单螺杆挤出机总体认识及技术发展

压缩比ε ：加料段第一个螺槽容积与均化段 最
后一个螺槽容积之比


渐变度A： 描述螺槽深度变化的几何参数
螺纹尺寸
螺杆类型
等距不等深螺杆
等距不等深螺杆
单螺杆挤出机的基本结构
等深不等距螺杆
分离型螺杆
单螺杆挤出熔融机理
一 熔融概念及其作用
二
熔融机理
熔融概念及其作用
1.概念：通过升高温度使固体变为熔体的过 程。 2.压缩段（熔融段）：是塑料开始熔融到在 螺槽内塑料完全熔融的一段。 其作用是使塑料进一步被压实、塑化， 并使塑料内夹带的气体从加料口处排出， 提高塑料的热传导性，使其温度继续升高。 为使塑料被压实塑化，该段的螺槽是逐渐 变浅的
熔体输送理论
• 熔体输送的机理 • 1）无限平行板模型。
• 为了方便研究问题， 假定： • a、将计量段螺槽展开 并认为螺槽为浅螺槽， H3/D<0.09 • b、螺槽静止不动 a.螺槽的几何尺寸图
• c、将机筒展开为一 无限大平板，且该平 板运动速度为Vb。
Vb=π Dbn
• d、Vb的方向与展开 的螺槽方向成θ 角， 则有
单螺杆挤出机总体认识及技术 发展
第一组 原剑海、梁文雄、黄深 彭俊奋、揭英远、廖国飞
单螺杆挤出机总体认识及技术发 展
• • • • • 单螺杆挤出机的总体认识 熔融机理 熔体输送及口模特性 加热冷却及温度控制 新型单螺杆挤出机
单螺杆挤出机总体认识
单螺杆挤出机的基本结构
一、单螺杆挤出机的结构 二、挤压系统的组成及作用 三、螺杆结构参数
由机头，口型等阻力元件产生的压力引 起的回流。方向与正流方向相反，流量 为QP. (如图）
b. 漏流
c.横流（环流）：
由垂直于螺棱方向的
分速度Vbx引起（如
图) 使物料在螺槽内 产生翻转运动。方向 与Vbx方向相同，对生 产能力没有影响，但 能促进物料的混合、
c. 横流（或称环流）
搅拌和热交换，流量Qc=0.
Vbx=π Dbnsinθ Vby=π Dbncosθ
b.螺杆机筒展开图
• 2) 熔体在螺槽内的运动分析 • 熔料在螺槽中的流动实际上有以下几种运 动合成： • a.正流（曳流）：
• 是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度 为Vbz. 方向与Vbz相同，流量用Qd表示。(如图）
• b． 倒流（压力流）：
Q K1η1 K2η2
P
QA D3 D2
C
D1 n3 n2
B
Qc
n1 Pc
P
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• 这综合工作点是螺杆特性线与口模特性线 的交点。 • （1）在C点处，Q机头=Q螺杆
这意味着在给定的螺杆和口模下，当转速一定 时，挤出机的机头压力和流率应符合这一点所 表示的关系。Q机头=Q螺杆
（2）工作点会因螺杆转速的改变而改变。 （3）工作点会因机头口模的改变而改变。
• d. 漏流：
由机筒与螺棱间隙δ 处形成的倒流。方向 沿螺杆轴线方向，并由机头向后。流量用QL 表示。 实际上螺槽中熔体的总的流动是这几种流动 的总和，挤出机的生产能力即等于正流、压 力流、漏流的总和
• 如图所示，我们称AB为螺杆的特性线。若 螺杆不变，改变螺杆转速。则得到一组相 互平行的螺杆特性线。 Q
• 从能量的观点来分析。挤出过程有一个热平衡问
题。加热器供给的热和摩擦剪切而产生的摩擦热 一部分用于使塑料产生物态的变化，另一部分损 失掉了。尽管影响这一平衡的因素很多，但在稳 定挤出的条件下，这一平衡总是应当维持的。
• 一、挤出机的加热 • 挤出机的加热方法通常有三种：液体加热、蒸汽加 热和电加热。 • 目前挤出机上应用得最多的是电加热，它又分为电 阻加热和电感加热．
A
n1 V n2 V n3 V n4 B V n5
图3-23 螺杆特性线
P
• 螺杆的特性线是挤出机的重要特性之一， 它表示出螺杆均化段熔体的流率与压力的 关系。随着机头压力的升高，挤出量降低， 而降低的快慢决定于螺杆特性线的斜率。
• 口模特性 • 在挤出稳定后，K， η皆为常数。因此上 式实际上是Q与P的 线性方程式。可以 得到如图所示的直 线簇，我们称OD为 口模特性线。 • 其斜率为：K/ η • 如图所示： • 对于给定的口模， 压力越高，流过口 模的流量越大。
单螺杆挤出机的基本结构 一、单螺杆挤出机的结构
传动与控制系统 挤压系统
加热、冷却系统
二、挤压系统的组成及作用
1、组成：
加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等
塑料在普通单螺杆挤出机中的挤出过程
2、作用
连续稳定地运输（固体、熔体） 熔融、塑化（固体→熔体） 混合、均化（温度、组成分布均匀） 增压—有利于排气、泵送，使制品密实
三、螺杆结构参数
Db
Ds
1、规格尺寸

