单螺杆挤出机

• 波状螺杆
单螺杆挤压机的操作
①检查各零件之间是否有卡死，测隙规（塞规）调 出料处螺杆与机筒的间隙，所有蒸汽阀门打开， 报警器正常工作 ②预调质器与电机启动方可喂料，启动要在低产量 ，高水分下开始。监视电动机的负荷，挤出物的 情况 ③停机时，先关蒸汽阀，原料中加水降温至小于 100度，停止进料，模孔出现湿冷物料为止。压 和完全消失，开动螺杆旋出剩余物料。
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机
• 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。
☆ 啮合型异向双螺杆挤出机 • 少量物料被拉入两螺杆之间的 径向间隙，受到 螺棱和螺槽间 的研磨和滚压作用，此作用与 压 延机上物料的滚压作用相似 ，称为“压延效应” • 由于压延效应，使机筒壁和轴承受力不均匀而局 部受压磨损，故异向旋转的双螺杆只能在较低的 转速下工作。 • 异向啮合型双螺杆混炼剪切作用较弱，故适用于 热敏料和需要受热时间短的物料的成型。
– 变螺距 – 变螺棱宽度 – 依靠锥形变化
（2）组合式螺杆
• 是由多个单独的螺杆元件沿轴向连接组成 的组合体。 • 元件具有互换性，可根据工艺需要进行组 合。 • 加工难度小于整体式螺杆。 • 主要组合单元： • 输送元件、剪切元件、压缩元件、混合元 件以及捏合元件。
☆ 输送元件
• 用于输送物料，给物料一定的推力使物料能够克 服在流道中的阻力。结构多为螺纹型。 • 全啮合式：间隙小，两螺杆在输送过程中形成了 几乎密闭的“C”型空间，使物料很难进行相互间 的混合，对物料进行强制输送，可以在很短的长 度内建立起较高的压力。
• 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 • 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
2014年3月26日星期三
4 类型
按相对位置
啮合型 非啮合型 锥形双螺杆 按螺杆轴线是否平行 平行双螺杆 同向旋转 按旋转方向 向内异向旋转 完全啮合型 部分啮合型
☆ 啮合型异向双螺杆挤出机
• 由于两根螺杆的旋转方 向不 同，一根螺杆中物料螺旋前进 的道路被另一根螺杆堵死，故 不能形成“8”运动。 • 在啮合处，一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽 中，使连续的螺槽被分割成相互隔离的C形小室。 • 螺杆旋转时，随着啮合部分的轴向移动，小室也沿 着轴向前移，螺杆每转一圈，小室就前移一个导程 的距离，故自机筒加料口到机头不存在物料的连续 通道。
• 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。 • 物料与螺杆摩擦力大于物料与机筒摩擦力，则发 生共转，油份越多，这种趋势越明显，可以筒内 壁开沟槽
☆ 输送元件
• 普通啮合式：捏合间隙大，中心距H大于两螺杆半 径之和（R+r）以形成较大径向间隙，可增大啮合 螺纹的轴向间隙。促进“C”型空间内物料的相互混 合并输送物料。 • 由于存在漏流和倒流，对物料的强制输送能力差。
☆ 混炼元件 • 包括剪切元件、混合元件、捏合元件等 • 物料在双螺杆中的混炼过程是剪切与混合的结合。 • 剪切元件：由剪切盘或剪切螺纹组成，主要用于对 物料进行剪切。
2 机筒
• 分段积木式：同向旋转双螺杆挤出机的机筒大多
采用分段积木式结构，每段长度为（3~4）D，其 中有加料口段（根据加料方式可设多段）和排气口 段，有的有测量熔体温度或压力的孔段。 • 对于介质冷却的机筒，各段还设有介质通道，以及 固定加热器用的螺孔。 • 与组合式螺杆配合可根据物料和工艺要求灵活组合 。
☆ 啮合型锥形异向双螺杆挤出机
• 计量段末的螺杆横断面积减小，因此在同等的机头压力下，它 具有较小的轴向压力，减轻了止推轴承的负载。 • 两个螺杆的轴线尾部分开，有利于安装较大的承载轴承，故可 承受较大扭矩，且寿命长。 • 加料段直径大，螺杆强度高，物料受热面积大，有利于塑化。 而在计量段螺杆直径小，受热较小，有利于实现低温挤出。 • 由于锥形双螺杆比平行双螺杆有上述优点，现已逐步取代了平 行异向旋转双螺杆挤出机。
a.机筒外部加热器通过机筒传给物料的热量。
b.物料与物料之间、物料与螺杆、物料与机筒之间 的摩擦热和物料受剪切而生成的热量。
2、压力
☆ 压力的分布：沿螺杆轴线方向就有一个压力分布问 题。用压力梯度（即沿螺杆轴线方向单位长度上的压 力变化）表示。
☆ 影响压力的因数：不同螺杆元件其建立压力的能力 是不同的。口模形式和尺寸也影响压力分布。
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
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
• 加热冷却装置及温控
1.食物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，另一个是与料筒内壁、 与螺杆以及相对运动所产生的摩擦剪切热。
• （二）螺杆冷却 • 防止物料过热，使物料中的气体从料斗中 排出 • 若均化段受冷，螺槽底部沉积温度低的物 料，减少螺槽深度 • 根据物料不同，加工不同，调整冷却长度 ，提高机器适应性 • 冷却介质：水或空气
