10_双螺杆挤出机

3 螺杆的转向：螺杆的转向由同向和异向
之分。一般同向旋转的双螺杆挤出机多用 于混料，异向旋转的双螺杆挤出机多用于 挤出成型制品。
4 螺杆的转速范围：螺杆的最低转速和
最高转速间的范围。
5 驱动功率：指驱动螺杆的电动机功率，
单位kW。
6 加热功率：指双螺杆挤出机机筒上各段
加热功率的总和，单位kW。
7 双螺杆中心距公称尺寸：指平行布置
5 工作原理
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机



物料自料斗经定量装料器加入 机筒后，按照旋转 方向，可从 一根螺杆的螺槽经啮合区的间隙流 入另一根螺杆的螺槽，形成旋转的倒“8”形向前 运动，于是，从加料口至机头存在着通道。 在啮合处，螺纹和螺槽的速度相反，物料相对速 度很大，承受很大的剪切，有利于混合，且能刮 去螺槽内的积料，故具有较好的混炼和自洁作用 。 由于啮合处两根螺杆的速度方向相反，因此能在 上下啮合区形成平衡的压力，螺杆的轴承及机筒 承载均匀，故可在高转速下工作。
4.3 双螺杆挤出机
4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.4.4 概述 双螺杆挤出过程参量 双螺杆挤出机主要参数 双螺杆挤出机主要零部件
4.3.1 概述
1单螺杆挤出机的局限性

加料性能差 排气效果差 物料停留时间长
容易加入带状料、粉料及玻璃纤维等物料 物料停留时间短 塑化、混合效果佳 排气、自洁性能优良 比功率低 螺杆特性硬

5 工作原理
☆ 非啮合型双螺杆挤出机




拖曳流3：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而更新（不 论两螺杆的转向如何），产生流 动 3。 拖曳环流4：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4。 而所有这些流动形式都增加了对物料的混炼和剪切 作用。 由于这种啮合形式的双螺杆没有自清洁作用，所以 一般仅用于混料。
2014年9月16日星期二
双螺杆挤出机和单螺杆 挤出机工作原理比较
物料在单螺杆挤出机中的输送是依靠物料与机 筒的摩擦力 而双螺杆挤出机则为“正向输送”，有强制将 物料向前输送的作用，另外，双螺杆挤出机在 两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用

2014年9月16日星期二
4 类型
按相对位置
啮合型 非啮合型 锥形双螺杆 按螺杆轴线是否平行 平行双螺杆 同向旋转 按旋转方向 向内异向旋转 完全啮合型 部分啮合型
A A
2、充满度
☆ 充满度的物理意义：

固体输送段：可表明物料与螺杆和机筒的接触情 况，因而表明由机筒吸收热量的情况；
熔融段：它意味着物料受剪切的强弱； 排气段：它表明物料自由表面积的大小，排气效 果的好坏，冒不冒料；


熔体输送段：它表明螺杆内是否建立起压力。
通过调节充满度，可以调节挤出过程，达到预期 的目的。


5 工作原理
☆ 非啮合型双螺杆挤出机

轴向漏流1：由于两螺杆不啮合 ，它们之间的径向间隙很大， 所以存在较大的轴向漏流。 环形漏流2：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根螺 杆拖曳面的物料压力，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压力较低的拖曳 面流动）。
4.4.4 双螺杆挤出机主要零部件
1 螺杆
整体式螺杆
组合式螺杆
（1）整体式螺杆
由整根材料加工制作，在一根螺杆上加工 出各种基本结构单元（输送单元和混炼单 元）。 加工难度大。 为了获得适当的压缩比

• 变螺距 • 变螺棱宽度 • 依靠锥形变化
（2）组合式螺杆
是由多个单独的螺杆元件沿轴向连接组成 的组合体。 元件具有互换性，可根据工艺需要进行组 合。 加工难度小于整体式螺杆。 主要组合单元： 输送元件、剪切元件、压缩元件、混合元 件以及捏合元件。

（2）组合式螺杆
☆ 输送元件


用于输送物料，给物料一定的推力使物料能够克 服在流道中的阻力。结构多为螺纹型。 全啮合式：间隙小，两螺杆在输送过程中形成了 几乎密闭的“C”型空间，使物料很难进行相互间 的混合，对物料进行强制输送，可以在很短的长 度内建立起较高的压力。
☆充满度

部分充满的螺槽
充满度：物料填充螺槽的面积Aε与螺槽的总面积 A之比。 固体输送段：充满度一般小于1；取决于螺杆构 型， 熔融段：充满度可能等于或小于1； 熔体输送段：充满度可能等于或小于1； 在排气段：充满度必须小于1。 反螺纹段、反向捏合块：充满度等于1。 为了使物料通过反螺纹段和反向捏合块，其上游 用于建压的正向螺纹元件中必定有一段螺槽的充 满度等于1。

4、能耗
挤出过程能力沿挤压系统的变化示意
4、能耗
电机、加热器提供的能量与螺杆直径的关系
4、能耗
热能、压力能和剪切能是由加热器的电能和
驱动螺杆的机械能转化而来。这些能量的一部 分为熔融物料、成型制品所利用。其余部分作 为热损失而损失掉。
4、能耗
☆比功率消耗
比功(耗)率：表示一台挤出机能量转化和利用的好坏。 比功耗分毛比功耗和净比功耗。净比功耗是挤出过程中物料 承受的总变形和应力的度量，它可以用平均剪切应力和平均剪 切应变的乘积表示：
Se

