单螺杆挤出机总体认识及技术发展

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、螺杆结构参数单螺杆挤出机总体认识一、单螺杆挤出机的结构单螺杆挤出机的基本结构挤压系统传动与控制系统加热、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DsDb1、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/D2、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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螺纹尺寸等距不等深螺杆螺杆类型等距不等深螺杆分离型螺杆等深不等距螺杆单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出熔融机理熔融概念及其作用一熔融机理二1.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融概念及其作用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。熔融机理熔体输送理论•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/D0.09•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=πDbn•d、Vb的方向与展开的螺槽方向成θ角，则有Vbx=πDbnsinθVby=πDbncosθb.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）：b.漏流(如图）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.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.c.横流（环流）：•d.漏流：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。•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。图3-23螺杆特性线n1n2n3n4n5VVVVABPQ•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。PQK1η1K2η2ABCD1D2D3QQcPPcn1n2n3•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。•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。•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．•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。•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。（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。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)熔体槽固体槽渐变突变