雙螺桿擠出機(jī)
簡介：本機(jī)適合工程塑膠、改性塑膠、廢舊塑膠、色母粒的混煉加工實(shí)驗。具有均質(zhì)、塑化著色、填充改性等功能。與單螺桿擠出機(jī)的擠出過程相比，嚙合同向雙螺桿擠出機(jī)的擠出過程更為復(fù)雜、多 變，因為影響這一過程的因素更多，如加料量、螺桿構(gòu)型、螺桿嚙合、操作條件 (溫 度、螺桿轉(zhuǎn)速) 等。
列出了物料自加料口加入到離開雙螺桿，物料在螺桿機(jī)筒中經(jīng)歷的擠出過 程。該擠出過程包括加料段、熔融段、熔體輸送段、混合段、對空排氣段、均化段、真 空排氣段、計量段。在熔體輸送段還可以將添加物加入。當(dāng)然，并非每一種擠出過程都 必須包括這些階段，有的還要多一些，有的則少一些，但基本上包括這些階段。
①在加料段 (也稱固體輸送段)，物料由計量加料器加入機(jī)筒加料口下方的螺桿 后，螺槽并不是全充滿的，有一個充滿度 (小于1)，物料呈固體狀態(tài)。這一段的螺桿 基本上由正向輸送螺紋元件組成，但螺紋導(dǎo)程可由大到小，以提高物料對螺槽的充 滿度。
②物料進(jìn)入熔融段后，在機(jī)筒加熱器傳給機(jī)筒的熱量和螺桿元件 (捏合盤) 對物 料的擠壓、剪切所產(chǎn)生的熱量作用下，物料開始熔融，在通過該段后，基本變?yōu)槿垠w。 這一段物料的充滿度比固體輸送段高，有壓力產(chǎn)生，耗費(fèi)的能量最大。
③接下來物料進(jìn)入熔體輸送段，由熔融段輸送過來的殘留固相最后熔融變?yōu)槿垠w。 該段的螺桿由大導(dǎo)程的正向輸送螺紋元件組成，物料的充滿度低 (小于1)，未建立壓 力，故可在此段將要添加的物料 (聚合物或添加劑) 加入 (用側(cè)加料器或垂直加料器 加入)。
在熔體輸送段加入的物料和熔體一起進(jìn)入由捏合塊組成的混合段，進(jìn)行混合 (分 布混合和分散混合)。
④在混合段下游緊接著對空排氣段，該段由大導(dǎo)程的正向輸送螺紋元件組成，混合 物對螺槽的充滿度低 (小于1)，故有較大的自由表面積可將上游物料熔融、混合時產(chǎn) 生的氣體和側(cè)加料器加入物料時帶入的氣體在大氣壓下排到空氣中去。
⑤物料進(jìn)入對空排氣段下游的均化段后，在捏合塊剪切作用下對混合物各組分進(jìn)行 均化 (主要是分布混合，但對仍未分散的組分亦繼續(xù)進(jìn)行分散混合)，使各組分混合 均勻。
⑥在均化段下游緊接的真空排氣段中，對殘留在物料中的氣體，進(jìn)一步強(qiáng)制排氣， 這一段的螺桿是由大導(dǎo)程的正向輸送螺紋元件組成，物料的充滿度低 (小于1)，有較 大的自由表面積，利于排氣。
⑦在計量段，由于螺桿的導(dǎo)程變小，熔體對螺槽的充滿度變大 (等于1)，故建立 起壓力，以便最后將已混合的物料由口模擠出造粒。
以上是物料在擠出過程中經(jīng)歷的各個階段。在不同階段 (有不同螺桿構(gòu)型相對 應(yīng))，物料的物理狀態(tài)、充滿度、消耗的能量、建立的壓力和溫度分布都是不同的。因 而我們可以用這些參量來描寫擠出過程。根據(jù)物料在擠出過程中物理狀態(tài)的變化，我們 可將其劃分為固體輸送、熔融、熔體輸送、混合、排氣等幾個典型階段，這和單螺桿擠 出過程有點(diǎn)類似。下面將分別討論。
(2) 螺桿組合
雙螺桿擠出機(jī)的螺桿是積木式組合方式，關(guān)于整根螺桿的組合應(yīng)根據(jù)具體配方、物 料特性、混合要求、操作條件來進(jìn)行選擇。
下面舉例說明針對不同使用要求，如何進(jìn)行螺桿(機(jī)筒) 元件組合。
首先要確定螺桿全長由幾段組成。所謂幾段，可用加料口、排氣口來劃分。若只 有一個加料口，而無第二加料口或排氣口，則可視為一段。若有兩個加料口或一個 排氣口及一個加料口，則視為兩段，依此類推。究竟用幾段，要根據(jù)混合工藝的要 求確定。
例1： 在一種樹脂中加入固體填料，進(jìn)行填充改性，而又不需要排氣，則一般要一 個加料口，這時可把螺桿、機(jī)筒的組合視為一段組合。但也有例外，如填料對機(jī)筒磨損 嚴(yán)重，也可考慮用兩個加料口，第一個加料口加入樹脂，第二個加料口加入填料，即當(dāng) 樹脂熔融后再將填料加入，這樣熔體可把固體填料潤濕包覆，使之不直接與螺桿、機(jī)筒 接觸，而減少后者的磨損。若加入的填料量很大，難以自一個加料口完全加入，也可考 慮用第二個加料口，甚至采用側(cè)加料口。
