双螺杆挤出螺杆局部构型设计.doc

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1、螺杆局部构型设计根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、混合、排气等区段组成，以及同向双螺杆是组合式，即整根螺杆是由完成不同功能的螺杆区段组合而成的特点，因而整根螺杆的组合应包括两方面：一是完成不同局部功能的各种螺杆区段（即局部构型）设计，二是针对整个挤出过程完成的任务，整根螺杆的组合设计。这里先讨论螺杆的局部构型设计。1.加料段：此处所指的加料段，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，包括能适应各种形状的粒料、低松密度的粉料、含有纤

2、维状添加组分的物料的加入。据此，大螺距、正向螺纹输送元件用在此处可获得最大的加料能力。有资料推荐这一段也可采用加大螺槽深度的螺纹元件，可使其容积输送能力超过一般标准螺纹元件，因而也可获得较大的加料能力。下图表示的为Berstorff公司的加料段螺杆槽深度的变化情况。对于ZE-A系列，在给定的中心距下，果敢外径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，其后来的ZE-R系列其D/d=1.74，这比ZE型的体积增加了2.3倍。2.用于压缩物料的螺杆局部结构：像单螺杆挤出过程一样，在固体输

3、送段要将松散的粉状物料压实或提高粒状料在螺槽中的充满程度。以利于促进物料的熔融、塑化，就要设置能实现这一要求的螺杆局部结构。分段改变螺距，使螺距由大到小，这是当前流行的组合式双螺杆通常采用的方法。应当指出，加工低松密度的粉状物料，在组合不同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导致挤出机过载，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佳螺杆构型取决于物料的比热容、熔点、熔体粘度

4、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均匀、快速熔融。使物料熔融的热源有两个，一个是由机筒加热器提供的外热，另一个是由螺杆导入的机械能转变的摩擦热、苏醒形变热和剪切热，而后者是主要的。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，并将这些元件在预定的螺杆轴向位置与其上游的正向螺纹元件有效的组合起来，具体如下图所示(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

5、程螺纹元件。评价用于塑化熔融的局部螺杆构型好坏，应当是其将机械剪切能转变为热而使物料熔融得最快、最彻底，又不使物料温度升高，即能量利用最好。实验发现，上图(b)所示构型，在螺杆高速运转下，物料熔融的很快，且熔融区的长度很短。但是在该区段及其上游一段区域内物料的温升很高，大大超过原来的设定温度（）和熔融物料所需要的能量，而且熔体压力也很高。这说明这种螺杆构型耗散了过多的机械能，除使物料熔融外，还使熔体温度大大升高，显然不是最佳。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

6、的二头捏合块相比，这种三头捏合块能提供更有效的能量输入，这是由于其啮合区两螺杆的相互作用和最大、最下剪切速率间较小的差别而使能量更均匀地输入的结果，它对熔融结晶性工程树脂特别有效。而采用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，熔融会不彻底。反向螺纹元件除了前述的缺点外，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。所以，三头捏合块可以塑化具有宽粘度范围的聚合物。有资料报道，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型螺杆元件的构型，它可以使大部

7、分物料经受可控恒定的剪切和压力，故物料温升不高。为了避免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，使总能量的输入以一定得顺序在一定得轴向长度内分布开来，如为Berstorff公司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，把物料中的湿气、夹带的空气和挥发的组分除去。在排气口的上游，应将熔体密封，使之建立高压。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。使熔体密封并建立高压的方法可采用反向螺纹

8、元件、反向捏合块或调压阀。在排气区则应该采用大导程螺纹元件如下图（），以形成低充满度和薄的熔体层。使物料有可暴露的大的自由表面，长的停留时间，以利于排气。有资料建议在排气区若采用多个小螺距螺纹元件，会有利于可暴露的自由表面的不断更新，加长停留时间，有利于排气。（）另外，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，以建立流量的平衡，使排气口下游熔体充满的回溯长度（）