同向平行双螺杆挤出机 研究报告——北京化工大学

目录1概述-----------------------------------1 2同向平行双螺杆挤出机的分类-------------1 2·1基本分类-------------------12·2组合分类-------------------23主要结构及基本原理---------------------2 3·1主要结构-------------------33·2基本原理-------------------44同向平行双螺杆挤出机的优点-------------6 5同向平行双螺杆挤出机的发展趋势---------7 参考文献------------------------------91概述挤出机起源18世纪，英格兰的Joseph Bramah于1795年制造的用于制造无缝铅管的手动活塞式压出机被认为是世界上第一台挤出机。

在挤出机作为一种制造方法的发展过程中，第1次有明确记载的是R.Brooman在1845年申请的用挤出机生产固特波胶电线的专利。

在聚合物加工中首先应用双螺杆挤出机是在20世纪30 年代的意大利, 其标志是Roberto Colombo研制成功了同向双螺杆挤出机Pasquetti研制成功了异向双螺杆挤出机。

现代双螺杆挤出技术是在20 世纪60 年代末至70 年代初随着RPVC制品的发展得以发展的1964年Inning和Zanradnik 申请了己内酞胺在标准组件同向旋转双螺杆挤出机内连续阴离子聚合的专利。

在我国, 双螺杆挤出机的应用大约在20 世纪70 年代初, 到90 年代初发展迅速。

关于最早双螺杆挤出机的设计初衷是为了解决挤出时物料挤出不净的问题，后来在使用和研究的过程中发现双螺杆挤出机的性能在很多方面优于单螺杆挤出机，因此，对于双螺杆的研究是很必要的，下面主要分析同向平行双螺杆挤出机的分类。

2双螺杆挤出机的分类2·1随着双螺杆挤出机的发展，就出现了各种不同样式的双螺杆挤出机，由于所需加工的物料不同，因此需要用不同的螺杆挤出机的形式来进行良好的塑化，保证加工质量。

下面介绍双螺杆挤出机的分类，双螺杆挤出机的分类方法有很多，主要是以下四类：. (<Plastics Extrusion Technology>,Friedhelm Hensen, HANSER PUBLISHERS,1988.Page 484-485)•啮合型与非啮合型•开放型与封闭型•同向旋转与反向旋转·圆柱型双螺杆与圆锥型双螺杆根据两根螺杆的相对位置可以将双螺杆挤出机划分为啮合型与非啮合型；开放和封闭是指啮合区的螺槽中，物料是否有沿螺槽运动的可能通道（不包括制造装配间隙），由此可分为纵向开放或封闭与横向开放或封闭型，若物料从加料区到螺杆末端有输送通道，物料可以从一根螺杆流到另一根螺杆则称为纵向开放型，否则称为封闭型，纵向封闭型的两根螺杆各自形成若互不想通的腔室，两根螺杆间没有物料交换，在两根螺杆的啮合区，若两根螺杆横向之间有通道，即物料可从同一根螺杆的螺槽流向相邻一根的，则称为横向开放，反之，则称为横向关闭型； (POLYMER MIXING AND EXTRUSION TECHN-OLOGY,NICHOLAS P.GHEREMISNOFF, MARCEL DEKKER,INC.1987,Page 384-390)双螺杆挤出机的分类不是绝对的，不同的分类方式之间是可以组合，得到我们所见到的类型的双螺杆。

2.2双螺杆挤出机可以从啮合与否、旋转方向是同向仍是异向，螺杆轴线是否平行等方面得出以下几种组合的双螺杆形式：（1）啮合型同向双螺杆挤出机由于同向旋转双螺杆在啮合处的速度相反,双螺杆挤出机，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆把物料从间隙中推出，成果使物料从一根螺杆转到另一根螺杆，呈"∞"形前进。

由于啮合区间隙很小，啮合处螺纹和螺杆底部的速度方向相反，因此存在很高的剪切速度，有很好的自洁作用，即能刮去粘附在螺杆上的任何积料，从而使物料的停留时光很短，所以啮合型同向双螺杆挤出机主要多用于混炼和造粒。

