10 双螺杆挤出机

5 工作原理
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机 机筒后， 物料自料斗经定量装料器加入 机筒后，按照旋转 方向， 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 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。 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， 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， 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， 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， 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， 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。 承载均匀，故可在高转速下工作。
5 工作原理
☆ 啮合型异向双螺杆挤出机 由于两根螺杆的旋转方 向不 同，一根螺杆中物料螺旋前进 的道路被另一根螺杆堵死， 的道路被另一根螺杆堵死，故 不能形成“8”运动 运动。 不能形成“8”运动。 在啮合处， 在啮合处，一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽 连续的螺槽被分割成相互隔离的C形小室。 中，使连续的螺槽被分割成相互隔离的C形小室。 螺杆旋转时，随着啮合部分的轴向移动， 螺杆旋转时，随着啮合部分的轴向移动，小室也沿 着轴向前移，螺杆每转一圈， 着轴向前移，螺杆每转一圈，小室就前移一个导程 的距离， 的距离，故自机筒加料口到机头不存在物料的连续 通道。 通道。
5 工作原理
☆ 非啮合型双螺杆挤出机 轴向漏流1 轴向漏流1：由于两螺杆不啮合 它们之间的径向间隙很大， ，它们之间的径向间隙很大， 所以存在较大的轴向漏流。 所以存在较大的轴向漏流。 环形漏流2 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 流动2 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）。 面流动）。
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 饥饿状态）。 饥饿状态
☆充满度
充满度：物料填充螺槽的面积Aε与螺槽的总面积 A 充满度： A之比。 固体输送段： 固体输送段：充满度一般小于1；取决于螺杆构 型， 熔融段： 熔融段：充满度可能等于或小于1； 熔体输送段： 熔体输送段：充满度可能等于或小于1； 在排气段： 在排气段：充满度必须小于1。 反螺纹段、反向捏合块： 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。
1、温度
☆ 温度的调节 加料口：为保证物料顺利加入， 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。 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， 在加料口下游，机筒温度则需升高，以便将物料加 促使其熔融。 热，促使其熔融。 熔融后：机筒温度要保持低温 保持低温， 熔融后：机筒温度要保持低温，使物料保持较高的 粘度， 有利于混合，防止物料过热分散， 粘度，这有利于混合，防止物料过热分散，实现低 温挤出。 温挤出。 螺杆轴线方向机筒的温度设定：与双螺杆挤出机的 螺杆轴线方向机筒的温度设定： 类型、 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， 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。 控系统来实现。
4.3.1 概述
3基本结构
挤压系统 • 双螺杆 • 机筒 传动系统 加热冷却系统 控制系统 加料装置 机座
双螺杆挤出机挤压系统
是在一个“ ” 是在一个“∞”字形机筒 内，由两根互相啮合的螺 杆组成。 杆组成。螺杆可以是整体 或组装， 或组装，同向旋转或异向 旋转， 旋转，平行或锥形的
2011年11月8螺杆轴线方向的压力分布
4、能耗
☆ 能量平衡
为了使加入的物料熔融呈粘流态 粘流态，必须供给热能 粘流态 热能；为使物料 热能 压实，充满螺槽并通过阻力元件，物料必须在螺杆轴线某些 位置建立起压力，即必须供给压力能 压力能；为了使各组分进行分 压力能 布混合和分散混合，必须提供剪切机械能 剪切机械能。 剪切机械能 热能、压力能 剪切能 剪切能是由加热器的电能和驱动螺杆的机械 热能、压力能和剪切能 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。 双螺杆挤出过程中机械能和加热器提供的热能不但与双螺杆 双螺杆 挤出机的类型有关，还与螺杆构型 螺杆构型和不同的螺杆区段 螺杆区段有关。 挤出机的类型 螺杆构型 螺杆区段
1、温度
☆ 建压导致的温升 在熔体输送中螺杆建压的同时， 在熔体输送中螺杆建压的同时，会引起熔体的温 升： ∆P——压差 压差
∆P ∆T = ρC pη m
∆T——温升 温升 ρ ——熔体密度 熔体密度 Cp ——比热容 比热容 ηm——效率 效率
若 ρ = 1， p = 0.5，η m = 10%，则由上式可计算出 C
4 类型
完全啮合型 啮合型 按相对位置 部分啮合型 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 向外异向旋转
5 工作原理
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机 双螺杆挤出机的结构尽管与单螺杆挤出机很相似 但是其工作原理与单螺杆挤出机很不相同。 ，但是其工作原理与单螺杆挤出机很不相同。 在双螺杆挤出机中，原材料由加料装置（ 在双螺杆挤出机中，原材料由加料装置（一般为 定量加料）通过加料口加入，且有些添加料（ 定量加料）通过加料口加入，且有些添加料（如 还需通过机筒中间的加料口加入， 玻璃纤维 等）还需通过机筒中间的加料口加入， 物料经受双螺杆熔融、混炼、 物料经受双螺杆熔融、混炼、输送等作用到达挤 出机头口模。 出机头口模。 在这一过程中， 在这一过程中，物料的运动情况因螺杆的啮合方 旋转方向的不同而不同。 式、旋转方向的不同而不同。
部分充满的螺槽
Aε ε= A
2、充满度
☆ 充满度的物理意义： 充满度的物理意义： 固体输送段： 固体输送段：可表明物料与螺杆和机筒的接触情 因而表明由机筒吸收热量的情况； 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； 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； 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。 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， 通过调节充满度，可以调节挤出过程，达到预期 的目的。 的目的。
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， 由于两根螺杆相互啮合，对物 料输送有强制的 推力， 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。 断的更新，具有很好的脱挥排气性能。 近年来， 近年来，为了强化同向旋转双螺杆挤出机的混炼 能力， 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， 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。 混炼。
4.3.2 双螺杆挤出过程参变量
描写双螺杆挤出这一过程的参量 有温度、充满度、压力 能量 温度、 温度 充满度、压力和能量 能量。
1、温度
温度是挤出过程得以进行的重要条 件之一。如前所述，物料从加入料斗 到最后成型为制品是经历了一个复杂 的温度过程的。
1、温度
☆ 热量来源 温度是双螺杆挤出过程得以进行的重要条件之 物料由固态变为粘流态，需要热量。 一。物料由固态变为粘流态，需要热量。挤出过 程热量的来源有两个： 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。
∆T（℃）=0.5∆P (bar) =0.5∆P
这意味着压力升高1 这意味着压力升高 MPa，温度上升 ℃。这种建压引起的温升有害无 ，温度上升5 即浪费能量，又易引起物料分解，也无益于混合。 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， 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。 入和温升达到最小值。
5 工作原理
☆ 非啮合型双螺杆挤出机 拖曳流3 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（ 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 ），产生 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 拖曳环流4：特别是在异向旋转过程中，物料在 处 受到阻碍，产生了流动 流动4 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。 作用。 由于这种啮合形式的双螺杆没有自清洁作用， 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。 一般仅用于混料。
3、压力
☆ 压力的建立：只有充满度等于1的区段，才有可能建 压力的建立： 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 压力的分布： 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 影响压力的因数： 是不同的。口模形式和尺寸也影响压力分布。
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， 径向间隙，受到 螺棱和螺槽间 的研磨和滚压作用， 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” ，称为“压延效应” 由于压延效应， 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， 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。 转速下工作。 异向啮合型双螺杆混炼剪切作用较弱， 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。 热敏料和需要受热时间短的物料的成型。