例2： 將兩種黏度不同的樹脂進(jìn)行共混制作塑料合金。需要知道兩種組分配比。 若低黏度的物料占百分?jǐn)?shù)少，可用一個加料口，即采用一段; 若兩組分占的百分比 接近相等，則可用兩個加料口，在第一加料口將高黏度的物料加入，在其接近熔融 處設(shè)置第二加料口，將低黏度的物料以較高的速率加入。如果低黏度的物料占的比 例很高，甚至可用三個加料口。這是考慮到，較高比例的低黏度的物料若與高黏度 物料一起自第一加料口加入，則前者猶如潤滑劑，會阻止剪切元件把能量輸入給高 黏度物料，使之不能熔融。采用上述方法是制作共混物時常遵循的等黏度原則的具 體應(yīng)用。
例3： 如果是將可熔融的樹脂和不可熔融的橡膠進(jìn)行共混，選定幾個加料口 (或螺 桿分幾段) 要看具體情況。橡膠含量很少，可用兩個或多個加料口。如果橡膠含量大， 可用1 ～2個加料口。若橡膠含量少，橡膠分散很難，因為已熔樹脂的黏度下降很快。 為了使橡膠分散，全部橡膠和部分樹脂應(yīng)在第一加料口加入，其余的樹脂則在下游加料 口加入。
在段數(shù)確定后，即可進(jìn)行每一段各種螺桿元件的選擇和組合。由于各段在整個擠出 過程中起的作用不同，故各段的組合也應(yīng)有所不同。現(xiàn)以具有兩個加料口和一個排氣口 的三段組合為例來分析一下是如何進(jìn)行組合的。
第一段： 這一段的主要作用是將樹脂熔融塑化。螺桿一開始的部位對應(yīng)第一加料 口，這里的螺紋元件的螺距大，槽深，螺槽容積應(yīng)最大 (大于以后各段螺紋元件)，以 容納自計量加料器加入的低松密度的物料。緊接著的下一段螺桿應(yīng)逐漸將松散的物料壓 實(shí)，故應(yīng)采用螺槽容積逐漸變小的螺紋元件 (通過變距、變槽深、變螺棱寬度等辦 法)，如果在這一段還需對物料進(jìn)行混合，則可加一段齒形螺紋元件，其后再接一段等 距等深的正向螺紋元件，以建立壓力。在正向螺紋元件之后可接一組捏合盤，目的在于 促進(jìn)物料的熔融塑化 (物料在此應(yīng)基本熔融塑化)，若接反向螺紋元件，目的在于熔 融、建立壓力并形成密封，以利于在后面的第二加料口加料。
第二段： 其主要功能在于加入第二組分(如玻璃纖維和第二種樹脂等)，并將其與 由第一加料口加入的物料混合。這一段開始的螺紋元件對準(zhǔn)第二加料口，應(yīng)當(dāng)具有較大 的螺槽容積，使螺槽中的物料處于半充滿的無壓狀態(tài)，以利于物料的加入。其后可接輸 送元件，再接齒形元件或反螺紋元件或捏合盤元件 (其錯列角所形成的螺旋方向可為 正向或反向)，以利于由兩個加料口加入物料的混合和在其后的排氣口之前建立高壓， 形成密封。
第三段： 其主要功能在于排氣，進(jìn)一步混合，最后定壓、定量、定溫地將混合好的 物料由口模擠出。這一段的開始是對著排氣口的螺紋元件，它的螺槽容積應(yīng)當(dāng)大，以利 于表面更新。排氣口的下游，可接正向螺紋輸送元件，但螺距應(yīng)逐漸變小 (即使螺槽 容積變小)，以使物料逐漸充滿螺槽，建立壓力。如果還需要進(jìn)一步增強(qiáng)混合效果，可 組合一段齒形元件或捏合盤元件。在螺桿的最后區(qū)段，應(yīng)是等距等深的正向輸送螺紋元 件，以便最后定量、定壓、定溫地將物料輸送至口模。
以上是一般的螺紋元件組合原則。雙螺桿螺紋元件組合是一項非常復(fù)雜、多因素、 多條件的經(jīng)驗型技術(shù)工藝，要結(jié)合各種原料、工藝、溫度、環(huán)境等條件進(jìn)行探索。但 是，螺桿組合的科學(xué)合理會提高混合效果和產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低能耗、延長 設(shè)備使用壽命。所以，螺桿元件組合在共混改性工藝生產(chǎn)中的重要性應(yīng)引起設(shè)備制造廠 商和應(yīng)用者的高度重視，不斷探索創(chuàng)新，為節(jié)能降耗、提高質(zhì)量、擴(kuò)大產(chǎn)量發(fā)揮重要的作用。
