孔祥明 金龍章 郭仰家 胡俠明
江明新達塑料機械有限公司．江蘇江陰
摘要：介紹了往復式單螺桿混煉擠出機的工作原理，結(jié)構(gòu)特點及其應用。簡單論述了工藝流程
及性能優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：混煉、捏合、往復式混煉擠出機；連續(xù)化；造粒
一、前言
隨著塑料加工工業(yè)的飛速發(fā)展，往復式單螺桿混煉擠出機的開發(fā)應用日趨令人矚目，在擠出行業(yè)中占主要地位的單、雙螺桿擠出機許多方面的性能已經(jīng)難以滿足共混、填充、增韌、增強等改性的要求。使用往復式單螺桿混煉擠出機生產(chǎn)一些高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品逐漸成為一種趨勢。在任何聚合物的加工過程中。賦予聚合物一定的加工特性或賦予制品特定的使用性能，常常需要進行不同聚合物之同的共混或聚合物同各種助劑、顏料之問的反應、混合。往復式單螺桿混煉擠出機恰好具有剪切均勻、高分散(不僅有縱向的混合，而且有軸向的混合作用)、高填充、拉伸熔體等特點，且綜合了單、雙螺桿擠出機的優(yōu)點。獨一無二的工作原理，加上可隨意組合的螺紋元件及配套設(shè)備，使其應用更廣泛，在一部機器上，可以做到涅料、混瓊、塑化、分散、剪切、拉伸、反應、熔體取向、脫氣、造粒等，使得物料在機器中流動的界面面積遠遠大于一般的剪切流動.
二、工作原理
往復式單螺桿混煉擠出機，在螺桿芯軸上排列著設(shè)計獨持的積木式螺塊，有混煉、輸送、限流混煉、擠出等。在機筒內(nèi)襯套上．排列有三排混瓊銷釘，螺桿在徑向旋轉(zhuǎn)的過程中．同時做軸向的往復運動，每轉(zhuǎn)動一周，軸向往復運動一次。由于這種特殊的運動方式，以及混煉螺塊和銷釘?shù)淖饔茫锪喜坏诨鞜掍N釘和混煉塊之間被剪切，而且被往復輸送．物料的逆流運動給徑向混合加上了非常有用的軸向混合運動。物料不斷地被剪切、取向、切割、折疊、拉伸和再取向等。由于在徑向和軸向上的同時混煉．增強了混煉效果，保證了最佳的分散性混合和分布性混合，因此均化時間短。另外．混煉錆釘和螺紋元件的相互嚙合，也提高了機筒的自我清潔能力。通過適當?shù)穆菁y元件組合，可保證穩(wěn)定的工作壓力．防止物料在機筒內(nèi)產(chǎn)生降解。由于混煉元件的螺紋是中斷的．所以作用在聚合物上的壓力很?。划a(chǎn)生明顯的溫升。而同向平行雙螺桿擠出機是在高剪切和高徑向壓力下對一薄層聚合物進行剪切，必然使熔體局部產(chǎn)生大的溫升。而且單一的運動規(guī)則．降低了物料的均勻效果和分散效果。另外．往復機同其他擠出機相比．在直徑相同的條件下．長徑比較短，扭矩在較短的距離上傳遞．因此螺扦扭矩變形小。
三、結(jié)構(gòu)及用途、
l.主機機筒、螺桿均采用積木式設(shè)計。機筒由多組開孔和閉孔筒體組成，剖分式的筒體，可快速方便地打開，便于清理、檢修；螺桿由套在芯軸上的各種混煉螺塊和輸送螺塊組成。機筒和螺扦可根據(jù)物料品種不同、工藝要求的不同．靈活組合成理想的形式。
2．齒輪箱和播捶箱設(shè)計獨特。實現(xiàn)了螺桿在做旋轉(zhuǎn)運動的同時．進行軸向的往復運動．螺桿每轉(zhuǎn)一周．前后往復運動一次?；鞜捲袛嗳危瑥亩a(chǎn)生強烈的混煉效果。其混合作用是在軸向面不僅僅是在徑向，且發(fā)生在螺紋和銷釘之間。螺槽內(nèi)部全部物料都受到均勻的剪應力，而不是一薄層的物料受到剪切。
3.螺紋元件積木式的排列在芯軸上，機筒內(nèi)襯套上安裝有三排鎊釘，銷釘分為六種型號，實心長銷釘用來固定內(nèi)襯套。增強混煉效果；空心長銷釘作用是固定、混煉、安裝嗣溫頭，注射液體助劑；平頭長銷釘固定內(nèi)襯套；平頭銷釘用來堵塞備用孔；實心銷釘起混煉作用；實心短銷釘對進料口物料進行破碎。隨著螺桿的往復運動，銷釘與每個螺塊的相對運動呈∞曲線，當混煉銷釘通過螺紋間隙時．產(chǎn)生軸向的物料交換。在螺桿旋轉(zhuǎn)一周的過程中，與螺棱側(cè)邊的相對運動產(chǎn)生了對物科的剪切，對螺軒和機筒在軸向和徑向進行另外請理，這就是往復式混煉擠出機徹底混合、捏合和自潔作用的基礎(chǔ)。這些銷釘如同一系列的攪拌器，使物料實現(xiàn)再分布，中斷的螺紋使物料產(chǎn)生回流，使物料承受連續(xù)的剪切、取向、切割、折疊、拉伸等過程。一部分熔體重新結(jié)合．一部分熔體再進一步分割．在每個L/D中的每個螺槽中，熔體要經(jīng)過四次分割。由此可見，往復式擠出機為什么能在非常短的長徑比內(nèi)實現(xiàn)熔體的有效混合。而且機筒內(nèi)表面都被螺紋元件橫掃過，沒有物流死角．具有很好的自潔能力、較高的輸送效率和穩(wěn)定均勻的物料停留時間等。
