单螺杆挤出机的固体输送汇总
单螺杆挤出机工作原理
单螺杆挤出机工作原理
单螺杆挤出机是一种常用的塑料成型设备，其工作原理是通过回转的螺杆将固态的塑料料柱加热、熔化、排气并通过挤出机筒体的特定结构挤出成形。
具体来说，单螺杆挤出机由进料区、螺杆区、压力区和挤出口组成。
在进料区，未熔化的塑料颗粒被输送到螺杆进料口。
然后，螺杆开始回转，将塑料物料推入螺杆区。
在螺杆区域，塑料物料逐渐加热并熔化。
这是通过螺杆与加热器的摩擦产生的热量实现的。
螺杆旋转的运动将塑料物料向前推送和混炼，使其逐渐达到熔化状态。
接下来进入压力区，其中的螺杆设计有螺纹，将已熔化的塑料物料推向挤出机的出料口。
在这个过程中，由于挤出口的尺寸较小，螺纹的间距逐渐减小，从而产生越来越大的压力，将塑料挤出。
最后，熔化的塑料通过挤出口进入模具或挤出头，形成所需的产品形状。
在模具或挤出头内部，塑料物料开始冷却并固化，最终成为所需的塑料制品。
总之，单螺杆挤出机通过旋转的螺杆将塑料物料加热、熔化、挤压并挤出，实现塑料制品的成型。
其工作原理简单明了，适用于各类塑料的挤出加工。
八螺杆挤出的计算公式
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2 ൈ 12 55.9
ൈ
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52 55.9
ൈ
sin17°39ᇱ
ൈ
൬0.637
41 65
ൈ
ctg26°46ᇱ൰
ൌ
0.887
计算固体塞移动角
ܵ݅݊ߠ
ܦഥ ൌ ൫ܦ ܦ൯/2 Db —螺杆机筒内直径，m，Db=D； D —螺杆公称直径，m；
（2—8—5）
Df —螺杆进料段根径，m；
H1 —螺杆进料段螺槽深度，m；
ഥ —螺旋角平均值，deg.；
tanഥ
ൌ
ௌ గഥ
—机筒内表面处螺旋角，deg.；
tanୠ
化纤纺丝机械工程计算公式集锦
起点处，X1/W=0.914 熔融系数：
భ
ߖൌ
ఃௐమ
భ
ൌ 6.30 ൈ 10ିଷ
ቀೈభቁమಹಸభ
无因次量，AT/Ψ=0.963
压缩段固相分布函数：
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（2—8—2）
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第三章（1）固体输送理论
第三章挤出理论研究对象——塑料在单螺杆挤出机中的挤出过程研究目的——进行定性和定量分析，→揭示、掌握和促进此过程→达到优质、高效、低能耗研究始于19世纪20年代，取得突破性成果是在50、60年代，为70年代各种新型螺杆以及挤出机的新结构的发展打下了理论基础，使挤出产量和质量得到很大提高。
挤出过程——复杂的过程涉及——流变学、传热学、摩擦学、高分子结构学等理论模型——以一些基本假设和简化为前提有一定的局限性和片面性现在仍在不断修正、发展和完善中。
第一节固体输送理论D a r n e l l -M o l 的固体输送理论（1956）以固体摩擦静力平衡为基础——M o l 固体输送理论一、固体输送方程的建立1. 基本假设⑴塑料充满螺槽，密实形成固体塞，特性为连续弹性体⑵P =f (z )⑶与机筒、螺槽表面紧密接触f =c o n s t. 但f b 、f s 可不同最有代表性、应用较为广泛⑷ρs =c o n s t.,重力忽略不计⑸螺杆与机筒之间的间隙忽略不计⑹螺槽截面为矩形，且深度不变思考题4. 提高固体输送率的有效结构措施是什么？为什么？3. 固体输送段消耗的总功率包含哪几项? 1. M o l 固体输送理论是如何建立的？2. 固体输送段物料向前输送的推动力是什么？第十三章：干燥通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H–I 图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。
二、本章思考题1、工业上常用的去湿方法有哪几种？态参数？11、当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化? 在t、H 相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么?12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？14、干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？15、什么叫临界含水量和平衡含水量？16、干燥时间包括几个部分？怎样计算？17、干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？18、影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？三、例题例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2 ,相对湿度为50%，干球温度为20o C。
