(完整word版)双螺杆挤出机螺杆局部构型设计

螺杆局部构型设计依据捏合同向双螺杆挤出过程一般由固体输送、熔融、熔体输送、混淆、排气等区段构成，以及同向双螺杆是组合式，即整根螺杆是由达成不一样功能的螺杆区段组合而成的特色，因此整根螺杆的组合应包含双方面：一是达成不一样局部功能的各样螺杆区段（即局部构型）设计，二是针对整个挤出过程达成的任务，整根螺杆的组合设计。

这里先议论螺杆的局部构型设计。

1.加料段：此地方指的加料段，是指第一（或主）加料口下方对着的螺杆区段。

对这一段的主要要求是能顺利地、多适应性地加入物料，包含能适应各样形状的粒料、低松密度的粉料、含有纤维状增添组分的物料的加入。

据此，大螺距、正向螺纹输送元件用在此处可获取最大的加料能力。

有资料介绍这一段也可采纳加大螺槽深度的螺纹元件，可使其容积输送能力超出一般标准螺纹元件，因此也可获取较大的加料能力。

下列图表示的为 Berstorff 企业的加料段螺杆槽深度的变化状况。

关于 ZE-A 系列，在给定的中心距下，勇敢外径 D 于螺杆的根径 d 的比值由 ZE 系列的 D/d=1.24 加大到 1.43，以后来的 ZE-R 系列其 D/d=1.74，这比ZE 型的体积增添了 2.3 倍。

2.用于压缩物料的螺杆局部构造：像单螺杆挤出过程同样，在固体输送段要将松懈的粉状物料压实或提升粒状料在螺槽中的充满程度。

以利于促使物料的熔融、塑化，就要设置能实现这一要求的螺杆局部构造。

分段改变螺距，使螺距由大到小，这是目前流行的组合式双螺杆往常采纳的方法。

应当指出，加工低松密度的粉状物料，在组合不一样导程螺纹元件时一般不会出现什么问题；但若加入的是颗粒料，则相接螺纹元件导程的变化有时会致使挤出机过载，为此在设计相邻导程变化的程度时要考虑到这点阶跃式导程变化对充满度的影响3.用于熔融塑化的螺杆局部构型：熔融塑化给定聚合物的最正确螺杆构型取决于物料的比热容、熔点、熔体粘度以及聚合物在固体状态时粒子的大小。

用于熔融、塑化的局部螺杆构型设计的目标是在设定的温度下将固体物料平均、迅速熔融。

使物料熔融的热源有两个，一个是由机筒加热器供给的外热，另一个是由螺杆导入的机械能转变的摩擦热、清醒形变热和剪切热，尔后者是主要的。

为导入剪切热，在熔融塑化段应设置捏合块、反向螺纹元件、反向密炼机转子式（或大导程）螺纹元件，并将这些元件在预约的螺杆轴向地点与其上游的正向螺纹元件有效的组合起来，详细以下列图所示(a)反向螺纹元件； (b)正向捏合块 +反向螺纹元件； (c)正向捏合块； (d)反向非对称大导程螺纹元件。

评论用于塑化熔融的局部螺杆构型利害，应当是其将机械剪切能转变为热而使物料熔融得最快、最完全，又不使物料温度高升，即能量利用最好。

实验发现，上图 (b)所示构型，在螺杆高速运行下，物料熔融的很快，且熔融区的长度很短。

可是在该区段及其上游一段地区内物料的温升很高，大大超出本来的设定温度（）和熔融物料所需要的能量，并且熔体压力也很高。

这说明这类螺杆构型耗散了过多的机械能，除使物料熔融外，还使熔体温度大大高升，明显不是最正确。

研究发现，某些聚合物，在二头螺杆元件系统中使用三天捏合块会更好地实现熔融，与相当的二头捏合块对比，这类三头捏合块能供给更有效的能量输入，这是因为其啮合区两螺杆的互相作用和最大、最下剪切速率间较小的差异而使能量更平均地输入的结果，它对熔融结晶性工程树脂特别有效。

