塑料螺杆擠出機的工作原理介紹

來源:未知 時間:2020-05-17 點擊數:

        【中塑在線訊】螺杆的擠出機是塑料成型加工最主要的設備之一,它通過外部動力傳遞和外部加熱元件的傳熱進行塑料的固體輸送、壓實、熔融、剪切混煉擠出成型。螺杆擠出機自誕生以來,經過近百年的發展,已由普通螺杆擠出機發展為新型螺杆擠出機。盡管新型螺杆擠出機種類繁多,但就擠出機理而言,基本是相同的。傳統螺杆擠出機擠出過程,是靠機筒外加熱、固體物料與機筒、螺杆摩擦力及熔體剪切力來實現的。“摩擦係數”和“摩擦力”,“粘度”和“剪應力”是影響傳統螺杆擠出機工作性能的主要因素,由於影響“摩擦”和“粘度”的因素十分複雜,因此,傳統螺杆擠出機擠出過程是一個非穩定狀態,難以控製,對某些熱穩定性差、粘度高的熱敏性塑料尤為突出。自60年代以來,世界上各國學者對螺杆擠出機理進行了大量研究,也取得了明顯的成就,但由於他們的研究大多局限於傳統塑料擠出成型機理、機械結構形式和換能方式,因而一直未能取得重大突破。傳統螺杆擠出機所存在的如體積龐大、能耗高、噪音大、產品質量提高難等一係列缺點沒有得到根本解決。

        1979年,瞿金平教授在多年教學、科學研究實踐中,經過長期觀察思索和理論研究後,在總結前人研究的基礎上,大膽提出將振動場引入擠出成型全過程的設想,並對傳統螺杆擠出機結構進行徹底變革。經過兩年的艱苦努力,1990年終於研製出第一台塑料電磁動態塑化擠出機原理樣機,原理樣機采用直接換能方式,將振動場引入塑料化擠出全過程,從原理到機械結構都完全不同於傳統螺杆擠出機,克服了傳統設備的許多缺陷,具有體積小、重量輕、製造成本低、能耗低、噪音小、塑化混煉效果好等優點。 1990年底,國家科委火炬高技術產業開發中心組織專家們經過考察和答辯後,將其列入1991年國家級火炬計劃預備項目,進行研製開發。1991年7月,係列研究之一的“塑料共擠出設備的機電磁一體化研究”獲“霍英東青年教育基金”的資助。在該基金的資助下,對塑料電磁動態塑化擠出機理共擠複合機理進行深入研究,在國內外首次提出了聚合物電磁動態塑化擠出工程原理,建立了比較完善的聚合物動態固體輸送、熔融、熔體輸送數學模型,闡明並定量地描述了聚合物動態塑化擠出過程的基本規律。依據新原理研製出國內外首創的“塑料電磁動態塑化擠出設備”。

        雙螺杆市場創新技術趨勢:雙螺杆加工技術已經成為塑料加工業應用極為普遍的一種加工手段,相應的競爭也極為激烈。如何在激烈的競爭中立於不敗之地?不同供應商紛紛推出各有特色的創新技術以贏得市場。高速、高產量 高速、高效、節能一直是近年來國際塑料機械不斷改進的主旋律。高速和高產量可使投資者以較低的投入獲得高額的回報。但是,螺杆轉速高速化帶來一係列極待解決的問題:如物料在螺杆內停留時間短,容易引起物料混煉塑化不均;過高剪切可能造成物料急驟升溫和熱分解;可能出現擠出穩定性問題;需要高性能輔機和精密控製係統與之配套;螺杆與機筒的磨損問題以及減速傳動箱設計問題等。因此,針對高速化可能帶來的問題提供解決方案,便是雙螺杆供應商技術創新的重要方向之一。德國貝爾斯托夫(Berstorff)公司推出的新型雙螺杆擠出機-ZEUTX係列,性能與眾不同之處在於擁有優異的螺杆直徑/生產率比。螺杆設計最高轉速達1200rpm,扭矩大,擠出產能在100~3500kg/h之間。可同時進行物料的混煉、反應、排氣等工序。機筒和螺杆采用了模塊式設計,能滿足各種特殊工藝要求,具備優異的加工工藝靈活性,還配有ZSEF型側邊喂料器,可實現高的固體顆粒輸送率,切粒機可匹配不同的產率和材料加工。