（2）啮合型异向旋转双螺杆挤出机（3）非啮合异向旋转双螺杆挤出机（4）锥形双螺杆挤出机(<Plastics Extrusion Technology>,Friedhelm Hensen, HANSER PUBLISHERS,1988.Page 484-485)由此可见同向平行双螺杆挤出机是双螺杆挤出机分类中的一种，是双螺杆挤出机发展的产物，下面我们将介绍同向平行双螺杆挤出机的结构及其工作原理，由此来进一步了解同向平行双螺杆挤出机的分类的依据。

3主要结构以及基本原理简介3·1基本结构同向平行双螺杆挤出机由加料系统、挤压系统、传动机构、加热冷却系统和控制系统等主要部分组成螺杆、筒体采用“积木式”结构，有很好的互换性，可根据物料加工工艺的不同，任意组合使用；筒体选用氮化钢、双金属材料，耐磨、耐腐蚀，延长使用寿命；螺纹元件选用氮化钢、高速具钢，曲线采用计算机辅助设计，配合独特的加工工艺，从而保证了螺纹工作段的法向齿面间隙，且自洁性好；特殊设计的连接方式、传动装置增强了螺纹元件、芯轴强度，以上措施实现了物料分散均匀，混炼塑化效果好，物料滞留时间短，输送效率高的目的。

另外一种对于双螺杆挤出机的分类是将双螺杆挤出机分成驱动部分和挤压部分两个部，驱动部分包括传动箱与电机。

3·2 工作原理同向平行双螺杆挤出机的工作原理从以下三点来说明。

1、聚合物在挤出过程中物态变化规律,输送原理固体熔体的输送排气真相和规律,建立起数学的物理的模型,用来指导双螺杆挤出机的设计和挤出过程的优化.2、要弄清楚两种以上的聚合物及物料在挤出过程中物态变化真实情况，混合形态，结构变化的过程,以及最后混合物与性能的关系.3、做为双螺杆挤出机，挤出反应成型时的反应过程、速度、性能与螺杆构型、操作条件之间的内在联系,建立模型,用来指导反应成型挤出。

单螺杆挤出机和双螺杆挤出机工作原理比较：（1）物料在单螺杆挤出机中的输送是依靠物料与机筒的摩擦力（2）而双螺杆挤出机则为“正向输送”，有强制将物料向前输送的作用，另外，双螺杆挤出机在两根螺杆的啮合处还对物料产生剪切作用3·2·1 啮合型同向双螺杆挤出机•双螺杆挤出机的结构尽管与单螺杆挤出机很相似，但是其工作原理与单螺杆挤出机很不相同。

•在双螺杆挤出机中，原材料由加料装置（一般为定量加料）通过加料口加入，且有些添加料（如玻璃纤维等）还需通过机筒中间的加料口加入，物料经受双螺杆熔融、混炼、输送等作用到达挤出机头口模。

•在这一过程中，物料的运动情况因螺杆的啮合方式、旋转方向的不同而不同。

•物料自料斗经定量装料器加入机筒后，按照旋转方向，可从一根螺杆的螺槽经啮合区的间隙流入另一根螺杆的螺槽，形成旋转的倒“8”形向前运动，于是，从加料口至机头存在着通道。

•在啮合处，螺纹和螺槽的速度相反，物料相对速度很大，承受很大的剪切，有利于混合，且能刮去螺槽内的积料，故具有较好的混炼和自洁作用。

•由于啮合处两根螺杆的速度方向相反，因此能在上下啮合区形成平衡的压力，螺杆的轴承及机筒承载均匀，故可在高转速下工作。

•由于两根螺杆相互啮合，对物料输送有强制的推力，故螺槽内的物料可以不充满螺槽地向前输送。

•螺杆啮合处对物料的剪切过程使物料的表层不断的更新，具有很好的脱挥排气性能。

•近年来，为了强化同向旋转双螺杆挤出机的混炼能力，在螺杆元件中采用了各种结构的混合与剪切元件，使其混炼能力得到了更大的增强，因此啮合型同向旋转双螺杆挤出机被广泛用于物料的混炼。

