何和智
(華南理工大學(xué)聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640)
摘 要:分析聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)特性，闡述聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)制品的優(yōu)異性能，表明了該技術(shù)的科學(xué)性與先進(jìn)性。
關(guān)鍵詞:動態(tài); 三螺桿; 擠出機(jī), 應(yīng)用
1、前言
三螺桿擠出機(jī)除具有雙螺桿擠出機(jī)的塑化能力強(qiáng)、混合好及有較好的自潔性能等優(yōu)點(diǎn)外,與雙螺桿相比,螺桿每旋轉(zhuǎn)一周都會增加物料混煉、均化、揉捏和剪切的次數(shù),設(shè)備的混煉、熔融和分散混合的能力更強(qiáng),因而尤其利于多相多體系物料的共混改性和連續(xù)擠出成型。三螺桿擠出機(jī)螺桿在機(jī)筒中的排列有一字排列、V 字排列和正三角形排列三種。螺桿的嚙合區(qū)增多,碾壓剪切面積成倍增加。螺桿在運(yùn)轉(zhuǎn)中可對物料構(gòu)成高效的擠壓、破碎、揉捏、壓延和拉伸作用。正是這種高效的捏煉作用,使三螺桿無需單螺桿或雙螺桿的大直徑或大長徑比,就可獲得與大直徑或大長徑比的單、雙螺桿擠出機(jī)同等品質(zhì)同等產(chǎn)量的生產(chǎn)效能。因而三螺桿擠出機(jī)具有高效的混合特性、結(jié)構(gòu)的緊湊性和良好的經(jīng)濟(jì)性。三螺桿擠出機(jī)作為擠出機(jī)領(lǐng)域的又一黑馬,已在高聚物的共混改性、高亮度涂料的制備以及制作21世紀(jì)新的方便食品等方面暫露頭角[1]。
2、聚合物動態(tài)三螺桿擠出的開發(fā)研究 2．1平行同向雙螺桿擠出機(jī)的局限性 平行同向雙螺桿擠出機(jī)是在單螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有混煉、反應(yīng)、二次加料、脫揮發(fā)物、連續(xù)性生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，然而其不可避免地存在加工裝配要求高、擠出制品質(zhì)量提高困難等缺陷。為了從根本上解決這些問題，可利用聚合物動態(tài)擠出成型技術(shù)[2]，將振動力場引入聚合物擠出全過程，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上采用軸向協(xié)振器強(qiáng)化混合、反應(yīng)、排氣新結(jié)構(gòu)。目前成功研制的聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)，具有產(chǎn)量高，噪聲小，熱歷程縮短，減少物料因多次加工引起的性能下降，降低能耗，提高制品質(zhì)量等的功能。
2．2聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)原理
圖2.1為目前已形成系列的聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出三螺桿呈一字排列，大小相等，中間螺桿的動力傳遞軸穿過副螺桿動力分配器和減速箱的輸出空心軸并通過與減速箱的輸出空心軸后端連接在一起轉(zhuǎn)動的直線滾動花鍵使其作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時可以作軸向脈動。專門設(shè)計(jì)的激振器對中央主螺桿的動力傳遞軸進(jìn)行激振，實(shí)現(xiàn)了振動的振幅和頻率作為兩個獨(dú)立的工藝參數(shù)分別進(jìn)行調(diào)整和控制。減速箱的輸出空心軸的前端驅(qū)動動力分配器。動力分配器再驅(qū)動另外的兩個副螺桿[3]。
周期性的振動對高分子鏈及鏈段可產(chǎn)生周期性、多方向瞬時負(fù)壓沖量與擴(kuò)散，使熔體的粘性與彈性降低，輸送時熔體流動阻力相應(yīng)減少，擠出壓力減小，擠出脹大量減少。又由于物料在振動狀態(tài)下相界面更新頻率顯著增加，相間的傳質(zhì)與傳熱大大加強(qiáng)，從而使塑化混煉擠出過程所需要的能量減少，在機(jī)內(nèi)的停留時間縮短，因而擠出溫度降低。此外，在振動力場的作用下，三條螺桿的嚙合狀態(tài)使物料的停留時間分布均勻，分子被高度取向，達(dá)到自增強(qiáng)，因此擠出制品質(zhì)量明顯提高[4]。
3、聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)的應(yīng)用
聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)已成功應(yīng)用于生產(chǎn)改性塑料，如PA6增韌PP、碳酸鈣填充改性PP，以及用于加工EPDM/PP熱塑性彈性體動態(tài)全硫化膠。下面是聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)加工PA6增韌PP、EPDM/PP熱塑性彈性體動態(tài)全硫化膠試驗(yàn)結(jié)果，其目的是通過這些制品（PP/PA6改性塑料、EPDM/PP動態(tài)硫化膠）的性能反映出新設(shè)備的加工特性。
3.1制品的性能比較 以PP/PA6改性塑料為對象，對聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)與傳統(tǒng)雙螺桿擠出機(jī)的制品進(jìn)行比較分析.