单螺杆(新)汇总
四段式单螺杆反应挤出机的应用
• 四段式单螺杆反应挤出机用于硅烷交联聚乙烯管材的生 产过程：
• 反应段的主要功能是使均化段输送过来的熔体减压、完 成接枝反应并均匀地向前输送。聚乙烯-硅烷体系随着接 枝率的提高, 熔体的粘度明显增大, 在反应段进行减压, 有助于降低熔体的剪切速率, 防止熔体过度剪切生热造成 热降解。熔体停留时间与反应段长度成正比, 为增加熔体 的停留时间, 应使反应段具有一定的长度。
显增加熔体停留时间; • 3、在熔融段设置混炼元件, 或采用分离型螺杆结构, 以加
速物料的融化;
• 4、优化螺杆结构参数, 使熔体停留时间分布尽可能窄;
• 5、在加料段机筒采取特殊的开槽结构, 在提高固体输送 效率的同时, 防止物料中的液体助剂在轴向压力的作用下 从加料口泄漏;
• 6、为增加挤出机连续运转时间, 应提杆及机筒的表面光 洁度, 消除螺棱死角, 防止物料在挤出机中滞留。
• （5）Buss往复螺杆
• 在螺杆全长开设三条互成120°的纵向宽槽, 此可 视为三行捏合元件。在料筒内壁镶嵌有捏合齿( 螺 钉、凸棱或齿牙) 。螺杆旋转时伴有轴向往复移动, 每个元件扫出一个 ∞形轴迹, 并与捏合齿形成间 隙, 对料流施以剪切和连续的脉动混合。此种挤出 机还具有螺杆和料筒的自洁性。
体式挤出机、分开式挤出机。
• 4、按螺杆的结构特征和功能分类（即新型螺杆）
• （1）分离型螺杆 （2）销钉型螺杆 （3）屏障型螺杆 （4） DIS螺杆 （5）Buss往复螺杆 （6）排气型挤出机 （7）两级式挤出机
• （1）分离型螺杆
结构特点：按固相宽度逐渐减少，直至消失这一规 律，在压缩段主螺纹之间增设一条副螺纹。
• 2.类型
• 直接抽气式：直接从套筒上抽气孔抽气。结构简单， 制造方便，但第一阶调压装置难于安排；
单螺杆挤出机与双螺杆挤出机性能对比分析报告
单螺杆挤出机与双螺杆挤出机性能状况分析报告一. 塑料挤出机概述1. 常规单螺杆挤出机现状和技术水平分析在常规单螺杆挤出机的性能方面，我国己能生产螺杆直径为φ12－φ250mm多种规格、门类齐全的挤出机，长径比大多在25－30范围。
一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变流道型以及流束位置变换型等混炼元件得到了较为广泛的应用:螺杆最高转速:直径φ150－φ200的大型挤出机加工烯烃类物料时为50－75r/min，加工PVC等热敏性物料时为5－42r/min:直径φ30以下的小型机器加工烯烃类物料时为l60－200r/min，加工PVC等热敏性物料时为18－l20r/min:北京化工大学研制成功的φl2mm手提式单螺杆排气挤出机为1200r/min。
而国外单螺杆挤出机螺杆直径最小φ6mm，最大为φ700mm，最大长径比达60。
日本池贝公司φ30单螺杆挤出机最高螺杆转速为300r/min，挤出机300kg/h，远远高于我国同规格机器实际产量l4kg/h的水平。
由于常规单螺杆挤出机与其它挤出机相比，具有结构简单、坚固耐用、维修方便、价格低廉、操作容易等特点。
在我国相当长时间内仍有很大市场，因此如何使常规单螺杆挤出机优质、高效、多功能化，仍然是我国塑机研究工作者的艰巨任务。
2．异向旋转双螺杆挤出成型机的现状与技术水平分析2.1 异向旋转平行双螺杆挤出机异向旋转双螺杆挤出机有许多种类型，可分为平行和锥形两大类，前者两根螺杆的轴线互相平行，后者两根螺杆的轴线相交成一角度。
目前流行的平行异向双螺杆挤出机多为在啮合区纵横向都封闭，即共轭型的。
锥形双螺杆挤出机与啮合型平行异向双螺杆挤出机的工作机理基本相同。
如果将其设计成啮合区螺槽纵横向皆封闭的，则其输送能力和建压能力都很强，因其加料端两螺杆轴线间有较大的空间，可以采用大的止推轴承和扭矩分配齿轮，从而能承受高扭矩和高推力负荷，很适合硬聚氯乙烯类制品的挤出成型。
3-3单螺杆挤出理论(熔体输送理论)
Q 2 D 2n h3 sin cos
2 Qd Q P
D h33 sin2 P 121 L3
第三节
单螺杆挤出理论
（2）沿x方向流体的速度分布及流量 a、x方向的速度分布方程
将（4）代入（2），得：
Vx P 2 x y
第三节
单螺杆挤出理论
0 V X y 0 V X y 0 Vz y 0 Vz y 0
四、熔体输送理论
应变速率张量
应力张量
0 xy 0 yx 0 yz 0 0 zy
研究难点: 螺杆流道的几何形状复杂
非牛顿流体、非等温输送
第三节
