孔祥明 金龍章 郭仰家 胡俠明
江明新達(dá)塑料機(jī)械有限公司．江蘇江陰
摘要：介紹了往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)的工作原理，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用。簡單論述了工藝流程
及性能優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：混煉、捏合、往復(fù)式混煉擠出機(jī)；連續(xù)化；造粒
一、前言
隨著塑料加工工業(yè)的飛速發(fā)展，往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)的開發(fā)應(yīng)用日趨令人矚目，在擠出行業(yè)中占主要地位的單、雙螺桿擠出機(jī)許多方面的性能已經(jīng)難以滿足共混、填充、增韌、增強(qiáng)等改性的要求。使用往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)生產(chǎn)一些高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品逐漸成為一種趨勢。在任何聚合物的加工過程中。賦予聚合物一定的加工特性或賦予制品特定的使用性能，常常需要進(jìn)行不同聚合物之同的共混或聚合物同各種助劑、顏料之問的反應(yīng)、混合。往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)恰好具有剪切均勻、高分散(不僅有縱向的混合，而且有軸向的混合作用)、高填充、拉伸熔體等特點(diǎn)，且綜合了單、雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。獨(dú)一無二的工作原理，加上可隨意組合的螺紋元件及配套設(shè)備，使其應(yīng)用更廣泛，在一部機(jī)器上，可以做到涅料、混瓊、塑化、分散、剪切、拉伸、反應(yīng)、熔體取向、脫氣、造粒等，使得物料在機(jī)器中流動的界面面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的剪切流動.
二、工作原理
往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)，在螺桿芯軸上排列著設(shè)計獨(dú)持的積木式螺塊，有混煉、輸送、限流混煉、擠出等。在機(jī)筒內(nèi)襯套上．排列有三排混瓊銷釘，螺桿在徑向旋轉(zhuǎn)的過程中．同時做軸向的往復(fù)運(yùn)動，每轉(zhuǎn)動一周，軸向往復(fù)運(yùn)動一次。由于這種特殊的運(yùn)動方式，以及混煉螺塊和銷釘?shù)淖饔茫锪喜坏诨鞜掍N釘和混煉塊之間被剪切，而且被往復(fù)輸送．物料的逆流運(yùn)動給徑向混合加上了非常有用的軸向混合運(yùn)動。物料不斷地被剪切、取向、切割、折疊、拉伸和再取向等。由于在徑向和軸向上的同時混煉．增強(qiáng)了混煉效果，保證了最佳的分散性混合和分布性混合，因此均化時間短。另外．混煉錆釘和螺紋元件的相互嚙合，也提高了機(jī)筒的自我清潔能力。通過適當(dāng)?shù)穆菁y元件組合，可保證穩(wěn)定的工作壓力．防止物料在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生降解。由于混煉元件的螺紋是中斷的．所以作用在聚合物上的壓力很小．不產(chǎn)生明顯的溫升。而同向平行雙螺桿擠出機(jī)是在高剪切和高徑向壓力下對一薄層聚合物進(jìn)行剪切，必然使熔體局部產(chǎn)生大的溫升。而且單一的運(yùn)動規(guī)則．降低了物料的均勻效果和分散效果。另外．往復(fù)機(jī)同其他擠出機(jī)相比．在直徑相同的條件下．長徑比較短，扭矩在較短的距離上傳遞．因此螺扦扭矩變形小。
三、結(jié)構(gòu)及用途、
l.主機(jī)機(jī)筒、螺桿均采用積木式設(shè)計。機(jī)筒由多組開孔和閉孔筒體組成，剖分式的筒體，可快速方便地打開，便于清理、檢修；螺桿由套在芯軸上的各種混煉螺塊和輸送螺塊組成。機(jī)筒和螺扦可根據(jù)物料品種不同、工藝要求的不同．靈活組合成理想的形式。
2．齒輪箱和播捶箱設(shè)計獨(dú)特。實現(xiàn)了螺桿在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時．進(jìn)行軸向的往復(fù)運(yùn)動．螺桿每轉(zhuǎn)一周．前后往復(fù)運(yùn)動一次。混煉元件中斷三次，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的混煉效果。其混合作用是在軸向面不僅僅是在徑向，且發(fā)生在螺紋和銷釘之間。螺槽內(nèi)部全部物料都受到均勻的剪應(yīng)力，而不是一薄層的物料受到剪切。
