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            雙螺桿和單螺桿硅膠擠出機特點與優劣對比

            文章出處:www.ricardoroveran.com 閱讀:-發表時間:2021-06-05

            雙螺桿擠出機是改性塑料行業里面最常見的機械,廣泛應用于聚合物加工業和其他生產加工領域;雙螺桿擠出機種類繁多,可分為嚙合型和非嚙合型兩大類,嚙合型雙螺桿擠出機又可分為同向旋轉和異向旋轉兩大類。
             

            1、同向雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機工作原理的差別

            同向雙螺桿擠出機的結構和功能與單螺桿擠出機很相似,但在工作原理上存在著很大的差異。主要表現在以下幾個方面:

            1)強制輸送。嚙合同向旋轉雙螺桿,在嚙合處兩根螺桿運動速度方向相反,一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙,而另一根螺桿把物料從間隙中推出,結果使物料從一根螺桿螺槽轉到另一根螺桿螺槽中,物料沿著螺桿呈“∞”形向機頭方向被強制輸送。

            2)均化和混合。同向旋轉雙螺桿在嚙合處間隙很小,螺棱和螺槽的速度方向相反,相對速度大,因此嚙合區具有很高的剪切速度,剪切力很大,混煉效果遠好于單螺桿擠出機和異向旋轉雙螺桿擠出機。

            3)自潔性。同向旋轉雙螺桿擠出機,由于嚙合區螺棱和螺槽的速度方向相反,相對速度大,因此具有相當高的剪切速度,能刮去粘附在螺桿上的任何積料,有非常好的自潔作用,從而使物料的停留時間很短,不易產生局部降解變質。

            4)物料的塑化。螺桿間隙的大小對物料塑化質量影響很大。間隙越小,剪切力越大,但通過的物料量減少;間隙越大,通過的物料量增加,但剪切力減小。

            5)物料的壓縮。同向雙螺桿擠出機壓縮物料的方法要多得多,綜合效應好。

            6)加料方式。同向雙螺桿擠出機要求均勻定量加料,采用計量饑餓喂料方式。

            7)排氣。由于是饑餓喂料,可以采用大導程的螺紋輸送元件,使螺槽處于未充滿狀態而處于零壓力狀態,從而可以設置出排氣段。

            2、雙螺桿擠出機的應用

            雙螺桿擠出機按兩根螺桿旋轉方向的不同可分為異向雙螺桿及同向雙螺桿。

            嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機廣泛應用于基體樹脂的物理化學改性,如填充、增強、增韌、反應擠出等。
             


             


             

            以各種原料的分散混合為主的共混則應選用同向雙螺桿擠出機,而上圖所示的同向雙螺桿之速度矢量互成反向,因此同向轉動的雙螺桿與異向轉動雙螺桿相比,它的剪切作用要大得多,不適宜Pvc的混煉成型。

            共混填充塑料中常用的是粉狀碳酸鈣、滑石粉、二氧化鈦,一般的填充量為30%~60%,填充母料最多高達80%。由于粉狀填料內含有大量空氣,在螺桿的捏合區混合時空氣會被分離出來,而致使物料逆向流入螺槽,影響粉料的正向輸送,最終降低擠出量。

            雙螺桿擠出機的應用舉例:玻纖增強、阻燃料造粒(如PA6、PA66、PET、PBT、PP、PC增強阻燃等);高填充料造粒(如PE、PP填充75% CaCO3。);熱敏性物料造粒(如PVC、XLPE電纜料);濃色母粒(如填充50%色粉);防靜電母粒、合金、著色、低填充共混造粒;電纜料造粒(如護套料、絕緣料);XLPE管材料造粒(如用于熱水交聯的母粒);熱固性塑料混煉擠出(如酚醛樹脂、環氧樹脂、粉末涂料);熱熔膠、PU反應擠出造粒(如EVA熱熔膠、聚氨脂);K樹脂、SBS脫揮造粒等。
             

            3、優缺點

            由于雙螺桿擠出機結構設計和加工的復雜性,理論發展還不完善,但同向雙螺桿擠出機組合式的設計,可將多種幾何形狀的螺紋元件和機筒元件進行排列組合,根據經驗-理論-實踐-檢驗,從而可以針對不同混合要求,優化設計以適應不同工藝配方的需要,從而使同向雙螺桿擠出機具有很強的適應性。主要表現在以下幾個方面:

            1)混合性能:由于兩根螺桿相互嚙合,而且可以根據需要加入各種各樣的螺紋元件,如反螺紋元件、嚙合盤元件、齒形盤元件等等,來精密調節剪切/混合,從而使混合強度和混合質量(無論是分布混合抑或是分散混合)能夠得到有效地控制。這是單螺桿擠出機所不能企及的。

