單螺桿擠出機(jī)擠出過程和螺桿各段的功能
由高分子物理學(xué)知道,高聚物存在三種物理狀態(tài),即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài),在定條件下,這三種物理狀態(tài)會(huì)發(fā)生互變。固態(tài)塑料由料斗進(jìn)人料筒后,隨著螺桿
的旋轉(zhuǎn)向機(jī)頭方向前進(jìn),在此過程中,塑料的物理狀態(tài)在不斷發(fā)生著變化。根據(jù)塑料在擠出機(jī)中的三種物理狀態(tài)的變化過程及對(duì)螺桿各部位的工作要求,通常將擠出
機(jī)的螺桿分成加料段(固體輸送區(qū))、壓縮段(熔融區(qū))和均化段(熔體輸送區(qū))三段。對(duì)于常規(guī)漸變螺紋的螺桿來說,塑料在擠出機(jī)中的擠出過程可以通過螺桿各
段的基本職能及塑料在擠出機(jī)中的物理狀態(tài)變化過程來描述,見圖5。
1、加料段
塑料自料斗進(jìn)進(jìn)擠出機(jī)的料筒內(nèi),在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下,由于料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前運(yùn)動(dòng)。在該段,螺桿的職能主要是將塑料壓實(shí)提供向前輸送的動(dòng)
力,物料仍以固體狀態(tài)存在,固然由于強(qiáng)烈的摩擦熱作用,在接近末時(shí)與料筒內(nèi)壁相接觸的塑料已接近或達(dá)到粘流溫度,固體粒子表面開始發(fā)粘,但熔融仍未開
始。這區(qū)域稱為遲滯區(qū),是指固體輸送區(qū)結(jié)束到初開始出現(xiàn)熔融的為粘流態(tài)。
2、均化段
從熔融段進(jìn)人均化段的物料是已部熔融的粘流體。向前輸送的粘流體在機(jī)頭口模阻力下,部分回流被進(jìn)步混合塑化,部分被定量定壓地從機(jī)頭口模擠出。
從以上單螺桿擠出機(jī)的工作原理不丟臉出,塑料在擠出機(jī)中塑化,向前擠壓活動(dòng),其主要?jiǎng)恿碓从诩恿隙蔚墓腆w輸送,塑化的均勻程度很大程度是由于均化段的結(jié)
構(gòu)和機(jī)頭模具的阻力所造成的回流。在改善螺桿混煉結(jié)構(gòu)上已經(jīng)有了很多新型的結(jié)構(gòu),但其往往適合于熱穩(wěn)定性很好的聚合物,卻不適宜PVC樹脂的生產(chǎn),這就不
逐先容了。
雙螺桿擠出機(jī)
隨著聚合物加產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對(duì)高分子材料成型和混合工藝提出了越來越多和越來越高的要求,單螺桿擠出機(jī)在某些方面就不能滿足這些要求。例如:用單螺桿擠出機(jī)
進(jìn)行填充改性和加玻璃纖維增強(qiáng)改性等,混合分散果就不理想。另外,單螺桿擠出機(jī)尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應(yīng)聚合物加工中混合工藝的要求,別是
硬聚氯乙烯粉料的加工,雙螺桿擠出機(jī)自20世紀(jì)30年代后期在意大利開發(fā)出來以后,經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的精益求精和完善,得到了很大的發(fā)展。在外,目前雙螺
桿擠出機(jī)已廣泛應(yīng)用于聚合物加工域,已占部擠出機(jī)總數(shù)的40%。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機(jī)加工成型的。作為連續(xù)混
合機(jī),雙螺桿擠出機(jī)已廣泛用來進(jìn)行聚合物共混、填充和增強(qiáng)改性,也有用來進(jìn)行反應(yīng)擠出。近20年來,高分子材料共混和反應(yīng)擠出技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步促進(jìn)了雙螺
桿擠出機(jī)數(shù)目和類型的增加。
雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類
雙螺桿擠出機(jī)由傳動(dòng)裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾個(gè)部分組成,各部件的作用與單螺桿擠出機(jī)相似。與單螺桿擠出機(jī)區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機(jī)中有兩根平行的
螺桿置于同的料筒中,如圖6所示 轉(zhuǎn)下頁)。雙螺桿擠出機(jī)有很多種不同的形式,主要差別在于螺桿結(jié)構(gòu)的不同。雙螺桿擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機(jī)復(fù)
雜得多,這是由于雙螺桿擠出機(jī)的螺桿還有諸如旋轉(zhuǎn)方向、嚙合程度等等題目。
常用于PVC型材擠出的雙螺桿擠出機(jī)通常是緊密嚙合且異向旋轉(zhuǎn)的螺桿,少數(shù)也有使用同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出的,但般只能在低速下操縱,約在10r/min
范圍內(nèi)。而高速嚙合同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)用于混煉、排氣造?;蜃鳛檫B續(xù)化學(xué)反應(yīng)器使用,這類擠出機(jī)螺桿速度范圍在300~600r/min。非嚙合
型擠出機(jī)與嚙合型擠出機(jī)的輸送機(jī)理大不相同,比較接近于單螺桿擠出機(jī)的輸送機(jī)理,二者有本質(zhì)上的差別。