单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论 （一）牛顿流体的理论模型
1、建立数学模型
2、速度分布方程及流量 3、熔体输送段的生产率 4、生产率公式的讨论 5、均化段功率消耗的分析 (二）对生产率公式的修正
第三节
单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论
B
B
第三节
第三节
单螺杆挤出理论
化简后，x、y、z方向的运动方程
P yz 0 Z y
（ 1）
P yx 0 X y
P 0 y
（ 2）
（ 3）
第三节
单螺杆挤出理论
本构方程：
V x yx y
（4）
yz
Vz y
（ 5）
第三节
单螺杆挤出理论
单螺杆挤出理论
四、熔体输送理论 （一）牛顿流体的理论模型 1、建立数学模型 （1）基本假设条件 螺槽形状为矩形截面；
螺杆不动，机筒以速度Vb=nπDb运动；
单螺杆挤出机中的能量传递和转化
单螺杆挤出机工作过程中，原料从常温、常压的固态状态转变为高温、高压的流动状态，在此过程中伴随着能量的传递
∫∫⋅=⋅ADB ACB r F r F K
K K K d d 则有：¾质点沿任意闭合路径运动一周时，保守力作功为零．0d =⋅=∫l r F W K K ∫∫∫⋅+⋅=⋅BDA ACB l r F r F r F K K K K K K d d d 保守力所作的功与路径无关：∫∫⋅−⋅=ADB ACB r F r F K
K K K d d ¾非保守力：力所作的功与路径有关．保守力的环流为零
4. 固体输送段物料的温升原理
钻木取火与摩擦生热：摩擦能量耗散——机械能转变为热能。
塑性能量耗散：塑性功率为应力张
量与塑性应变率的双点积；
经验性地认为：90%左右的塑性
功将转化为热量。
2 单螺杆挤出机介绍
单螺杆挤出机的挤出过程
2.1.3.1 聚合物的三态变化
图2-5
聚合物三态变化图
31/102
图2-6
常规全螺纹螺杆的三个职能区
32/102
（1）加料段
功能主要是对塑料进行 压实和输送。
33/102
（2）熔融段或压缩段
是使塑料进一步压实和 塑化。
34/102
（3）计量段 塑料进入计量段后将进 一步塑化和均匀化，并使之 定压、定量和定温地从挤出 机头挤出。
2 单螺杆挤出机
1/102
2.1 概 述
挤出成型亦称挤压成型， 它是将物料加热熔融成粘流态， 借助螺杆的挤压作用，推动粘 流态的物料，使其通过口模而 成为截面与口模形状相仿的连 续体的一种成型方法。 所采用的设备称为挤出机。
2/102
塑料原料
加热 挤出机
塑料熔体 定型
加压
挤塑模具（机头）
初始形状的连续体
8/102
传动系统
其作用驱动螺杆，保证螺 杆在工作过程中所需要的扭矩 和转速。
9/102
加热冷却系统 它保证塑料和挤压系统在 成型加工中的温度控制要求。
10/102
加料系统
主要由料斗和自动上料装 置等组成。其作用是向挤压系 统稳定且（2）辅机
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 机头 定型装置 冷却装置 牵引装置 切割装置 卷取装置 堆放装置
28/102
④螺纹螺距：用S表示 ⑤螺纹升角：用φ表示 ⑥螺纹头数：用P表示 ⑦螺槽轴向宽度：用B表示 B=S-b ⑧螺棱的轴向宽度：用b表示 ⑨螺槽的法向宽度：用W表示 ⑩螺棱的法向宽度：用e表示 11 螺纹外径与机筒内壁之间隙：用δ表示
29/102
φ
图2-4
单螺杆挤出机固体输送原理及应用
IKV 机筒结构示意图
IKV 产量实验结果
五.提高固体输送效率的措施Байду номын сангаас
加料段内表面加工反向螺旋沟槽
北京化工大学近年来开展了相关研究， 发现了此结构具有正位移输送特性，如 果结构设计合理，螺旋沟槽的输送能力 可达到总产量的50%左右。
谢
谢！
单螺杆挤出机输送过程主要是依靠摩擦力实现的。
固体输送原理
熔融过程机理
熔体输送机理
二.挤出机固体输送理论分类
固体摩擦理论-Darnell-Mol
二.挤出机固体输送理论分类
离散单元方法（DEM）
三. Darnell-MoL摩擦输送理论
此处， vb 螺杆转速； va 固体塞轴向速度； vp 固体沿螺槽展开方向速度； vpb 固体相对于机筒的速度； Θ 固体输送角、牵引角、前进角等 Ø 螺杆螺旋升角；
四.影响固体输送的主要因素
PP 与金属间摩擦系数随温度变化
五.提高固体输送效率的措施
IKV：加料段内表面加工出锥度并开纵向沟槽的结构
源于1970年前后德国亚琛工业大学塑料加工研究所（IKV）的杰出工作，使得 固体输送效率从0.2~0.5上升到0.6~0.85，而且螺杆挤出特性变硬。此时加料区可到 达80~150Mpa的高压，必须强制冷却，冷却水带走大量的热量，相当于电机功率的 14%！因此，当螺杆直径大于120mm时，一般不推荐使用这类结构来提高挤出机产 量。