            2)加工的靈活性:同向雙螺桿擠出機通常采用計量饑餓加料,產量取決于加料量,獨立于螺桿轉速,是一個獨立可控制的變量,因而可以在一臺機器上靈活地處理多種加工功能,如熔融、混合、排氣、反應等等。

            3)工藝參數的可控性:同向雙螺桿擠出機停留時間分布窄,更好的對流傳熱及精確控制的溫度曲線,在擠出中可以得到更好的剪切-時間-溫度歷程,在更寬的范圍內輸入機械能,從而可得到更好的產品質量穩定性。

            4)工藝生產的高效性:螺桿的正位移輸送作用可以處理更多樣的原材料和混合配方,且停機時間短。

            5)更高的經濟性:由于高的工藝靈活性以及生產率,可以生產更廣泛的終端制品,且能夠提供高度一致性的產品質量,還可以通過螺桿速度的調節來補償螺桿的磨損。
             

            4、異向雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機的主要差別

            異向雙螺桿擠出機的輸入原理是什么?

            在異向旋轉雙螺桿擠出機中,物料作類似于齒輪泵中的正位移輸送。異向雙螺桿擠出機轉速較低,物料剪切發熱量小,物料不容易分解,因此它對物料的熱穩定性要求不高,特別適用于熱敏性物料 (如PVC) 的成型加工。與同向雙螺桿擠出機相比,異向雙螺桿擠出機輸送效率更高、排氣效果及熔融效果更好,雖然物料的分散混合效果比同向雙螺軒擠出機要差,但是建立穩定的機頭壓力能力較強,因此更適合用來直接擠出制品。另外采用異向雙螺桿擠出機代替單螺桿擠出機,可以省去預塑化造粒工序,直接擠出加工PVC 粉料,使制品成本下降。異向旋轉雙螺桿擠出機主要用于擠出PVC 管材。型材、板材和造粒。平行異向雙螺桿擠出機在大型的HDHDPE 管材生產線上也已經開始應用。

            異向錐形雙螺桿擠出機傳統上是用于聚氯乙烯制品的擠出,但是國內近年已經有把異向錐形雙螺桿擠出機應用于聚烯烴管材擠出的例子,實踐表明,已經取得基本上的成功。這種做法的目的是為了節能。一臺65體132umum 的錐形雙螺桿擠出機,驅動電動機功率僅有37kW,在擠出聚乙烯管材時,管材規格和產量可以相當于一臺75mm 甚至80mm的單螺桿擠出機,而一般一臺75mm 或者80mm 的單螺桿擠出機,驅動功率最少也是90kW。國外已經有現成的用平行異向雙螺桿擠出機擠出制品成熟的經驗,國內另辟蹊徑用異向錐形雙螺桿擠出機其實還是出于設備成本的考慮,平行異向雙螺桿擠出機的制造成本要高于異向錐形雙螺桿擠出機。

            這種使用方法當然不是簡單的替代,畢竟聚乙烯熔體和聚氯乙烯的熔體流動性能有明顯差異,因此對用于擠出聚氯乙烯制品的異向錐形雙螺桿擠出機,需要對螺桿重新設計,才能夠用于擠出聚乙烯;并且機頭也應該作相應的修改。而國內近年有人嘗試用同向雙螺桿擠出機 (包括錐雙、平雙) 擠出制品,也取得一定的進展,但是筆者認為,從節能的角度,同向和異向雙螺桿并無大大差異,而同向雙螺桿擠出機建立穩定機頭壓力更加困難,不如直接采用異向雙螺桿簡單容易。
             

            異向雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機的主要差別有以下兩點:

            1) 它們的輸送機理不同。單螺桿擠出機中的物料輸送是拖曳型流動,固體輸送過程為摩擦拖曳,熔體輸送過程為粘性拖曳,固體物料與金屬表面之間摩擦因數的大小以及熔體物料的粘度,在很大程度上決定了單螺桿擠出機輸送能力的大小。異向雙螺桿擠出機中物料的傳送是正位移輸送,隨著螺桿的轉動,物料被

            相互嚙合的螺紋強制性地向前推進,其正位移輸送的能力取決于一根螺桿的螺棱與另一根螺桿的螺糟的接近程度。用緊密嚙合的異向旋轉雙螺桿擠出機可以獲得最大的正位移輸送。

            2) 二者的速度場不同。單螺桿擠出機中速度分布相對來說比較明確并且易于描述,雙螺桿擠出機中的情況則相當復雜并且描述困難。這主要是由于雙螺桿擠出機中有嚙合區,發生在嚙合區的復雜流動使得雙螺桿擠出機具有混合充分、熱傳遞均勻、熔融能力強、排氣性能良好等許多優點,但難以準確地分析嚙合區的流動狀態。



             

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