由表1可知，與B號樣相比，A號樣的物理機(jī)械性能中的斷裂伸長率較大、彎曲模量及熱變形溫度較高，這表明聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)擠出的共混物機(jī)械性能較好。熔融指數(shù)測試結(jié)果表明，動態(tài)擠出的PP/PA6產(chǎn)品具有較好的后加工性能。
3.2振動力場對制品性能的影響規(guī)律
以聚合物動態(tài)三螺桿加工EPDM/PP硫化膠為對象，研究振動力場對制品性能的影響規(guī)律。
3.2.1振動頻率對EPDM/PP硫化膠力學(xué)性能的影響
圖3.2可知，隨振頻增加，共混物的邵爾A型硬度、撕裂強(qiáng)度值也有所增加。
值得注意的是圖3.3，隨著振動頻率的增加，EPDM/PP硫化膠的100%定伸應(yīng)力先增加后減小，當(dāng)頻率在12Hz附近時，100%定伸應(yīng)力達(dá)到其最大值。
3.2.2振幅對EPDM/PP硫化膠力學(xué)性能的影響
從圖3.4，圖3.5可以看出，隨著振幅增加，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、撕裂強(qiáng)度和邵爾A型硬度等一直保持增加的趨勢。
由圖3.6可以看出，100％定伸應(yīng)力的變化趨勢跟預(yù)想的不同，不是隨振幅增加而增加，而是先減小而后增大，當(dāng)振幅在75μm附近時，100％定伸應(yīng)力達(dá)到最小值。
因此，聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)通過嚴(yán)格控制振動參數(shù)，令振動頻率與振幅達(dá)到合理的匹配，可使EPDM/PP動態(tài)硫化膠具有更好的綜合性能。
4 結(jié)語
聚合物動態(tài)三螺桿擠出機(jī)避免了傳統(tǒng)雙螺桿擠出成型設(shè)備中的許多缺陷，是一種制造容易、成型制品質(zhì)量可控的新型塑料成型加工設(shè)備。它的出現(xiàn)對于擴(kuò)大塑料加工設(shè)備的種類，提高塑料加工設(shè)備的水平具有重要的作用。
參考文獻(xiàn):
[1] M.D.Ellul,Rubber.Compos.Process.Appl.1997,26(3):137
[2] 何和智,“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目材料
[3] 何和智,動態(tài)三螺桿擠出機(jī)研制報(bào)告
[4] 瞿金平.《聚合物動態(tài)塑化成型加工理論與技術(shù)》,2005
The New Technology of Dynamic Tri-screw Extruder and Its Application
He He-zhi
（National Eng. Research Center of Novel Equipment for Polymer Processing, South China University of Technology,Guangzhou 510640,China）
Abstract:An advanced technique in science was proved by analyzing the configuration principle and technique characteristic of dynamic tri-screw extruder and explaining the excellent performance of its produce.
Keywords: Dynamic ; Triple screw ; Extruder, Application
論文來源:2005年塑料加工年會
