双螺杆挤出机工作原理

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
第五节 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
（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。
第五节 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。
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。
第五节 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 A VA
B
同向双螺杆中物料形成
通道。
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
（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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
挤出成型聚氨酯复合材料 挤出聚氨酯复合材料在第一输送段加入一种多元醇和有机或无机 填充剂的混合物，并将其输送至第一混炼段，混合均匀后输送至第二
第五节 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。
第五节 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
平 行 双 螺 杆 挤 出 机
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
锥 形 双 螺 杆 挤 出 机
第五节 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 （2）按照螺杆相对位置（啮合方式）分类 ◆ 全啮合（A= r +R） A-两根螺杆中心距离 ◆ 非啮合（A≥2 R ） （体现不出双螺杆的优点）
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
第五节 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。
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。
第五节 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，气体向料斗方向排气比较、困 难，必须设置排气口。
Q
双（Qd+Ql)
单（Qd+QP+Ql)
双螺杆：QP=0
双螺杆：Q=Qd+QL
0
P
∴需要定量加料（饥饿加料，不能充满） b.螺杆特性线平缓，对机头适应性强—Q随P变化小
第五节 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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
不同点： 两根螺杆，水平放置 机筒内孔为双孔
有排气系统（螺杆有排气段，机筒有排气口）
加料装置，定量加料
第五节 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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
第五节 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。
第五节 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
第三章 挤出成型（Extrusion）
第五节
双螺杆挤出机的结构及工作原理
一、双螺杆挤出机的结构与分类 二、双螺杆的工作原理 三、双螺杆挤出机中的功能元件 四、双螺杆对物料的混炼与塑化 五、螺杆的结构参数
第五节 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）
第五节 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。
第五节 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 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：
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。
第五节 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 ② C形室沿螺杆轴向移动的速度为： VL＝t · n，其中 t为螺杆导程，n为螺杆转速 异向全啮合双螺杆挤出机的理论挤出量： Q＝2n · V，其中V为单个C型小室的体积
第五节 双螺杆挤出机的工作原理 1、输送机理（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
第五节 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
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：100%管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
双螺杆挤出机的应用领域：
聚合物反应挤出：PU、PA、POM、PMMA反应成型 为型材、单丝等；TPV的制备等 共混、填充改性：PA/玻纤 、橡塑共混（PP/EPDM、 PP/POE等）、塑塑共混（合金） 废塑料再生利用：将形状、比重、品种不同的聚合物 回收、 利用
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
等深、等距、窄棱纵横向皆开放的输送元件
螺槽和棱宽基本接
近，可在较短的时 间内建立起较高的 压力。
纵横向开放较大的输 送元件，混合作用好， 漏流大，物料停留时
纵向开放、横向封闭
的输送元件，具有较
强的输送能力，但混 合作用差。
间分布较宽。
第五节 双螺杆挤出机的工作原理 （1） 输送元件 ② 输送特点 I.优点 a.输送率高
第五节 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。
第五节 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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
第五节 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
第五节 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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理 ② 输送特点
实际上，由于存在螺杆与机筒内壁的间隙，漏流使
产量不能达到理论产量。
第五节 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 ③ 异向全啮合双螺杆啮合处的相对速度
VrA＝2π · n (Rb-Rs)
VrA为 A 点处两螺杆侧间隙间的相对速度 Rb为螺杆外半径
Rs为 螺杆内半径
具有良好的自洁性
成型加工HPVC管材、异型材等
第五节 双螺杆挤出机的工作原理 一、双螺杆挤出机的结构与分类 1、结构（与单螺杆挤出机相比）
相同点：
包括挤压系统、传动系统、加热冷却系统 功能基本上与单螺杆挤出机相同
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
双螺杆挤压系统作用：
◆ ◆ ◆ 输送（固体、熔体）：连续、稳定、输送率高 熔融塑化（固体→熔体）：完全、均匀 增压、排气、均化
第五节 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。
加入各种混炼元件，提高塑化、混合作用。
第五节 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
第五节 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
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
第五节 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。
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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理 锥形
平行
第五节 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
双 螺 杆 挤 出 机 的 类 型
捏 合 盘
第五节 双螺杆挤出机的工作原理 二、双螺杆挤出机的工作原理 1、输送机理 ◆ 单螺杆输送机理：由摩擦和粘性拖曳输送
◆ 部分啮合（ r +R ≤ A≤ 2 R ）
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
全啮合
非啮合
部分啮合
Hale Waihona Puke Baidu
第五节 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
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
不同螺纹头数的螺纹元件
（a）单头
（b）～（e）多头
1－1头；2－2头；3－3头
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
菱 形 捏 合 盘 装 配 图
第五节 双螺杆挤出机的工作原理
菱 形 捏 合 盘 装 配 图
第五节 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。
Polymer Processing Engineering
Beijing University of Chemical Technology
《聚合物加工工程》
第三章 挤出成型（Extrusion） 第一节 概述（录像）
第二节
第三节 第四节 第五节 第六节
单螺杆挤出机的基本结构
单螺杆挤出理论 排气挤出机的工作原理 双螺杆挤出机的工作原理 挤出成型工艺
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。
第五节 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，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