        為了適應高速、高產的需要,該擠出機擁有多處改進。裝備了筒式加熱器,可在極短時間內完成擠出機的升溫工作,最高加熱溫度可達450℃;冷卻流道設計真正實現了逆向流冷卻,優化了冷卻係統;配置了“弓形夾緊裝置”,更換機筒的時間可比傳統螺栓連接型更快;機筒采用了帶有專利的高頻淬火硬化工藝,賦予極佳的耐磨性能,從而省去了昂貴的耐磨襯套;另外,還配備有該公司的高級工藝控製係統。多功能化 在功能方麵,雙螺杆擠出機已不再局限於高分子材料的成型和混煉,其用途已拓展到食品、飼料、炸藥、建材、包裝、紙漿和陶瓷等領域。此外,將混煉造粒與擠出成型工序合二為一的“一步法直接擠出工藝”也非常具有吸引力。

        WPC(木塑複合材料)用於戶外應用,如作甲板鋪板和柵欄已經有相當長的時間,特別是在美國。辛辛那提公司專門開發了Fiberex係列,並不斷使它最佳化以用於WPC成型。第四代Fiberex,具有一個加長的、耐磨加工單元,能充分滿足顧客的不同要求,並達到高的產量。在去年的NPE展覽會上,辛辛那提公司演示了整條Fiberex中試生產線,生產線配有一台生產量為200 kg/h(440 lb/h)的Fiberex T58擠出成型機,用於成型加工75 %木粉填充量的PP配混物。生產線製造一種用於家具工業的異型材,壁厚2.5mm,擠出定型速度2m/min。 大型化和精密化 實現擠出成型設備的大型化可以降低生產成本,對於大型雙螺杆造粒機組、吹膜機組、管材組更是如此。在中國,大型化設備長期依賴於進口,現正在進行大型雙螺杆造粒機組國產化研究。精密化可以提高產品的含金量,如多層複合共擠薄膜。熔體齒輪泵作為實現精密擠出的重要手段應加大力度進行開發研究。國際知名供應商在大型擠出機開發方麵已有大量成熟的技術。 為了滿足不同客戶的需要,JSW提供從TEX30到TEX400不同規格的雙螺杆擠出機。其最大的雙螺杆擠出機TEX400機筒直徑443mm,總長 35m,總重量達320噸。 Yanbu國立石油公司不久前向W&P公司訂購了一台大型雙螺杆ZSK320擠出機,包括電機、造粒機以及水冷係統,總值超過2000萬歐元。根據不同聚合物品種與粘度,其產量達每小時25-50噸。

        奧地利維也納的辛辛那提擠出有限公司在2006年發運給美國一家客戶一台迄今為止世界上最大的異向旋轉平行雙螺杆擠出成型機。這台30t的巨型機器的產量可達到2000kg/h,是用於高速生產PVC板材的理想設備。 國內科研院所在熔體齒輪泵的研究開發方麵也做了大量的工作。北京化工大學已經開發了多個係列的熔體齒輪泵產品。 Krauss-Maffei公司36D係列雙螺杆擠出機專為PVC加工而設計 模塊化和專業化 模塊化生產可以適應不同用戶的特殊要求,縮短新產品的研發周期,爭取更大的市場份額;而專業化生產可以將擠出成型裝備的各個係統模塊部件安排定點生產甚至進行全球采購,這對保證整機質量、降低成本、加速資金周轉都非常有利。製造商通過增加填料量將明顯降低PVC管材原料費用。工程上的挑戰是要保證工藝的穩定和產品的優質。Krauss-Maffei公司36D平行雙螺杆擠出機專為理想的PVC加工而設計。他們實現了高產量和高製品機械性能的統一,此外,這些擠出機可以提供質量穩定的高品質管材。 在加工高填充配方方麵,利用Krauss-Maffei公司開發的36D雙螺杆擠出機來加工PVC排汙管材,填充量高達65份(約40%)的CaCO3也是可行的。直徑在50~500mm的高填充管材主要用於輸送汙水。為了使高填充配方加工更容易,擠出機配置了特殊材料加料、稱重和計量係統。借助於一個螺旋加料螺杆,將PVC幹混料和CaCO3從儲料倉輸送到稱重計量裝置的料鬥中。料鬥中安裝有混合器和攪拌器以防止架橋。此外,所有與材料接觸的計量裝置表麵都有一特殊塗層以防止物料流動受阻。從計量裝置出來,物料在攪拌器和一個特殊的雙螺杆加料器作用下就被輸送到位於擠出機加料口的供料裝置中。智能化和網絡化在設備本身的技術改造之外,先進的雙螺杆擠出機已普遍采用微機控製,對整個擠出過程的工藝參數如熔體壓力及溫度、各段機身溫度、主螺杆和喂料螺杆轉速、喂料量,各種原料的配比、電機的電流電壓等參數進行在線監測和控製,對保證工藝條件的穩定、提高產品的精度都極為有利。

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