双螺杆挤出机工作原理(新)_材料科学_工程科技_专业资料。双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤出机诞生的背景： ? 双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的 ? 用单螺杆挤出机加工 材 料：掺混料（纤维与树脂） 填充、增强材料（CaCO3、红泥、矿渣等）
双螺杆挤出机的工作原理 双螺杆挤出机诞生的背景： ? 双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的 ? 用单螺杆挤出机加工 材 料：掺混料（纤维与树脂） 填充、增强材料（CaCO3、红泥、矿渣等） 出现问题：吃料难、熔融难、塑化差 ? 70年代以来，双螺杆挤出机发展十分迅速 欧 洲：管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工 双螺杆挤出机的工作原理 一、双螺杆挤出机的结构与分类 2、分类 （1）按照螺杆结构特点分类 ◆ 平行双螺杆挤出机 ◆ 锥形双螺杆挤出机 双螺杆挤出机的工作原理 平 行 双 螺 杆 挤 出 机 双螺杆挤出机的工作原理 锥 形 双 螺 杆 挤 出 机 双螺杆挤出机的工作原理 全啮合 非啮合 部分啮合 双螺杆挤出机的工作原理 一、双螺杆挤出机的结构与分类 2、分类 （3）按照螺纹的旋向与转向分类 ◆异向双螺杆：异向螺纹、异向转动 （异向向内、异向向外） ◆同向双螺杆： 同向螺纹、同向转动 双螺杆挤出机的工作原理 异向 双螺杆挤出机的转动方向： ◆ 平行双螺杆（异向、同向） ◆ 锥形双螺杆（异向） 同向 双螺杆挤出机的工作原理 锥形 平行 双螺杆挤出机的工作原理 3、双螺杆间的开放和封闭 物料的流动空间不同 爱德蒙哥分类： 捏 合 盘 双 螺 杆 挤 出 机 的 类 型 分类术语概念 ? 纵向开口：自加料口到口模有一通道，物料从一根螺杆 流往另一根螺杆。双螺杆喂料机 ? 横向开口：垂直螺棱方向物料能越过螺棱，在一根螺杆 的各个螺槽之间进行物料交换。 ? 非啮合双螺杆：纵横向都开口 ? 全啮合反向旋转：纵横向都封闭，不考虑间隙，形成封 闭室 ? 全啮合同向旋转：纵向开口，横向封闭 ? 部分啮合：两种，纵开横闭；纵横开口 双螺杆挤出机的工作原理 二、双螺杆挤出机的工作原理 1、加料段 ◆ 单螺杆输送机理：由摩擦和粘性拖曳输送 固体（加料段）：摩擦输送（fs↓、fb ↑ ） 熔体（计量段）：摩擦和粘性拖曳输送 ◆ 双螺杆输送机理：强制输送 (正位移输送） 不同类型双螺杆：正位移输送能力不同 输送机理有差异 双螺杆挤出机的工作原理 二、双螺杆挤出机的工作原理 ◆ 非啮合型双螺杆的工作原理 不能形成封闭或半封闭的型腔，无正位移输送条件， 其输送机理与单螺杆相似。 ◆ 啮合型双螺杆的工作原理 能形成封闭或半封闭的型腔，有正位移输送条件， 其正位移输送程度与封闭程度有关。 只讨论全啮合式双螺杆挤出机输送机理。 双螺杆挤出机的工作原理 1、加料段（全啮合型） （1）异向双螺杆对物料的输送机理 ① 特点（形成C形室沿螺杆轴向移动） 共轭纵横向全封闭的矩形螺槽，异向旋转 双螺杆挤出机的工作原理 （1）异向双螺杆对物料的输送机理 分开看：两根旋向不同的双螺杆 合着看：啮合区 一根螺杆螺棱插入另一根螺槽中，把两个 连续的螺旋通道分割成一段段的封闭“C” 形室，室数与螺纹圈数相同。 