而采纳标准的二头正向和中性捏合块时，捏合块中的漏流缩短了物料在高剪切区的环流，熔交融不完全。

反向螺纹元件除了前述的弊端外，其所产生的压力梯度对物料粘度的敏感性要大于三头捏合块。

因此，三头捏合块能够塑化拥有宽粘度范围的聚合物。

有资料报导，用于熔融的较好螺杆构型是上图 (d)所示的组合—有非对称大导程的新式螺杆元件的构型，它能够使大多数物料经受可控恒定的剪切和压力，故物料温升不高。

为了防止在熔融塑化区产生过高的温度梯度，可将剪切元件和正向螺纹输送元件相间组合，使总能量的输入以必定得次序在必定得轴向长度内散布开来，如为Berstorff 企业用于熔融的螺杆构型 (c)所示。

4.用于排气的螺杆局部构型啮合同向双螺杆挤出机都设有排气段，把物猜中的湿气、夹带的空气和挥发的组分除掉。

在排气口的上游，应将熔体密封，使之成立高压。

而在排气区，即与排气口对应的区，应使物料在螺槽中的充满度较低，并与大气或真空泵相通。

使熔体密封并成立高压的方法可采纳反向螺纹元件、反向捏合块或调压阀。

在排气区则应当采纳大导程螺纹元件以下列图（），以形成低充满度和薄的熔体层。

使物料有可裸露的大的自由表面，长的逗留时间，以利于排气。

有资料建议在排气区若采纳多个小螺距螺纹元件，会有益于可裸露的自由表面的不停更新，加长逗留时间，有益于排气。

（）此外，像单螺杆排气挤出机的排气螺杆设计那样，应保证排气口上游螺杆段的输送能力小于或等于排气口下游螺杆段的输送能力，以成立流量的均衡，使排气口下游熔体充满的回溯长度（）不进入排气区，防备排气口溢料。

5.用于熔体输送的螺杆构型在同向双螺杆挤出机的螺杆组合中，有时要采纳捏合块、反向螺纹元件。

物料经过这些元件，需要在其上游成立压力（图）；物料经过机头也需要成立压力。

而只有在完整充满物料的螺杆段才能成立压力。

因此啮合同向双螺杆挤出机的压力成立能力来自螺槽连续充满的能力。

100%的充满度能使轴向有通道的螺杆构型在短距离内成立起压力。

而熔体对螺杆的充满长度（前称之为回溯长度）取决于物料的年度、螺杆导程、螺杆转速、加料量和口模阻力。

前已述及，建压陪伴着温升，这是因为聚合物低的传热系数和螺杆冷却表面与熔体挤出量之比较低所致。

为使建压带了的温升最低，一定优化建压螺杆构型，以减少背压区（或回溯区）的长度，使输入物料的能量最小。

背压区变短，意味着在预约的压力下，对流率为某一值的熔体挤出段，压力梯度一定达到最大值。

应当指出，若螺杆构型或操作条件选择不妥，有可能致使挤出不稳固，如颠簸；排气口下游熔体输送区的熔体充满段的回溯长度下延长到排气段时会致使排气口冒料。

6.与多个加料口相适应的螺杆构型在某些状况下，某些组分要在沿螺杆轴线方向的不一样地点加入。

这样，除主加料口外，挤出机上还会有其余后续加料口。

这时，螺杆构型就应当与全部不一样加料口相适应。

明显，在后续加料口上游应设置密封螺纹元件，而在对着加料口的螺杆上设置大螺距、物料不可以充满的螺纹元件，以容纳加进的组分和使之简单加入。

关于热和剪切过敏感的增添剂，应在基体聚合物已在高剪切区完全熔融后再加入，即在该处设置增添剂加料口，该加料口下游的螺杆构型要设计的能够提供低剪切的混淆。

当加入加强填料时，比如加入玻纤，就应在聚合物已熔融后加入，以保护玻纤不致被过分剪断，影响加强成效和过分磨损螺杆。

玻纤加进口下游螺杆构型特别重要，它决定了最后纤维长度及其散布。

当加入低熔点的增添剂时，应在聚合物完整融熔后加入。

假如加入的增添剂是液体，则应当用高压泵打入，此机遇筒上加进口最好是单向阀构造，以保证增添剂不返回，螺杆该区段能够充满或不充满物料，但其压力应小于高压泵的压力。

当加入高浓度液体时，应采纳几个下游加料口，渐渐散布加入，使之慢慢与聚合物熔体混淆，将之稀释，而对应每个加料口下游的螺杆元件的混淆强度应渐渐加强，以均化粘度渐渐减小的聚合物熔体和液体增添剂形成的混淆物。

