【擠出小百科】雙螺桿擠出機擠出就機械、減速、熱等基本原則詳解（上）

瀏覽次數：10748　　　發布時間：2019-7-19 14:12:42

　　與單螺桿擠出機的擠出過程相比，嚙合同向雙螺桿擠出機的擠出過程更為復雜、多 變，因為影響這一過程的因素更多，如加料量、螺桿構型、螺桿嚙合、操作條件 (溫 度、螺桿轉速) 等。下面就這些原則擠出過程做一些詳解。
一、機械原則

　　雙螺桿擠出機擠出原理是一個螺桿在筒體中轉動并把塑料向前推動。而螺桿實際上是一個斜面或者斜坡，纏繞在中心層上。其目的是增加壓力以便克服較大的阻力。

就雙螺桿擠出機有3種阻力需要克服：

固體顆粒（進料）對筒壁的摩擦力和螺桿轉動前幾圈時（進料區）它們之間的相互摩擦力；
熔體在筒壁上的附著力；
熔體被向前推動時其內部的物流阻力。
　　螺桿不是以軸向運動的，雖然在圓周附近它可能橫向快速轉動。因此，螺桿上的軸向力被平衡了，而且如果它給塑料熔體施加了一個很大的向前推力那么它也同時給某物體施加了一個相同向后推力。綜上，它施加的推力是作用在進料口后面止推軸承上。 
　　多數單螺桿是右旋螺紋，像木工和機器中使用的螺桿和螺栓。如果從后面看，它們是反向轉動，因為它們要盡力向后旋出筒體。在一些雙螺桿擠出機中，兩個螺桿在兩個筒體中反向轉動并相互交叉，因此一個必須是右向的，另一個必須是左向的。在其它咬合雙螺桿中，兩個螺桿以相同的方向轉動因而必須有相同的取向。然而，不管是哪種情況都有吸收向后力的止推軸承。
 
二、減速原則
　　在多數擠出機中，螺桿速度的變化通過調整電機速度實現。電機通常以大約1750rpm的全速轉動，但是這對一個擠出機螺桿來說太快了。如果以如此快的速度轉動，就會產生太多的摩擦熱量而且塑料的滯留時間也太短而不能制備均勻的、很好攪拌的熔體。典型的減速比率在10：1到20：1之間。第一階段既可以用齒輪也可以滑輪組，但是第二階段都用齒輪而且螺桿定位在最后一個大齒輪中心。

三、熱原則
　　可擠出的塑料是熱塑料，在加熱時熔化并在冷卻時再次凝固。熔化塑料的熱量從何而來？進料預熱和筒體/模具加熱器可能起作用而且在啟動時非常重要，但是電機輸入的能量，機克服粘稠熔體的阻力轉動螺桿時生成于筒體內的摩擦熱量是所有塑料最重要的熱源，小系統、低速螺桿、高熔體溫度塑料和擠出涂層應用除外。

四、在進料區內，粘到筒體上滑到螺桿上
　　為了使一臺單螺桿擠出機光滑筒體進料區的固體顆粒輸送量到達最大，顆粒應該粘在筒體上并滑到螺桿上。如果顆粒粘在螺桿根部，沒有什么東西能把它們拉下來；通道體積和固體的入口量就減少了。在根部粘附不好的另一個原因是塑料可能會在此處熱煉并產生凝膠和類似污染顆粒，或者隨輸出速度的變化間歇粘附并中斷。
　　多數塑料很自然地在根部滑動，因為它們進入時是冷的，而且摩擦力還沒有把根部加熱到和筒壁一樣熱。一些材料比另一些材料更可能粘附：高度塑化PVC，非晶體PET，和某些最終使用中想要的有粘附特性的聚烯烴類共聚合物。
　　對于筒體，塑料有必要粘附在這里以便它被刮掉并被螺桿螺紋向前推動。顆粒和筒體之間應該有一個高的摩擦系數，而摩擦系數反過來也受后筒體溫度的強烈影響。如果顆粒不粘附，它們只是就地轉動而不向前移動——這就是為什么光滑的進料不好的原因。
　　表面摩擦并非影響進料的唯一因素。很多顆粒永遠都不接觸筒體或螺桿根部，因此在顆粒物內部必須有摩擦和機械與粘度連鎖。
　　帶槽筒體是一種特殊情況。槽在進料區，進料區與筒體其余部分是熱絕緣的并是深度水冷的。螺紋把顆粒推入槽內并在一個相當短的距離內形成一個很高的壓力。這增加了相同輸出較低螺桿轉速的咬合允量，從而前端產生的摩擦熱量減少，熔體溫度更低。這可能意味著冷卻限制吹制膜生產線中更快的生產。槽特別適合于HDPE，它是除過氟化塑料之外最滑的普通塑料。

五、進料擔當冷卻劑
　　擠出是把電機的能量——有時是加熱器的——傳送到冷塑料上，從而把它從固體轉換成熔體。輸入進料比給料區中的筒體和螺桿表面溫度低。然而，給料區中的筒體表面幾乎總是在塑料熔化范圍之上[FS:PAGE]。它通過與進料顆粒接觸而冷卻，但熱量由熱前端向后傳遞的熱量以及可控制加熱而保持。甚至當前端熱量由粘性摩擦保持并且不需要筒體熱量輸入時，可能需要開后加熱器。最重要的例外是槽型進料筒，幾乎專用于HDPE。
　　螺桿根表面也被進料冷卻并被塑料進料顆粒（及顆粒之間的空氣）從筒壁上絕熱。如果螺桿突然停止，進料也停止，并且因為熱量從更熱的前端向后移動，螺桿表面在進料區變得更熱。這可能引起顆粒在根部的粘附或搭橋。