3.螺紋元件積木式的排列在芯軸上，機(jī)筒內(nèi)襯套上安裝有三排鎊釘，銷釘分為六種型號，實心長銷釘用來固定內(nèi)襯套。增強(qiáng)混煉效果；空心長銷釘作用是固定、混煉、安裝嗣溫頭，注射液體助劑；平頭長銷釘固定內(nèi)襯套；平頭銷釘用來堵塞備用孔；實心銷釘起混煉作用；實心短銷釘對進(jìn)料口物料進(jìn)行破碎。隨著螺桿的往復(fù)運(yùn)動，銷釘與每個螺塊的相對運(yùn)動呈∞曲線，當(dāng)混煉銷釘通過螺紋間隙時．產(chǎn)生軸向的物料交換。在螺桿旋轉(zhuǎn)一周的過程中，與螺棱側(cè)邊的相對運(yùn)動產(chǎn)生了對物科的剪切，對螺軒和機(jī)筒在軸向和徑向進(jìn)行另外請理，這就是往復(fù)式混煉擠出機(jī)徹底混合、捏合和自潔作用的基礎(chǔ)。這些銷釘如同一系列的攪拌器，使物料實現(xiàn)再分布，中斷的螺紋使物料產(chǎn)生回流，使物料承受連續(xù)的剪切、取向、切割、折疊、拉伸等過程。一部分熔體重新結(jié)合．一部分熔體再進(jìn)一步分割．在每個L/D中的每個螺槽中，熔體要經(jīng)過四次分割。由此可見，往復(fù)式擠出機(jī)為什么能在非常短的長徑比內(nèi)實現(xiàn)熔體的有效混合。而且機(jī)筒內(nèi)表面都被螺紋元件橫掃過，沒有物流死角．具有很好的自潔能力、較高的輸送效率和穩(wěn)定均勻的物料停留時間等。
下圖是普通單螺桿擠出機(jī)同往復(fù)式單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)比較：
4.熔體泵。作用是將來自擠出機(jī)的高溫聚合物通體增壓、穩(wěn)壓，然后流量穩(wěn)定地送入擠出模頭。無論擠出機(jī)內(nèi)壓力如何變化．流量如何波動，熔體泵能夠始終供給模頭一定量的物料。齒輪是熔體泵的核心，齒輪的旋轉(zhuǎn)和嚙合一方面可以擠壓齒間的熔體，使物料從一端被輸送到另一端；另一方面齒輪的嚙合能封閉低壓腔，減少逆流，降低加工溫度，有利于建立較高的輸出壓力。我們采甩漸開線型斜齒輪，能增加齒輪嚙合的重合度，嚙音時隨著齒輪不斷的吸入和排出能對物料進(jìn)行連續(xù)、平穩(wěn)的擠壓。減小壓力的波動，達(dá)到穩(wěn)定輸送熔體的目的。同時斜齒輪還具有一定的自潔作用．避免物料的沉積降解。
在熔體泵外部裝有加熱、冷卻裝置，目的是把溫度控制在一定的范圍內(nèi)，使其保持最佳的工藝狀卷．加熱方式有電加熱和油加熱兩種形式。另外．往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)的工作原理及特性決定該機(jī)用于塑料成型加工并非其所長，但是，在擠出機(jī)后配以熔體泵，同成型模頭連接，將混煉改性與成型加工合二為一的嶄新工藝．蕞少了造粒環(huán)節(jié)，意味著減少一次投資，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期．節(jié)省了能源。熔體省略了二次加工塑化的熱歷程，這一技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性是不言而喻的。
熔體泵上還裝有兩組壓力傳感器．可以準(zhǔn)確地測出熔體泵前、后的壓力變化．有利于工藝的調(diào)整。
5.準(zhǔn)確的計量，合理的加料方式是嚴(yán)格執(zhí)行配方的關(guān)鍵，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的第一關(guān)。我們根據(jù)物科的性能，用戶的需要．配有多種喂料方式：如體積計量、動態(tài)失重計量、液體注射計量等。以滿足不同產(chǎn)品的需要。
6.系統(tǒng)配有強(qiáng)制加料裝置。加料裝置分為垂直強(qiáng)制喂料和側(cè)向強(qiáng)制喂料。強(qiáng)制喂科可以防止物料在加科口堆積，以保證各組分物料同時接比例進(jìn)料,解決了由于預(yù)混料而造成的環(huán)境污染問題。
7.電氣控制系統(tǒng)。該機(jī)采用進(jìn)口變頻調(diào)速裝置．性能優(yōu)越、可靠。筒體采用電加熱水冷卻或油加熱油冷卻．配有二組壓力傳感器，多組RKC智能型控溫裝置，雙向PID調(diào)節(jié)，多組深入機(jī)筒內(nèi)部的熔體溫度傳感器．通過一只溫度巡檢儀可以真實地反映機(jī)簡內(nèi)各區(qū)熔體的實際溫度．這是其它擠出機(jī)所不具備的功能。所以該設(shè)備控溫準(zhǔn)確、誤差小。先進(jìn)的機(jī)械、電器聯(lián)鎖裝置．具有機(jī)械和電器雙重過載保護(hù)．可有效地保護(hù)設(shè)備及人身安全。
8.系統(tǒng)配有拉絲水冷切粒．熱切水冷、熱切風(fēng)冷等幾種切粒方式。可根據(jù)材料不同，用戶的要求不同進(jìn)行配置。
9.系統(tǒng)配有雙階式造粒機(jī)組，利用單螺桿擠出機(jī)輸送熔體，作用是完成塑化和縱向混合，建立穩(wěn)定的擠出壓力，由于其轉(zhuǎn)速較低．因而剪切較低．避免物料產(chǎn)生剪切熱．控溫最佳。對于一些低發(fā)泡、熱敏性產(chǎn)品來講(特別是PVC)。系統(tǒng)將混煉和擠出分為兩步，使熔體塑化完全后定壓、定溫、定量地送入擠出機(jī)模頭．防止熱敏性或?qū)羟忻舾械奈锪辖到猓哂挟a(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。在物料進(jìn)入單螺桿的過程中．設(shè)有真空排氣裝置，這種排氣方法因為排氣面積大，物料表面變化大．有充分的排氣時同，所以比單階排氣擠出機(jī)排氣效果好。
10.在主機(jī)機(jī)筒上裝有抽真空裝置和自然排氣裝置。強(qiáng)制加料料斗上、側(cè)向加科裝置上均設(shè)有對空排氣裝置．盡可能徹底排除物料中的水份及加工過程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)氣體．
11.螺桿芯軸可通冷卻水。這對一些控溫要求嚴(yán)格的產(chǎn)品特別適用。如低煙無鹵阻燃料、熱固性材料等等。
論文來源:全國塑料著色與色母粒學(xué)術(shù)交流會，2004年