最低比功耗是在最高挤出量和最低螺杆转数下得到 的，是挤出物料所需的最少能量。
4.3.3 双螺杆挤出机的主要参数
啮合同向双螺杆挤出机是当前用于塑料 改性的主要混合设备之一。它的螺杆转数 目前已高达1200～1500 rpm，长径比L/D 可达36～48或更长，其螺杆和机筒都是组 合式，通过对螺杆元件、机筒元件进行科 学的组合，可以获得范围广的剪切速率和 剪应力，能进行分布混合和分散混合，可 对聚合物进行共混、填充、增强改性和反 应挤出。
1 螺杆公称直径D：指螺杆外径，单位mm。
对于锥形双螺杆而言，D是一个变值，一般同时 表示小端直径d。
表示机器的加工能力。
2 螺杆长径比
螺杆有效长度与直径之比即L/D 。 主要取决于完成物料熔融塑化所需的挤出过程 和停留时间、各种功能段的长度及数量等因素 。 一般整体式双螺杆挤出机的长径比在7~18之 间。对于组合式双螺杆挤出机，长径比是可变 的。 目前，随着螺杆转速的高速化，挤出系统的长 度（或螺杆长径比）总体呈现增大的趋势。
3、压力
☆ 压力的建立：只有充满度等于1的区段，才有可能建 立起压力。 ☆ 压力的分布：沿螺杆轴线方向就有一个压力分布问 题。用压力梯度（即沿螺杆轴线方向单位长度上的压 力变化）表示。 ☆ 影响压力的因数：不同螺杆元件其建立压力的能力 是不同的。口模形式和尺寸也影响压力分布。
3、压力
啮合同向双螺杆沿螺杆轴线方向的压力分布
的两螺杆的中心距。单位mm。
8 实际比功率：表征每小时内平均加工
1kg物料所需电动机实际使用功率的指标。 单位kW/（kg/h）。
9 比流量：指螺杆每转的生产能力，表征
挤出机的生产效率，单位（kg/h）/（r/min ）。
10 产量：指每小时的挤出量，单位kg/h。
4.4.4 双螺杆挤出机主要零部件
5 工作原理
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机



由于两根螺杆相互啮合，对物 料输送有强制的 推力，故螺槽内的物料可以不充满螺槽地向前输 送。 螺杆啮合处对物料的剪切过程 使物料的表层不 断的更新，具有很好的脱挥排气性能。 近年来，为了强化同向旋转双螺杆挤出机的混炼 能力，在螺杆元件中采用了各种结构的混合与剪 切元件，使其混炼能力得到了更大的增强，因此 啮合型同向旋转双螺杆挤出机被广泛用于物料的 混炼。
程热量的来源有两个：
a.机筒外部加热器通过机筒传给物料的热量。
b.物料与物料之间、物料与螺杆、物料与机筒之间 的摩擦热和物料受剪切而生成的热量。
1、温度
☆ 温度的调节



加料口：为保证物料顺利加入，必须保持固体的摩 擦性质，故此段机筒不但不要加热，还需要冷却。 在加料口下游，机筒温度则需升高，以便将物料加 热，促使其熔融。 熔融后：机筒温度要保持低温，使物料保持较高的 粘度，这有利于混合，防止物料过热分散，实现低 温挤出。 螺杆轴线方向机筒的温度设定：与双螺杆挤出机的 类型、螺杆构型及挤出物料特性和对最终挤出物性 能要求有关，由双螺杆挤出机的加热冷却系统和温 控系统来实现。

这意味着压力升高1 MPa，温度上升5 ℃。这种建压引起的温升有害无 益，即浪费能量，又易引起物料分解，也无益于混合。 必须对螺杆建压区的构型进行优化，减少螺杆背压区的长度，使能量输 入和温升达到最小值。
2、充满度

由于采用计量加料，再加上主机螺杆转数可无级调节，以及 双螺杆螺杆构型对物料的接受和输送的特点，因而沿螺杆轴 线方向各螺杆区段的螺槽并不是都被物料充满，有的区段的 螺杆元件处于非充满状态（饥饿状态）。
1、温度
☆ 建压导致的温升 在熔体输送中螺杆建压的同时，会引起熔体的温 升： ΔP——压差
P T C p m

ΔT——温升 ρ ——熔体密度 Cp ——比热容 ηm——效率
若 1 ， Cp 0.5，m 10%，则由上式可计算出
ΔT（℃）=0.5ΔP (bar)


5 工作原理
☆ 啮合型异向双螺杆挤出机

少量物料被拉入两螺杆之间的 径向间隙，受到 螺棱和螺槽间 的研磨和滚压作用，此作用与 压 延机上物料的滚压作用相似 ，称为“压延效应” 由于压延效应，使机筒壁和轴承受力不均匀而局 部受压磨损，故异向旋转的双螺杆只能在较低的 转速下工作。 异向啮合型双螺杆混炼剪切作用较弱，故适用于 热敏料和需要受热时间短的物料的成型。
向外异向旋转
5 工作原理
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机