= Fbz，则Asfs=Abfbcosφ ①Fs= Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。 ② Fs> Fbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。
③ Fs< Fbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。
牵引角
牵引角
摩擦因素
由图4也可 以看出三种情况下的体输送产量均是牵 引角口的递增函数,增大口角,均可提高 Qs ,而摩擦 因数是影响牵引角的重要因素,因此提高固体输送
流率的关键是控制摩擦因数
• 下文
摩擦因素
• 下文
摩擦因素
摩擦因素
• (2) 提高机筒表面的摩擦因数 • 图5也说明增大机筒 内表 面的摩擦因数 。
于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较 有代表性的达涅耳(Darnel）和莫耳（Mol）1956 年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基础 建立起来的固体输送理论。
理论部分
固体流量方程的推导
• VX-螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使之产生垂 直于斜率方向的推力；此推力轴向的分力产生 固体塞轴向的运动Va；Vb-料筒相对于螺杆产 生的切向运动速度；Vb-VX产生沿螺槽Z方向的 运动VZ.