动 作：螺杆转动， “C”形室前移（轴向移动） 螺杆转动一圈， “C”形室前移一个导程的 距离。 双螺杆挤出机的工作原理 （1）异向双螺杆对物料的输送 机理 ④ 旋向的影响 异向向外： 在加料口不断腾出空间，使物料不断进入螺槽， 即进入“C”形室，然后随着“C”形室向前输送。 异向向内： 在加料口物料被拉入螺槽，螺槽空间暴露少，易 充满螺槽，且物料受到强烈的挤压，从而对螺杆 产生反压力，即螺杆分离力。 双螺杆挤出机的工作原理 （1）异向双螺杆对物料的输送 机理 ⑤ 两螺杆间存在间隙，两螺杆产生分离力更大。 双螺杆挤出机的工作原理 压缩段 （1）异向双螺杆对物料的输送机理 ⑥ 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点 两螺杆主要设计成螺纹式： 有正向螺纹、反向螺纹和特种螺纹之安排 两螺杆之间的间隙： ? 间隙越小，剪切速率越大，分散混合效果好,但 两螺杆的分离力大。 ? 间隙越大，剪切速率越小，但通过量越大，分 布混合效果好。 双螺杆挤出机的工作原理 ⑥ 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点 定量加料： 控制物料的塑化情况，熔融与单螺杆相似 加设排气口： 相邻的腔室间没有压差，双螺杆喂料机气体向料斗方向排气比较困难， 必须设置排气口。 双螺杆挤出机的工作原理 ⑥ 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点 加强压缩： 因为固体输送段螺槽未充满，所以要加强压缩，有利于传 热，加速熔融，更好排气。 压缩方式： 改变螺纹导程、螺棱宽度、螺杆外径、螺杆根径、设置反 向螺纹等。 双螺杆挤出机的工作原理 （2）同向双螺杆对物料的输送机理 结构（与异向转动双螺杆相比）： 相同点：在啮合区，螺棱插入螺槽形成“C”形室 不同点：“C”形室不封闭，两个螺杆间有一个连 续通道 （ “C”形室相连）。 通道形成： 在啮合区（开口处），物料沿一根螺 杆螺槽的“C”形室进入另一根螺杆螺槽的“C” 形室前进，再到啮合区时，又跨回前一根螺杆螺槽 的“C”形室。 双螺杆挤出机的工作原理 （2）同向双螺杆对物料的输送机理 VB B VA 同向双螺杆中物料形成 通道。 A 双螺杆熔体的流动 双螺杆挤出机的工作原理 （2）同向双螺杆对物料的输送机理 注意： 啮合型同向双螺杆的纵向必须开放，否则，螺杆会发生干 涉而不能啮合。即螺槽宽度大于螺棱宽度，纵向有通道。 双螺杆挤出机的工作原理 （2）同向双螺杆对物料的输送机理 特点： 同向双螺杆两螺杆之间没有压迫效应 同向双螺杆之间一般制作成紧密啮 合，以提高自洁能力。 同向双螺杆两螺杆啮合处的相对 速度 Vr＝2π ·n (Rb＋Rs) V1S 具有更强的自洁性 双螺杆挤出机的工作原理 2、双螺杆挤出机中的功能元件 (1) 输送元件 ① 具有一般螺纹结构，主要起输送作用。 等深、等距、槽宽等于棱宽、纵横向皆封 闭的输送元件 正位移能力强 混合作用差 用于固体输送和熔体输送 双螺杆挤出机的工作原理 ② 输送特点 I. 优点 c. 自洁性好 单螺杆：在螺槽后面易滞料（PVC、PVDC易分解） 无自洁性 双螺杆：在啮合处有速度差，相互擦离，防止滞料 同向：Vr=V1b+V2s（自洁性更强） 异向：Vr=V1b- V2s 双螺杆挤出机的工作原理 ② 输送特点 I. 优点 d. 