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1、1,螺杆组合原理,一、双螺杆挤出发展历程,20世纪40年代，Erdmenger 发明了同向完全齿合型双螺杆挤出机，50年代 W&P公司进一步发展并投向市场；不断完善并成为聚合物工业、化学制品工业以及食品工业中必不可少的设备。,3,2.挤出机设备厂家和螺杆组合定义,1. 几大挤出机设备商，型号 ZSK型-W 莱斯特里公司Leistritz- ZSE型 .螺杆组合,就是指挤出机螺杆的结构组成,不同组合以达到不同物料生产需要,螺杆组合能达到 分散/剪切两种效果,解决物料的混和均匀要求,对生产稳定性有重要意义.,4,二、螺杆组合原理和应用的主要内容,1.螺杆组合的基本结构和各部分特点；2.螺杆组合设计
2、的基本原则 ；3.啮合同向双螺杆挤出过程不同功能段的螺杆构型和整根螺杆的组合设计 ；,5,三、螺杆组合的基本结构和各部分特点,1.挤出机螺杆分两大部分,就是芯轴和螺纹套;2.螺纹元件-输送元件和剪切元件,6,3.螺纹套元件分类和特点,3.1 输送元件种类 从导程 和元件长度 来分 ，96/96 72/72 56/56 72/32 56/28 72/36L 56/28L ；3.2 剪切元件 就是通常说的捏合块,由单个的剪切块捏合在一起,片数不定,一般5/7片; 900/5/56 300/7/72 450/5/36 600/5/56 3.3 输送元件输送机理；3.4 剪切元件剪切机理；3.5 正反
3、元件差异；,7,4.挤出机型的机械设计参数,任意同向旋转双螺杆挤出机的几何参数限定为3个 :1.啮合处间隙；2. 内外直径比（OD/ID）；3. 比扭矩（功率/容积比，即用扭矩/中心距的三次方（M/a3）表示）。 一根螺杆的螺纹顶部处在与之配合的另一根螺杆螺纹根部和侧面之间,8,四、螺杆组合设计的基本原则,同向双螺杆的特点是: 转速较高并且在啮合区(两螺杆在横截面图中的重叠部分) 不同位置处有较接近的相对运动速度, 所以可以产生强烈、均匀的剪切; 几何形状决定了其纵向流道必定开放, 使两螺杆之间产生物料交换。交换时, 原处于一根螺杆螺槽底部的物料将运动到另一根螺杆螺槽的顶部。纵向流道的开放还使
4、横向流道开放成为可能, 来实现同一螺杆相邻螺槽间物料的交换。这使同向双螺杆具有较好的分布混合能力,螺杆组合是双螺杆挤出工艺制定的关键。同向双螺杆挤出以混炼为主, 螺杆组合要考虑到主辅料性能与形状、加料顺序与位置、排气口位置、机筒温度设置等等。,9,4.1 混合的两个定义,1.分散混合 固态物料、聚合物凝胶以及液滴等粒子尺寸减小的过程； 指将少组分细化, 如将无机填料粉碎及将玻纤丝切短等, 它取决于剪切应力(或剪切速率) ; 2.分布/分配混合 改变各组分在混合体系中的空间位置的过程； 分布混合与物料粘度无关，与单位能量输入也无关 指减少少组分在多组分中分布的非均匀性, 它则取决于剪切应变剪切应
5、变很难求得, 用周向流量和轴向回流量来衡量分布混合效果,10,4.3 捏合段的设计原则,1.凹槽内物料承受的平均剪切速率 减小螺棱间隙及增大螺纹头数都可提高平均剪切速率, 亦即可增强单块捏合块的混炼能力。 2.捏合块间的错列角 是决定捏合段工作性能的一个关键参数 3.注意捏合段的压力须与和它相连的正、反向螺纹段中的压力相匹配；各自的轴向流量和轴向压力梯度的关系曲线,11,五、啮合同向双螺杆挤出过程不同功能段的螺杆构型,啮合同向双螺杆挤出过程一般由加料、固体输送、熔融、熔体输送、混合、排气等功能段组成。不同的功能段需要不同的局部螺杆构型与它相适应,以完成不同的功能。,12,5.1 加料段和固体输
6、送段的螺杆构型,1.加料段 一般采用大导程、正向螺纹输送元件加大螺槽深度的非标准螺纹元件 2.固体输送段 把物料输送,同时松散 的粉状低松密度物料压 实或提高粒状物料在螺槽中的充满度,以促进物料在下游的熔融塑化,13,5.2 熔融塑化段的螺杆构型,1.评价用于熔融塑化段局部螺杆构型的好坏的标准应当是它能将机械剪切能变成热能而使物料熔融得最快、最彻底,又不使物料温度升高,即能量利用最合理。2.熔融塑化给定聚合物的最佳螺杆局部构型取决于物料的比热、熔点、熔体粘度及聚合物在固体状态时粒子的大小。,14,5.3Berstorff 用于熔融的局部螺杆构型,15,5.4 挤出熔融过程影响因素,物料及螺杆的
7、几何尺寸确定 1.沿螺槽方向的压力梯度2.机筒温度3.固体颗粒在螺槽内的充满度,它亦可以用来计算所研究的控制体中的固体颗粒的个数4.固体颗粒的初始温度5.螺杆温度6.机筒的拖曳速度(与螺杆速度有相同的意义) 沿螺槽方向的分量,16,5.5排气区和用于熔体输送的螺杆局部构型,1.上游的螺杆上应设置密封元件,将熔体密封,以建立起高压;在排气区,即与排气口对着的螺杆区段,应使物料在螺槽中充满度较低,并与大气或真空泵相通，（可采用多头小导程螺纹元件 ）2.熔体对螺杆的充满长度取决于物料的粘度、螺杆导程、螺杆转数、加料量和口模阻力影响建压能力的有螺纹导程和螺纹头数 （返料）,17,5.6 混合段的螺杆构
8、型,啮合同向双螺杆挤出机的混合功能最重要,因而混合段的螺杆构型设计具有非常重要的意义 啮合同向双螺杆挤出过程的熔融阶段也就是混合开始的阶段,18,六、整体螺杆组合设计,根据经验理论实验相结合的方法进行设计整体螺杆组合设计 螺杆示例：,19,6.1 整体螺杆设计前的考虑点,1.混合作业的目的,最终制品的配方和加入双螺杆挤出机进行混合时物料中各组分的形态、性能和配比。因为不同聚合物、不同添加组分及其配比对挤出过程、螺杆构型、运转条件的要求是不同的。 2.对各种螺杆(及机筒) 元件及各功能区的局部螺杆构型、工作原理和性能及适用场合有较全面而深入的了解 3.就整个混合工艺而言,对加料方式、加料顺序有无特殊要求也必须弄清楚。,20,6.1 整体螺杆设计前的考虑点,4.挤出过程主要是实现分布性混合,则应使物料在螺杆中流动时能不断重新取向,使其与剪切方向成45。 适当松弛提高前面降低的粘度5.挤出过程主要是实现分散性混合, 则螺杆构型的设计与分布混合就有所不同。分散混合的关键变量是应力,只有能提供大的剪应力,才能使结块和液滴破裂,这就要在螺杆(机筒) 中设置高剪切区,而且要使物料多次通过这些高剪切区。,
