异向旋转双螺杆挤出成型机的现状与技术水平分析 3.1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。鉴此,目前国内PVC制品挤出成型加工中大多采用锥形双螺轩挤出机。但当螺杆直径大到一定程度时,锥形双螺杆挤出机需要大尺寸的止推轴承和扭矩分配齿轮,使得机器结构过于庞火,因此大型设备多采用平行异向双螺杆挤出机。目前串联式轴承的设计制造已不成为问题,因而锥形和平行双螺杆挤出机两者传动系统制造难易的差异正在缩小,较突出的问题是锥形双螺轩机螺杆及机筒的加工制造难度较大,且磨损较大,制造成本比平行机要高,因此目前螺杆直径在∮55-80mm范围内的异向双螺杆挤出机多采用锥形双螺杆机。而直径∮80以上者多采用平行异向双螺杆机,直径∮30左右的平行异向双螺杆机,多用于实验室等场合。异向双螺轩挤出机与单螺杆挤出机的主要差别有两点:首先,是它们的输送机理不同。单螺杆挤出机中的物料传送是拖曳型流动,国体输送过程为摩擦拖曳,熔体输送过科为粘性拖曳,国体物料与金属表面之间摩擦系数的大小以及熔体物料的粘度在很大程度上决定了单螺杆挤出机输送能力的强弱:啮合型异向双螺杆挤出机中物料的传送是正位移输送,随着螺杆的回转,物料被相互啮合的螺纹强制性地向前推进,其正位移输送的程度取决于一根螺杆的螺棱与另一根螺杆的螺槽的接近程度。用紧密啮合的异向旋转双螺杆挤出机可获得的正位移输送。 其次,二者的速度场不同。单螺杆挤出机中速度分布相对来说比较明确并且易于描述,双螺杆挤出机中的情况则相当复杂且描述困难,这主要是由于双螺杆挤出机中啮合区的存在造成的。许多研究者通过忽略双螺杆挤出机中啮合区的漏流对其流场做了分析,然而发生在啮合区的漏流与双螺杆挤出机的混合特性和总体行为有很大关系,因此在不计啮合区漏流的情况下所做的流场分析虽然具有一定的参考价值,但其实用价值不大。由于发生在啮合区的复杂流动使得双螺杆挤出机具有混合充分、热传递均匀、熔融能力强、排气性能良好等诸多优点,所以仍有许多科研工作者为了更准确地分析啮合区的流动正在做着不懈的努力。 与单螺杆挤出机相比异向双螺杆挤出机具有很多优点:①加料容易。由于双螺杆挤出机是靠正位移原理输送物料,因此可以加入粘度很高或很低的物料以及带状料、糊状料、粉料等。②物料在双螺杆挤出机中停留时间短,滞留时间分布窄,因此双螺杆挤出机适于加工热敏性物料。③优异的排气性能。这是啮合型双螺轩的自洁功能使得物料在排气段获得完全的表面更新所致。④优异的混合、塑化效果。⑤低的比功耗。双螺杆挤出机的比功耗比单螺杆挤出机低百分之三十左右。这使得双螺轩挤出机在节能、降耗方面具有明显的优势。 双螺杆挤出机中两根螺杆的旋转方向和啮合程度的不同,导致了同向旋转双螺杆挤出机和异向旋转双螺挤出机不同的泵送、混合和流动机理,同时也决定了这两类挤出机不同的用途。在啮合型同向旋转双螺杆挤出机中,物料在螺槽中的流动?quot;∞"字形螺旋流动。并且同向双螺杆挤出机转速较高,使得物料所受剪切作用较大。这些特点使得同向双螺杆挤出机具有优异的分散混合及分布混合能力、较窄的停留时间分布、优良的自清理效果等优点,因而被广泛应用于聚合物配混(共混、填充、增强)、排气(脱挥〉及反应挤出(聚合物聚合及反应型改性)等领域。但与异向双螺杆挤出机相比同向双螺杆挤出机的输送效率较低,建压能力比较差,因此一般不能用来直接挤出成型。若想获得高的挤出压力,则需在下游接聚合物熔体齿轮泵或接第二阶单螺杆挤出机,这会使机器设备成本提高。 在啮合型平行异向旋转双螺杆挤出机中,物料被封闭在绕每根螺杆的C型小室中,作类似于齿轮泵中的正位移输送。异向双螺杆挤出机转速较低,物料剪切发热量小,因此它对物料的热稳定性要求不高,可以在物料成刚满度范围的下限进行操作,因此物料不容易分解,特别适用于热敏性物料(PVC)的成塑加工。与同向双螺轩挤出机相比,异向双螺杆挤出机输送效率高、排气效果及熔融效果好,对物料的分散混合效果较差,但建压能力强,因而可用来直接挤出制品。另外异向双螺杆挤出机特别适于加工PVC粉料,可直接加入粉料而省去造粒工序,使制品成本下降百分之二十左右。异向旋转双螺轩挤出机主要用于挤出PVC管材,型材,板材和造粒。 近几年来,异向旋转双螺杆挤出机在国内外得到了突飞猛进的发展。现在国外异向双螺杆挤出机的研究重点为扩大其应用范围,提高其技术性能指标,提高整个机组的配套性和应用先进的测控系统。 与发达国家相比,我国在双螺杆挤出机的设计制造及应用方面存在很大的差距。国内观螺杆挤出机开发及研究工作起步较晚,因此产品档次较低,系列化程度低,多数产品的技术水平、螺杆、机筒的精度、整机性能和质量与目前发达国家的发展水平有一定差距。目前,我国生产的异向旋转双螺轩挤出机多为锥形双螺杆挤出机,平行异向双螺杆挤出机很少,并且多为中、小型机,国内所需的大型异向双螺杆挤出机几乎全部依赖进口。在双螺杆挤出机的设计、计算以及制造技术方面仍有不少难点需要克服,这些都制约了我国双螺杆挤出技术与装备的发展。 随着国民经济的发展,大型塑料管材、型材、板材在石化、建筑、农业、国防等领域的应用日渐广泛。大型平行异向双螺杆挤出机的开发研制必将受到越来越多的重视。
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