下圖是普通單螺桿擠出機同往復式單螺桿擠出機結(jié)構(gòu)比較：
4.熔體泵。作用是將來自擠出機的高溫聚合物通體增壓、穩(wěn)壓，然后流量穩(wěn)定地送入擠出模頭。無論擠出機內(nèi)壓力如何變化．流量如何波動，熔體泵能夠始終供給模頭一定量的物料。齒輪是熔體泵的核心，齒輪的旋轉(zhuǎn)和嚙合一方面可以擠壓齒間的熔體，使物料從一端被輸送到另一端；另一方面齒輪的嚙合能封閉低壓腔，減少逆流，降低加工溫度，有利于建立較高的輸出壓力。我們采甩漸開線型斜齒輪，能增加齒輪嚙合的重合度，嚙音時隨著齒輪不斷的吸入和排出能對物料進行連續(xù)、平穩(wěn)的擠壓。減小壓力的波動，達到穩(wěn)定輸送熔體的目的。同時斜齒輪還具有一定的自潔作用．避免物料的沉積降解。
在熔體泵外部裝有加熱、冷卻裝置，目的是把溫度控制在一定的范圍內(nèi)，使其保持最佳的工藝狀卷．加熱方式有電加熱和油加熱兩種形式。另外．往復式單螺桿混煉擠出機的工作原理及特性決定該機用于塑料成型加工并非其所長，但是，在擠出機后配以熔體泵，同成型模頭連接，將混煉改性與成型加工合二為一的嶄新工藝．蕞少了造粒環(huán)節(jié)，意味著減少一次投資，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期．節(jié)省了能源。熔體省略了二次加工塑化的熱歷程，這一技術(shù)的先進性和經(jīng)濟性是不言而喻的。
熔體泵上還裝有兩組壓力傳感器．可以準確地測出熔體泵前、后的壓力變化．有利于工藝的調(diào)整。
5.準確的計量，合理的加料方式是嚴格執(zhí)行配方的關(guān)鍵，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的第一關(guān)。我們根據(jù)物科的性能，用戶的需要．配有多種喂料方式：如體積計量、動態(tài)失重計量、液體注射計量等。以滿足不同產(chǎn)品的需要。
6.系統(tǒng)配有強制加料裝置。加料裝置分為垂直強制喂料和側(cè)向強制喂料。強制喂科可以防止物料在加科口堆積，以保證各組分物料同時接比例進料,解決了由于預混料而造成的環(huán)境污染問題。
7.電氣控制系統(tǒng)。該機采用進口變頻調(diào)速裝置．性能優(yōu)越、可靠。筒體采用電加熱水冷卻或油加熱油冷卻．配有二組壓力傳感器，多組RKC智能型控溫裝置，雙向PID調(diào)節(jié)，多組深入機筒內(nèi)部的熔體溫度傳感器．通過一只溫度巡檢儀可以真實地反映機簡內(nèi)各區(qū)熔體的實際溫度．這是其它擠出機所不具備的功能。所以該設(shè)備控溫準確、誤差小。先進的機械、電器聯(lián)鎖裝置．具有機械和電器雙重過載保護．可有效地保護設(shè)備及人身安全。
8.系統(tǒng)配有拉絲水冷切粒．熱切水冷、熱切風冷等幾種切粒方式?？筛鶕?jù)材料不同，用戶的要求不同進行配置。
9.系統(tǒng)配有雙階式造粒機組，利用單螺桿擠出機輸送熔體，作用是完成塑化和縱向混合，建立穩(wěn)定的擠出壓力，由于其轉(zhuǎn)速較低．因而剪切較低．避免物料產(chǎn)生剪切熱．控溫最佳。對于一些低發(fā)泡、熱敏性產(chǎn)品來講(特別是PVC)。系統(tǒng)將混煉和擠出分為兩步，使熔體塑化完全后定壓、定溫、定量地送入擠出機模頭．防止熱敏性或?qū)羟忻舾械奈锪辖到猓哂挟a(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的特點。在物料進入單螺桿的過程中．設(shè)有真空排氣裝置，這種排氣方法因為排氣面積大，物料表面變化大．有充分的排氣時同，所以比單階排氣擠出機排氣效果好。
10.在主機機筒上裝有抽真空裝置和自然排氣裝置。強制加料料斗上、側(cè)向加科裝置上均設(shè)有對空排氣裝置．盡可能徹底排除物料中的水份及加工過程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)氣體．
11.螺桿芯軸可通冷卻水。這對一些控溫要求嚴格的產(chǎn)品特別適用。如低煙無鹵阻燃料、熱固性材料等等。
論文來源:全國塑料著色與色母粒學術(shù)交流會，2004年