四.影响固体输送的主要因素
机筒与物料间的摩擦力是固体塞前进的动力，而螺杆与物料的摩
擦力是固体输送的阻力； 普通螺杆的进料效率只有20~50%； 尽量降低螺杆粗糙度，增大料筒粗糙度；
为了提高进料效率，单螺杆挤出机一般采用进料段强制水冷方 式，以便增加物料与机筒间摩擦力，这样还可以避免物料在料斗 内的“架桥” 现象； 适当增加进料段长度，可以提高固体输送效率 。
3-3单螺杆挤出理论(固体输送理论)
L－固体输送区的长度
第三节 单螺杆挤出理论 两螺棱侧面上的能量消耗： 螺棱侧面的摩檫力与相对平均速度的乘积
eWf = π ⋅ Db ⋅ n ⋅ f s⋅ pm ⋅ Z b ⋅ [ 2h2 b + f ⋅ W (sin θ ⋅ cos ϕ + Db cos θ ⋅ sin ϕ ) + b b sin ϕ D sin ϕ sin θ Ds b )] × fs ⋅ Ws sin ϕ ⋅ cos ϕ (1 − cos ϕ s ⋅ tgϕ ⋅ b sin(ϕ b + θ ) sin ϕ D sin ϕ
第三节 单螺杆挤出理论 固体塞与螺杆根径部位的摩檫消耗：
eWs
sin ϕ ⋅ tgϕ sin θ b b ⋅r = π ⋅ Db ⋅ n ⋅ f s⋅ Wb ⋅ pm ⋅ Z b ⋅ ⋅ 1 sin(ϕ + θ ) sin ϕ ⋅ tgϕ b s s
e, 1− L ⋅ cos ϕ s r1= e, 1− L ⋅ cos ϕ b
机头 ϕb VL V3
V2 θ
θቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V1
tgθ ⋅ tgϕb tgθ ⋅ tgϕb , = π ⋅ Db ⋅ n VL = V1 tgθ + tgϕb tgθ + tgϕb
V1 = π ⋅ Db ⋅ n
第三节 单螺杆挤出理论
思考题一
ϕb
VL V3
V2
已知：
V1 = nπDb
θ
V1 试证明：
θ — V1与V3的夹角 ϕ b — 螺旋升角
料筒开槽 控制螺杆、料筒表面加工精度
第三节 单螺杆挤出理论 控制螺杆与机筒的温度
金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而且有一个极大值。
单螺杆挤出机螺旋沟槽固体段产量的实验研究
装 置如 图１ 所示 。
表 １ 螺杆的主要结构参数 ： ！ 璺望 ！ 璺 卫 ！ ！ ！ ！ ！ ！！ ！ ！ ！！ 垒 ！！ ！
螺 篓 杆 釜
螺杆 一 １ ａ
螺， 距ｍ ｍ
定 螺距 ，螺 距为 ４ ５
餐 餐 餐
２１ ６ ３ ’ ４５ ． ． ２
衬 套 和螺杆 ，组 成 多套 仅有 固体 输送 段 机简 和螺 杆
组成的挤压系统 ， 研究 了衬套形状 、 螺杆结构参数 、 螺 杆转 速 、粒 径大 小等 对单 螺 杆挤 出机 固体 输送 段
产 量 的影 响 ，判定 螺 旋沟槽 衬 套挤 出机较 ＩＶ挤 出 Ｋ
送机理仍是摩擦拖曳输送 ， 但是其机筒等效摩擦系 数高 ， 输送效率高。因为沟槽处机筒摩擦系数等效 于物料 内摩擦系数 ，而内摩擦系数约为外摩擦系数 的 ５倍 ，因此 ，二者叠 加 ，相 当于 增大 了 ＩＶ 挤 】 Ｋ
衬套磨损大 、 不经济等 。 为弥补 Ｉ Ｖ挤 出机的缺陷， Ｋ 研究 者们 又 开发 了机 筒 内壁 开设 螺旋 沟槽 的挤 出机 该类 挤 出机 在输 送机 理 、产量 、能 耗 、摩擦 热
一
，
等方 面均 极 大改 善 了 ＩＶ系统 的 缺 陷。 Ｋ
本文通过 自行设计的具有不 同结构参数的机简
Ｋ ｅ ｏｒ ： ｙｗ ｄｓ Ｈｅｌｃ ｌｙ ｇ ｏｏ ； Ｓｉ ｌ ｃ ｅ ｘｔ ｄｅ ； Ｓ ｉ ｏ ｉ ａｌ ｒ ｖｅ ｎｇ ｅｓ ｒ ｗ ｅ ｒ ｕ ｒ ｏｌｄ ｃ ｎｖｅ ｎｇ： Ｔｈｒ ｕｇ ｕｔ ｙｉ ｏ ｈｐ
单 螺 杆挤 出机 在 现代 聚合 物加 工工 业 中得 到 了 广泛 的应 用 ，特别 是 光滑 机筒 单螺 杆挤 出机 ，其 输 送 机 理为 摩擦 拖 曳输 送 ，输送 动力 物料 与机简 之 间 的摩 擦力 ，只有 当物 料和 机筒 内壁 之 间 的摩擦 力 大 于物 料 和螺 杆表 面之 间 的摩擦 力 时 ，物料 才能 在 固 体输 送段 中进行 有效 地输 送 。光 滑机 筒挤 出机 的缺 点是 输送 效 率低 ， 比能耗 大 ，比功率小 。为弥 补 光 滑机 筒挤 出机 的缺 陷 ，研 究 者们 开 发 了机筒 内壁 开设 轴 向沟 槽 的 ＩＶ挤 出机 。 然 Ｉ Ｖ挤 出机 的输 Ｋ 虽 Ｋ
振动力场作用下的单螺杆挤出机固体输送理论