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。
• 二、挤出机的冷却
• （一）机筒的冷却 • 现代挤出机的机筒都设有冷却系统。水冷方式： 冷却速度快，水管易结垢，锈蚀，堵塞（水未软 化）。
• 水冷结构：①缠绕冷却盘管：常用，机筒表面开 沟槽盘绕，拆卸不便，接触不佳，效率低
• ②加热棒与冷却水管同时铸入加热器：制造复杂， 一旦堵死换整个加热器，冷冲机小 • ③感应加热器内侧设有水冷却套：拆卸不便，冷 冲击大，少用
第二章 第六节 挤压设备
二、单螺杆挤出机 • 单螺杆挤出机结构 • 压缩熔融机理 • 加热冷却及温度控制 • 新型单螺杆挤出机 • 操作过程
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
☆ 混炼元件
• 混合元件：齿形混合盘由带齿的两组盘组成，是 混合元件的一种。还有销钉段、反螺纹段等元件 。主要起搅乱物料流的作用，使物料均化。
销钉型
反螺纹型
☆ 混炼元件
• 捏合元件：主要就是捏合块，是由截面相同但安装 时错开一定角度的一组块所组成。随着螺杆的转动 ，物料被挤入捏合块与机筒内壁之间的空腔且随着 两捏合块的啮合，空腔由大变小，再由小变大，物 料受到反复的剪切、膨胀、挤压，从而加速和改善 了物料的塑化过程，提高了塑化质量。
向外异向旋转
5 工作原理
☆ 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，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。
☆ 啮合型同向双螺杆挤出机
• 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。
Байду номын сангаас
• 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． • 电加热：尺寸小，重量轻，拆装方便，机筒厚， 加热时间长 • 电感加热：磁通量变化—感应电动势—被加热 升温时间短，温度梯度小，加热灵敏，温度稳定， 节能30%，寿命长
所谓新型螺杆，主要是指： 分离型螺杆 分流型螺杆 波状螺杆
• • • •
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， • 改善了质量， • 减少了产量波动，压力波动 • 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，介绍几种。
3、能耗
☆ 能量平衡
• 为了使加入的物料熔融呈粘流态，必须供给热能；为使物料 压实，充满螺槽并通过阻力元件，物料必须在螺杆轴线某些 位置建立起压力，即必须供给压力能；为了使各组分进行分 布混合和分散混合，必须提供剪切机械能。
• 热能、压力能和剪切能是由加热器的电能和驱动螺杆的机械 能转化而来。这些能量的一部分为熔融物料、成型制品所利 用。其余部分作为热损失而损失掉。 • 双螺杆挤出过程中机械能和加热器提供的热能不但与双螺杆 挤出机的类型有关，还与螺杆构型和不同的螺杆区段有关。
三、 双螺杆挤出机
（一）概述 （二）双螺杆挤出过程参量 （三）双螺杆挤出机主要参数 （四）双螺杆挤出机主要零部件
（一）概述
1单螺杆挤出机的局限性
• 加料性能差 • 排气效果差 • 物料停留时间长
2 双螺杆挤出机的优点
• • • • • 物料停留时间短 混合效果佳 排气、自洁性能优良 比功率低 螺杆特性硬
3基本结构
• 挤压系统 – 双螺杆 – 机筒 • 传动系统 • 加热冷却系统 • 控制系统 • 加料装置 • 机座
双螺杆挤出机挤压系统
是在一个“∞”字形机筒 内，由两根互相啮合的螺 杆组成。螺杆可以是整体 或组装，同向旋转或异向 旋转，平行或锥形的
2014年3月26日星期三
双螺杆挤出机和单螺杆 挤出机工作原理比较
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：在加料输送段，由于螺槽较深，物料尚未压实， 摩擦热很少，热量多来自加热器；而在计量均化段，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。因此挤出机的冷 却系统多是分段设置。
（二）双螺杆挤出过程参变量
描写双螺杆挤出这一过程的参量
有温度、压力和能量。
1、温度
温度是挤出过程得以进行的重要条
件之一。如前所述，物料从加入料斗
到最后成型为制品是经历了一个复杂
的温度过程的。
☆ 热量来源 温度是双螺杆挤出过程得以进行的重要条件之
一。物料由固态变为粘流态，需要热量。挤出过
程热量的来源有两个：
热能、压力能和剪切能是由加热器的电能和
驱动螺杆的机械能转化而来。这些能量的一部 分为熔融物料、成型制品所利用。其余部分作 为热损失而损失掉。
（四） 双螺杆挤出机主要零部件
（1）整体式螺杆
• 由整根材料加工制作，在一根螺杆上加工 出各种基本结构单元（输送单元和混炼单 元）。 • 加工难度大。 • 为了获得适当的压缩比
（一）分离型螺杆
结构特点：在压缩段主螺纹之间增设一条 副螺纹。（双螺纹） 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。 基本原理： 在熔融区内设法把固体物料和熔融物 料分开，加速固态物料融化，并能稳定 已熔化的熔体流。
熔体槽
固体槽
• 分流型螺杆