螺杆直径D：Db—螺杆外径
Ds—螺杆根径
D —螺杆平均直径

螺杆长度L：L —螺杆有效工作部分长度 L1—加料段长度 L2—压缩段长度 L3—均化段长度

螺杆长径比 L/D
2、螺槽尺寸

宽度：B—螺槽轴向宽度
W—螺槽法向宽度

深度：H1（h1）—加料段深度
H2（h2）—压缩段深度 H3（h3）—均化段深度
• 加热冷却装置及温控
1.塑料在挤出过程中得到的热量来源有两个，一个是料筒外部 加热器供给的热量，另一个是塑料与料筒内壁、塑料与螺 杆以及塑料之间相对运动所产生的摩擦剪切热。 2.另外，这两部分热量所占的比例在挤出过程的不同区段也 是不同的：在加料段，由于螺槽较深，物料尚未压实，摩 擦热是很少的，热量多来自加热器；而在均化段，物料已 熔融，温度较高，螺槽较浅，摩擦剪切产生的热量较多， 有时非但不需要加热器供热，还需冷却器进行冷却。在压 缩段，物料受热是上述两种情况的过渡状态，也就是由摩 擦剪切产生的热量比加料段多，而比均化段少。因此挤出 机的加努冷却系统多是分段设置。
基本原理： 在熔融区内设法把固体物料和熔融物 料分开，防止固体床破裂而产生不均匀 的固体碎块，加速固态物料融化，并能 稳定已熔化的熔体流。 特点: 相当于增加了L3长度，减少温度、 压力波动，产品质量、产量明显提高。 （20%~30%） (h3取1.4~1.6倍)
熔体槽
固体槽
突变
渐变
所谓新型螺杆，主要是指： 分离型螺杆 分流型螺杆 屏障型螺杆
• • • •
•
组合型螺杆
新型螺杆的设计
• 几种常见的新型螺杆 • 针对常规螺杆存在的问题，对挤出过程进行了深入的研 究，在大量实验和生产实践的基础上，发展了各种新型 螺杆。与常规螺杆相比，其优点如下： • 提高了挤出量， • 改善了塑化质量， • 减少了产量波动，压力波动和在MD方向的温度波动、 TD方向的温差， • 提高了混合的均匀性和填加物的分散性。 • 新型螺杆越来越得到广泛的应用。新型螺杆的形式很多， 但尚无一个全面的科学的螺杆分类，下面仅就目前较为 流行的分类方法，重点地介绍几种。
• 二、挤出机的冷却
• （一）料筒的冷却
• 现代挤出机的料筒都设有冷却系统。料筒的冷却方法 有风冷和水冷。 • （二）螺杆冷却
• （三）料斗座冷却
新型单螺杆挤出机
新型螺杆，是相对于常规全螺纹三段螺杆而言的。 新型螺杆在原理、结构设计上有许多特点，它们是 在常规全螺纹三段螺杆的基础上发展起来的，目前 已得到广泛应用。
熔融机理
物料以固状进入螺槽后，被螺杆的旋转 运动压实，从而形成固体床。固体床中与 加热料筒表面接触的固体粒子首先熔化并 在料筒表面形成一层熔体膜。熔体膜达到 一定厚度后由于机筒的拖拽作用而积存在 螺杆推进面一侧。随着固体床的宽度的减 小，积存的熔体膜形成一个熔体池。当固 体床全部消失时，熔化结束。
（一）分离型螺杆 （二）销钉型螺杆 （三）屏障型螺杆 （四） DIS螺杆 （五）排气型螺杆 （六）两级式螺杆
（一）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。 副螺纹作用：一方面，副螺纹把压缩段分 成固相槽和液相槽两个区；另一方面， 副棱又限制固体床的自由移动。