ｐ ｏ ｅ ｓｗｉ ｈ ｖｂ ａ ｉｎ ｏ ｃ ｆ ｌ ｓ ｅ ｔ ｂｉｈ ｄ ａ ｄ ｈ ｐ ｒ ｘｍａ ｅ ａ ａｙ ｉａ ｏ ｕ ｉｎ ｆ ｔ ｅ ｒ ｃ ｓ ｔ ｔ ｅ ｉｒ ｔ ｆ ｒｅ ｉ ｄ ｗａ ｓａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｉ ｔ ｎ ｌ ｔｌ ｓ ｌｔ ｓ ｏ ｈ ｈ ｏ ｅ ｓ ｃ ｏ
ｔ ｅ ｖｂ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｅ ｆｅｄ ｗａ ｒ ｕ ｈ ｏ ｗａ ｄ Ａ ｔ ｅ ａ ｉａ ｄ ｌｔ ａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｈ ｏ ｉ ｓ ｃ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｉｌ ｓ ｂ ｏ ｇ ｔ ｆ ｒ ｒ ． ｍａ ｈ ｍ ｔｃ ｌ ｍｏ ｅ ｈ ｔｄ ｓ ｒ ｄ ｔ ｅ ｓ ｌ ｏ ｖ ｙ ｎ ｏ ｂ ｄ
挤出成型固体输送理论
tgφ = t /л·D
螺纹的参数
W为螺槽的法向宽度 W=B cosφ = (t/i-e)cosφ = t/i · cosφ –e’ cosφ (t/i-e)cosφ cosφ
螺纹展开图
渐变度 A=(h1-h3)/Z2 A=(h1Z2 压缩段螺纹展开长度 W=B cosφ = (t/i-e)cosφ = t/i · cosφ –e’ cosφ (t/i-e)cosφ cosφ
控制系统
主要作用： 主要作用： •控制主辅机的驱动电机 •控制主辅机的温度、压力、流量 控制主辅机的温度、压力、 和制品质量 •实现全机组的自动控制
挤出成型的设备
辅辅 口口 定定定定 冷冷定定 牵牵定定 切切定定 堆堆
挤出成型的特点
优优
连连连
效率高
应用广
投资少
单螺杆挤出理论
从理论基础上对挤出过程进行研究，形 成了一整套描述物料在螺杆和口模中的 流动、变化的规律的基本理论，这就是 挤出理论。 国外的历史 20世纪30年代 20世纪30年代 国内的历史 20世纪70年代 20世纪70年代
2.5 7.5 18.5 37 45 55 75 90 90 110 132 180 220
3 8 20 30 30 40 48 48 57 72 84 110 150
3 3 5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7
0.8 1 330 560 560 560 600 600 600 625 625 800 1000 1.3 1.6 1.8 3 4 4 4 5 6 10 12
固体输送率Q＝VL·F F－－垂直于VL的螺槽流道截面积 n－－螺杆转速
垂直于V 垂直于VL的螺槽流道截面积
固体输送速率Q
固体输送速率Q的近似计算
单螺杆挤出理论(固体输送理论)
A2 h1 W sin
B1
fb Wb cos
2h1
fs sinb ctg
D Db
Ws
fs sins ctgs
Ds Db
B2
h1 W
cos
D Db
第三节 单螺杆挤出理论
讨论： P
理论
实际 P0
必须对压力进行修正 Zb
第三节 单螺杆挤出理论
（四）对固体塞摩擦P理0 论的修
正 1、P0与料位高度的关系
固体输送区消耗的功率与Db、n、fb、Wb、Zb和Pm成正比。
第三节 单螺杆挤出理论
能量消耗各分量占的比例： 机筒表面的能量消耗占 的比例最高。
第三节 单螺杆挤出理论
作业题
1、复习本节内容，掌握其物理意义。 2. 自习p.80的计算举例。
The End
第三节 单螺杆挤出理论 二、固体输送理论
在螺槽中运行的 是挤压在一起的 固体塞。
第三节 单螺杆挤出理论
（一）假设条件及流场 分析
1、固体输送区中的物料是已被压实的固 体塞，充满
整个螺槽，固体塞密度不变；
2、固体塞所受压力仅沿螺槽方向有变化；
3、摩擦系数f是常数，但物料与螺杆和 机筒内表面的
摩檫系数（fs、fb）不同；
V1
VVLL
— VV13沿ttgg螺 杆ttgg轴bb 向 速 度Db
n
tg tgb tg tgb
,
V1 Db n
第三节 单螺杆挤出理论
思考题一
b V2
VL
V3
已知：
V1 nDb
试证明：
— V1与V3的夹角 b — 螺旋升角
V1
VL
nDb
八螺杆挤出的计算公式
计算步骤：
计算平均螺旋线长度
进料段平均螺旋线长度：
ݖ
ൌ
గሺିுభሻ ௦್
ൌ
0.175
m/turn
压缩段平均螺旋线长度：
ݖ
ൌ
గሾሺିுభሻାሺିுయሻሿ ଶ௦್
ൌ
0.189m/turn
计量段平均螺旋线长度：
ݖ
ൌ
గሺିுయሻ ௦್
ൌ
tan9°4′ ൈ tan17°39′
ൈ
ൌ
4.34 ൈ 10ିହ
mଷ/r
tan9°4ᇱ tan17°39′
2. 单螺杆挤出机的熔融过程
4
【下】功能 元件篇
化纤纺丝机械工程计算公式集锦
（1） 熔融速率
భ
߱ ൌ ߔܺమ
（2—8—12）