物料停留时间短而均匀 单螺杆：有Qd、QP、QL，各处速度不同， 物料历程差异大（同进不同出）， 停留时间分布宽，少部分停留时间长， 易分解，难控制。 双螺杆：稳定输送，QP≈0， QL也很少，物料历程基本相 同，停留时间分布窄，停留时间短。 双螺杆挤出机的工作原理 W% 双螺杆挤出机 单螺杆挤出机 t 物料在单、双螺杆中的停留时间 双螺杆挤出机的工作原理 ② 输送特点 II.缺点 a.挤出量波动 螺纹末端：终啮合点打开：出料 终啮合点啮合：不出料 每转一周，就有一瞬间，无物料挤出。 异向比同向更突出，必须想办法解决挤出量波动的问题 双螺杆挤出机的工作原理 ② 输送特点 II.缺点 b. 排气性能差—气体被围在螺槽内 ∴ 挤出机要设排气段，并有抽真空系统排气系统。 双螺杆挤出机的工作原理 ② 输送特点 II.缺点 c.异向双螺杆易产生压延效应 在啮合处，物料被拉入间隙，物料受挤压同时对螺 杆产生较大反作用力—分离力，使螺杆弯曲，对机 筒产生磨损，称为“压延效应”。 异向向内双螺杆：压延效应严重，双螺杆喂料机使用甚少 异向向外双螺杆：n=8～50rpm，减轻机筒磨损 同向转动双螺杆：不产生压延效应，n=300rpm 双螺杆挤出机的工作原理 (2) 混合混炼元件 沟槽式混合元件 开设垂直于螺棱的沟槽，起到回混作用。 双螺杆挤出机的工作原理 捏 合 盘 偏心圆形 混合比较难 以混合的物 料。 菱形 剪切不强烈， 适用于剪敏性 的物料 曲边三角形 剪切强烈，适 用于能承受剪 切的物料 双螺杆挤出机的工作原理 菱 形 捏 合 盘 装 配 图 双螺杆挤出机的工作原理 菱 形 捏 合 盘 装 配 图 双螺杆挤出机的工作原理 齿形混合元件 可以进行分流，增加界面，有利于分布混合比较难以混 合的物料。 双螺杆挤出机的工作原理 3、双螺杆对物料的混炼与塑化总结 ∵ 双螺杆输送能力强，物料停留时间短 ∴ 必须有强烈的塑化手段和混合方法，以保证物料的熔 融和均化。 双螺杆挤出机的工作原理 3、双螺杆对物料的混炼与塑化总结 机筒加热 间隙中产生强剪切（间隙比单螺杆多—四种间隙） 同向螺杆历程长，物料分流、合并，进入不同螺 杆C形室。 ∴混合效果好—用于共混、填充、造粒 加入各种混炼元件，提高塑化、混合作用。 双螺杆挤出机的工作原理 三、双螺杆的结构参数 1、D—不能太小，从φ25开始 2、L/D—达到同样的成型效果时，比较小，18～22 3、h3—大 双螺杆挤出机的工作原理 4、压缩比ε 实现方法 （a）采用不同螺距的三段螺杆 （b）采用连续的渐变螺距 （c）螺距不变，螺棱厚度改变 （d）螺距不变，连续改变螺槽的深度 —改变螺槽容积 （e）锥形双螺杆—螺杆内外径 连续变化—螺槽容积逐渐减小 单螺杆与双螺杆的功能特性比较 功能项目 单螺杆 同向双螺杆 低转速 高转速 异向双 螺杆 物料传送原理 及作用 输送效果 混合能力 剪切作用 自洁效果 物料与料筒及螺 同样是物料与机筒螺杆 杆间的摩擦作用 间的摩擦作用，啮合部 分有防打滑效果。 小 小 大 小 中 中 中 中 大 大 大 强制进 料 大 大 小 中 能量利用率 发热 温度分布 滞留时间 转速 长径比 小 大 大 大 100~300 30~32 中 中 中 中 25~35 7~18 大 大 小 小 250~300 30~40 大 小 小 小 35~45 10~21 The End
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