7.混淆段的螺杆构型啮合同向双螺杆挤出机主假如用来对物料进行改性，混淆是最重点的一步。

物料的混淆除了与螺杆的构型相关外，还与物料的性能、状态及操作条件相关。

过去一般以为混淆主假如在聚合物变为熔体后才真实的进行。

但近来的研究发现，在双螺杆的熔融段，聚合物共混物分别相尺寸发生急剧降落，从初始的毫米级的宏观粒子很快减小到熔融结束后的几十微米。

与熔融区对共混形态构造的影响对比，熔体输送区对混淆的影响要小得多。

换而言之，分别相颗粒尺寸在融化（对无定型聚合物）阶段或熔融阶段（对半结晶聚合物）变化很大，而当聚合物完整熔融后期分别相颗粒尺寸变化不大。

这就提示我们，啮合同向双螺杆挤出过程的熔融阶段也就是混淆开始的阶段，这与过去的观点是不一样的。

为此，就应当把熔融段和混淆段的螺杆构型一致同来考虑。

下列图（）表示w.p 企业双螺杆组合设计中齿形元件和其余元件构成的增添散布混淆强度的螺杆构型。

图（）为增添混淆强度的由捏合块及螺纹元件构成的混淆段。

螺杆的整体构型设计：1.混淆作业的目的，最后制品的配方和加入双螺杆挤出机进行混淆时物料各组分的形态、性能和配比。

从整个工艺来看，对加料的方式、次序等有无特别要求一定弄清楚。

因为在许多状况下，为了达到规定的混淆目标，其实不老是把参混的聚合物及其增添剂在一同游第一个加料口加到挤出机中去，有时要依据物料加料特征、输出、熔融和混淆特征、混淆物中各组分应达到的最后混淆状态，在挤出过程的不一样阶段，在螺杆轴线的不一样地点，将聚合物或增添剂按必定比率份数加到几次系统中，这就波及及需要设置几个加料口，能否需要侧加料口和液体增添剂注进口的问题，而这对机筒元件的选择和整根螺杆的构型设计会有很大影响。

2.假如挤出过程主假如实现散布混淆，如混淆理论所述，其重点变量是应变，则螺杆构型应能供给足够的应变外，还应使物料在螺杆中流动时能不停从头取向（或不停调整其流动方向），使其与剪切方向成 45°。

依据研究和实质经验，在进行螺杆构型设计时，为了获取大的应变，并不是剪切元件数目越多越好，而应在剪切元件之间引入混淆元件，以使由剪切元件流出的物料界面无规化，这样能够在增添极少或不增添剪切的状况下获取大的界面增添，进而实现优秀的散布混合。

此外，用两个或更多个的输送元件将混淆段分开，这将给系统中粘弹物料一个机遇，在其进入下一阶段以前废弛一下，进而恢复它因来自上一段的剪切变稀而减小的年度，使其粘度增大（为实现优秀的混淆，应保持较高的粘度），这样混淆会更有效，且能量输入最小（减少主机电流）。

3.假如挤出过程主假如实现分别混淆，即便某些组分的粒径小到所希望的值，则螺杆构型的设计与前方就有所不一样。

分别混淆的重点变量是应力，只有能供给大的剪切力，才能使结块和液滴破碎。

这就要在螺杆中设置高剪切区，并且要使物料多次经过这些高剪切区。

高剪切区最好设置在物料的熔融阶段。

这是因为每经过一次高剪切区，界面与剪切方向不一样，可能获取最大的剪切成效，这和物料在开炼机中薄通次数越多，分别混淆越好同样，因为在熔融段物料粘度大，故在此时提升剪切，分别成效好。