式中，ω —沿螺槽 Z 方向单位长度熔融速率， m3/ m ；
X—螺槽横截面内固体床宽度，m；
【下】功能 元件篇
化纤纺丝机械工程计算公式集锦
八 螺杆挤出的计算公式
(一) 单螺杆挤出机的工作原理 单螺杆几何尺寸如图 2－8－1 所示。
1. 单螺杆挤出机的固体输送
（1）单螺杆挤出机的固体输送速率
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式中，Qs —固体输送速率， m3/s；
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1.2.1 挤出理论之一固体输送理论,螺杆的基本参数
机筒 螺杆
V sz
Y X Z
dZ
V
φ Vs θ
两个侧面）相接触
挤出理论
• 3）塞子与各表面的摩擦系数是一个常数，但在螺杆
和料筒表面可以取不同的数值。
• • • •
4）忽略料筒和螺纹棱之间的间隙
5）螺槽是矩形的，并且其深度不变 6）固体塞子的密度不变 7）机筒转动而螺杆相对的静止不动 在做了以上假定以后，我们来研究固体输送区物料 的输送。
挤出理论
•
挤出理论
2.3.1 固体输送理论 关于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较 有代表性的达涅耳（Darnel）和莫耳（Mol）于 1956年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基 础建立起来的固体输送理论。
• 1、基本假设 • 1）螺槽中被压实的物料象具有弹性的固体塞子一样
移动
• 2）塞子在与所有面（料筒表面、螺纹槽底面、螺纹
挤出理论
机筒 螺杆 θ
H
Y X Z
Ds'
Db Ds
W e
δf
B e'升角（或称螺纹导角） θb--机筒内表面处的螺纹升角 θs--螺杆根径处的螺纹升角 注：上述符号中，脚标“（r）”为机筒内表面至螺 杆根部间的可变参数；脚标“b”表示在机筒内表面 的有关参数；脚标“s”表示根径处的有关参数。
• a、降低螺杆表面粗糙度 • b、提高机筒内表面的摩擦因数。如机筒内加料段开
单螺杆挤出机的介绍
该曲线有一定的变化 规律。实验告诉我们， 加工不同物 料和不同制 品，这条轮廓曲线是不 相同的。
1）热量来源 根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中 热量的来源主要有两个：
。而未熔融的物料量逐渐减少，大约在压缩段的 结束处，全部物料熔融而转变为粘流态，但这时 各点的温度尚不很均匀。
2021年7月11日星期日
3、均化段---均化、挤出
经过均化段的均化作用就比较均匀了，最后 螺杆将熔融物料定量、定压、定温地挤入机 头。
4、机头---成型、定型
口模是个成型部件，物料通过它便获得一定 截面的几何形状和尺寸。再经过冷却定型和 其它工序，就得到成型好的制品。
2021年7月11日星期日
3、 按螺杆的有无：可分为螺杆挤出机和无螺杆挤 出机（柱塞式挤出机）；
4、 按螺杆在空间的位置：可分为卧式挤出机和立 式挤出机。
5、 按螺杆转速：可分为普通挤出机、高速挤出机 和超高速挤出机。
最常用的是卧式单螺杆非排气挤出机和双螺杆非排 气挤出机，本章将以此为重点进行介绍。
2021年7月11日星期日
3、控制系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ检测和控制）
挤出机组的控制系统：它由各种电器、仪表和执 行机构组成。
• 控制挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油泵、油 （汽）缸和其它各种执行机构按所需的功率、速度和 运动轨迹，使其满足工艺要求并保证其协调运行。
• 检测、控制主辅机的温度、压力、流量，完成对制品 的质量控制，最终实现对整个挤出机组的自动控制和 对产品质量的控制。
挤出成型在挤出机上进行，挤出机是塑料成型加 工机械的重要机台之一。
单螺杆挤出机温度
东莞华鸿塑料机械
单螺杆挤出机温度
挤出成型工艺挤出机螺杆分3个区段：加料段（送料段）、熔化段（压缩段）、计量段（均化段）,这三段相应的对物料组成了3个功能区：固体输送区、物料塑化区、熔体输送区。
固体输送区的料筒温度一般控制在100~1400C .若加料温度过低,使固体输送区延长,减少了塑化区和熔体输送区的长度,会引起塑化不良,影响产品质量。
物料塑化区的温度控制在170~1900C.控制该段的真空度是一个重要的工艺指标,若真空度较低,会影响排气效果,导致管材中存有气泡,严重降低了管材的力学性能.为了使物料内部的气体容易逸出,应控制物料在该段塑化程度不能过高,同时还要经常清理排气管路以免阻塞.料筒真空度一般为0.08~0.09MPa.