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。

3·2·2非啮合型双螺杆挤出机•轴向漏流1：由于两螺杆不啮合，它们之间的径向间隙很大，所以存在较大的轴向漏流。

•环形漏流2：由于两螺杆的螺棱的相对位置是错开的，即一根螺杆的推力面的物料压力大于另一根螺杆拖曳面的物料压力，从而产生了流动2（物料从压力较高的螺杆推力面向另一螺杆压力较低的拖曳面流动）。

•拖曳流3：同时随着螺杆的旋转，在两螺杆的间隙处物料不断受到搅动并被不断带走而更新（不论两螺杆的转向如何），产生流动3。

•拖曳环流4：特别是在异向旋转过程中，物料在A处受到阻碍，产生了流动4。

•而所有这些流动形式都增加了对物料的混炼和剪切作用。

•由于这种啮合形式的双螺杆没有自清洁作用，所以一般仅用于混料。

4同向平行双螺杆挤出机的优点针对于同向双螺杆挤出机的这种工作原理就会使其具有其他一些螺杆挤出机所不具有的有点，同向平行双螺杆挤出有不同的部分组成，每一部分都有有不同的作用，同向平行双螺杆挤出机的优点具体有以下六个方面。

1、直观了解易损件的磨损情况。

由于打开方便，所以能随时发现螺纹元件、机筒内衬套的磨损程度，从而进行有效的维修或更换。

不至于在挤出产品出现问题时才发现，造成不必要的浪费。

2、降低生产成本。

制造母粒时，经常需要更换颜色，如果有必要更换产品，在数分钟时间内打开开启式的加工区域，另外还可通过观察整个螺杆上的熔体剖面来对混合过程进行分析。

目前普通的双螺杆挤出机在更换颜色时，需要用大量的清机料进行清机，既费时、费电，又浪费原材料。

而剖分式双螺杆挤出机则可解决这个问题，更换颜色时，只要几分钟时间就可快速打开机筒，进行人工清洗，这样就可不用或少用清洗料，节约了成本。

3、提高劳动效率。

在设备维修时，普通的双螺杆挤出机经常要先把加热、冷却系统拆下，然后再整体抽出螺杆。

而剖分式双螺杆则不用，只要松开几个螺栓，转动蜗轮箱手柄装置抬起上半部分机筒即可打开整个机筒，然后进行维修。

这样既缩短了维修时间，也降低了劳动强度。

4、高扭矩、高转速。

目前，世界上双螺杆挤出机的发展趋势是向高扭矩、高转速、低能耗方向发展，高转速带来的效果即是高生产率。

剖分式双螺杆挤出机即属于这个范畴，它的转速可达加500转／分钟。

所以在加工高粘度、热敏性物料方面具有独特的优势。

5、应用范围广泛，可适用于多种物料的加工6、高产量、高质量、高效率。

.此外同向平行双螺杆挤出机还具有优异的混合性能，良好的自洁性能，灵活的模块化组合的特性，能够适应众多物料体系的不同类型加工，在聚合物加工，食品加工，化工产品等领域得到了广泛应用，有其适用于对各种高分子材料的加工。

下面我们就了解一下同向平行双螺杆挤出机的一些应用：1.共混改性Mixing nature-changing2.填充改性Filling nature-changing3.功能母粒Functional machine pellets4.色母粒Colored machine pellets5.玻纤、碳纤增强Intersified glass fibres and carbon fibres6.各类电缆料Various cables7.特种物料8.反应挤出Reaction extruding9.排气脱挥Exhausting and volatilization10.粉末涂料Powder paint5同向平行双螺杆挤出机的发展趋势现在人们对于物料制品的性能要求越来越高，也越来越多样化，则就要求挤出设备也要进行相应的发展才能够适应日益变化的需求，从高聚物流动和变形的角度分析，提高混炼质量应从物料在挤出机内的滞留时间、剪切变形、比能、分流数以及粒束位置变换等五个方面进行考虑。