熔体输送区的温度应略低一些,一般为160~1800C.在该段提高螺杆转速、减小机头阻力及在塑化区提高压力都有利于输送速率的提高,对于PVC这样的热敏塑料,不应在此段停留时间过长,螺杆转速一般为20~30r/min.机头是挤出制品成型的重要部件,它的作用是产生较高的熔体压力并使熔体成型为所需的形状.各部分工艺参数分别为：口模连接器温度1650C,口模温度1700C、1700C、1650C、1800C、1900C。
单螺杆泵能输送高固体含量的介质
单螺杆泵能输送高固体含量的介质单螺杆泵它是依靠螺杆与衬套相互啮合在吸入腔和排出腔产生容积变化来输送液体的。
它是一种内啮合的密闭式螺杆泵，重要工作部件由具有双头螺旋空腔的衬套（定子）和在定子腔内与其啮合的单头螺旋螺杆（转子）构成。
当输入轴通过万向节驱动转子绕定子中心作行星回转时，定子转子副就连续地啮合形成密封腔，这些密封腔容积不变地作匀速轴向运动，把输送介质从吸入端经定子转子副输送至压出端，吸入密闭腔内的介质流过定子而不被搅动和破坏。
单螺杆泵分类：整体不锈钢单螺杆泵，轴不锈钢单螺杆泵。
单螺杆泵由于结构和工作特性，与活塞泵离心泵、叶片泵、齿轮泵相比具有下列诸多优点：1、能输送高固体含量的介质；2、流量均匀压力稳定，低转速时更为明显；3、流量与泵的转速成正比，因而具有良好的变量调整性；4、一泵多用可以输送不同粘度的介质；5、泵的安装位置可以任意倾斜；6、适合输送敏感性物品和易受离心力等破坏的物品；7、体积小，重量轻、噪声低，结构简单，维护和修理便利。
G型单螺杆是按迥转啮合容积式原理工作的泵种，重要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。
由于该二部件的特别几何形状，分别形成单独的密封容腔，介质由轴向均匀推行流动，内部流速低，容积保持不变，压力稳定，因而不会产生涡流和搅动。
每级泵的输出压力为0.6MPa，扬程60m （清水），自吸高度一般在6m，适用于输送介质温度80℃以下（特别要求可达150℃）。
G型单螺杆泵结构紧凑，体积小，维护和修理简便。
对介质的适应性强，流量平稳，压力脉动小，自吸本领高。
工作温度可达120℃。
广泛用于食品、冶金、造纸、印染、化工、化肥、制药等工业部门。
因定子选用多种弹性材料制成，所以这种泵对高粘度流体的输送和含有硬质悬浮颗粒介质或含有纤维介质的输送，有一般泵种所不能胜任的特点。
其流量与转速成正比。
传动可采纳联轴器直接传动，或采纳调速电机，三角带，变速箱等装置变速。
这种泵零件少，结构紧凑，体积小，维护和修理简便，转子和定子是本泵的易损件，结构简单，便于装拆。
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固体输送
• 加料段（固体输送段）是自料斗到压缩段 开始的位置，具有输送固体物料，兼有预压、 预热作用。 要使制品质量、产量稳定，须满 足以下两个条件： 1. 熔体的输送速率等于固态物料的熔化 速率 2. 沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率 等于挤出机生产率
• 目前对此理论的推导最为简单的是以固
影响固体输送的因素
在固体输送段对内螺杆的两种等效情况下固体塞的 运动和受力作了深入分析。理论上证明了这两种情 况下的固体输送机理与外螺杆的情况相同,均建立 在固体摩擦输送机理基础之上;讨论了牵引角、摩 擦因数和螺纹升角对上述三种情况固体输送流率的
影响。
牵引角
• 在已知螺杆参数 的情下,牵引角夕是影响挤出产 率的重要因素,它取决于螺杆几何参数、摩擦因 数以及固体输送段的压力增长,增大牵引角均有 助于提高固体输送段的体积流率。为对比三种情 况下牵引角对 固体输送体积流率的影.定义下述 函数:
理论部分
• 受力情况： Fs — 螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb — 料筒对固体塞的摩擦力，阻力。 Fbz — Fb 在Z轴方向上
的分力。
• 当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； Fbz<Fs，
螺杆带动物料转动而不移动。 • 流动的基本条件：Fbz>Fs
• Q=V·va • Q—单位时间内固体物料的流动体积；va—物料
塑料挤出成型技术—— 单螺杆挤出机固体输送
第二小组31——36
单螺杆挤出工作原理
工作原理
• 单螺杆挤出机的输送过程主要是依靠摩擦力实现 的。物料在输送的过程中经历了从固态到粘流态 的物理过程，温度；压力和机械性能参与进来完 成了一定产量物料的均匀稳定挤出
工作原理
• 螺杆的分段： • 加料段：固体输送 • 压缩段：压缩物料，并使物料熔融塑化 • 计量段：对熔融物料进行搅拌和混合，同
螺槽中固体输送的理想模型(a) 和固体塞移动速度的矢量图(b)
假设条件： ①物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞，以恒速移动; ②略去物料重力、密度变化的影响； ③摩擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； ④螺槽为矩形
加料段的送料量 Qs （摩擦力静平衡）， Qs应为螺槽 的横截面积与轴向速度Va的乘积，可得:
也有助于提高兰种情况下的固体输送流率 但是,当 fs 值较小时,增大机筒内表 面的摩擦 系数的响不如减小螺杆对塑料的摩擦因数 更明显。此外,图5(c) 曲线的斜率大于图家a) 和恤)曲线的斜率,说明螺杆机筒同时旋转时 加料段槽深的对固体输送流率的影响更明 显。
螺旋升角
加工工艺的影响
• 控制螺杆与机筒的温度 • 金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而
前进速度；V—单位螺槽容积。
V D2 (D 2h)2 4
Va 1 N
N—螺杆转数，Φ—展开后的螺线角（移动角）， θ — 螺杆外径处的旋转角，Φ+θ=90o，l—螺杆转 动一周物料移动距离的轴向投影。
D h1 h2 1 cot 1 cot
va
l
•
N
DN ctg ctg
Q 2Dh(D h)Ntg • tg tg tg
时稳定、 • 定量地向口模输送料流
•ห้องสมุดไป่ตู้物料的输送机理：
• 物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓 与螺母间的相对运动
固体的概念
固体分类
固体输送理论
• 目 的：定量计算固体输送率，探索其影响因素 • 发展概况：1956年，Darnell和Mol通过固体对固
体摩擦 • 的静力平衡，建立了固体输送理论。 • 1972年，Broyer和Tadmor对上述理论进行了 • 修正，得到Darnell- Mol理论，成为研究物 • 料在螺杆挤出过程中固体输送的经典理论目前关
体对固体的摩擦力静平衡为基础的。
物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体塞在 螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。
如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则螺帽跟着螺 丝转动而不前移。若在螺帽上加一定压力，再旋转 螺丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。
输送料时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑料与 料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应大于料筒的光 洁度。否则，塑料只能抱着螺杆空转打滑不能前移。
螺杆的主要参数： D：螺杆外径； d：螺杆根径； L：螺杆长度； ｔ：螺距； Ｗ：螺槽宽度； ε：压缩比 ； Ｌ/D：长径比；ｈ：螺槽深度；φ：螺旋角； ｅ：螺纹宽度 。
• 结晶型塑料：熔点前。难压缩，所以L较长； • 无定形聚合物：随T升高，形变增加，所以L较短。
固 体 塞 摩 擦 模 型
受力分析
Qs=SVa=π/4 [D2－（D－2h)2]Va=πh(D-h)×Va
螺杆的展开图(a)和固体塞移动距离的计算(b)
由上图的展开图可见，螺杆转动一周，物料在螺纹 斜棱推力作用下，沿与斜棱垂直的方向由A移向B，AB 在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向的移动速度为 Va；若螺杆的转速为N，则 Va=l×N
由上图知：Fb= PAbfb，Fs= PAsfs ，Fbz=AbfbPcosφ。 稳定流动时，Fs= Fbz，则Asfs=Abfbcosφ ①Fs= Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。 ② Fs> Fbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。
③ Fs< Fbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。
牵引角
牵引角
摩擦因素
由图4也可 以看出三种情况下的体输送产量均是牵 引角口的递增函数,增大口角,均可提高 Qs ,而摩擦 因数是影响牵引角的重要因素,因此提高固体输送
流率的关键是控制摩擦因数
• 下文
摩擦因素
• 下文
摩擦因素
摩擦因素
• (2) 提高机筒表面的摩擦因数 • 图5也说明增大机筒 内表 面的摩擦因数 。
于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较 有代表性的达涅耳(Darnel）和莫耳（Mol）1956 年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基础 建立起来的固体输送理论。
理论部分
固体流量方程的推导
• VX-螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使之产生垂 直于斜率方向的推力；此推力轴向的分力产生 固体塞轴向的运动Va；Vb-料筒相对于螺杆产 生的切向运动速度；Vb-VX产生沿螺槽Z方向的 运动VZ.