浅谈造粒过程中的影响因素

1、挤出造粒简介 王王 海海 挤出机的分类 *按照螺杆的空间位置分为立式挤出机和 卧式 挤出机。 *按照挤出形式可分为螺杆式挤出机和柱塞式 挤出机。前者为连续式挤出，后者为间歇 式挤出，主要用于高粘度的物料成型，如 聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯等. 螺杆式挤出机 螺杆挤出机可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出 机。单螺杆挤出机是生产上最基本的挤出机。 多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快， 其应用日渐广泛。目前，在挤出造粒和成型的 加工中，尤其是专用树脂的加工双螺杆挤出机 已成为主要生产设备，单螺杆挤出机将被逐步 淘汰。但在高产能的聚合物的生产中，单螺杆 挤出机仍占主导地位。 单螺杆挤出机特点： *

2、结构简单，。 *适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出 加工。对聚合物的剪切降解小，但物料在 挤出机中停留时间长。 *操纵容易，工艺控制简单。 在生产使用过程中单螺杆挤出机大部分用 于树脂的生产造粒和成型加工。我公司目 前最大的单螺杆挤出机在塑料厂的高压聚 乙烯装置。设计生产能力26吨/小时，螺杆 直径500，模孔数1740，切刀数24把/盘。 螺杆的基本参数 螺杆的基本参数有直径、长径比、压缩比、 螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等。 1 螺杆直径 螺杆直径通常是指螺杆的外径，是基础及 规格大小的表征。 2 长径比 长径比是指螺杆的有效长度和螺杆的直径 之比。 长径比对螺杆的工作特性有重大

3、的影响。 一般挤出机长径比为，但近年 来发展的挤出机有达多的，甚至更大。 长径比大，能改善塑料的温度分布，能使 混合更均匀，还可减少挤出时的逆流和漏 流，提高挤出机的生产能力。 长径比过小，对塑料的混合和塑化都不利。 因此，对于低融质塑料、粉状塑料要求塑 化时间长，应选较大的。长径比 大的螺杆 适应性强，可用于多种塑料的挤出。但长 径比太大，热敏性塑料会因受热时间太长 而出现分解，同时增加螺杆的自重，使制 造和安装都困难，也会增大挤出机的功率 消耗 3 压缩比 螺杆的压缩比是指螺杆加料段第一个螺槽 的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比， 它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程 度。 压缩比越大，

4、塑料受到挤压的作用也就越 大，排除物料中空气的能力就大。 但压缩比太大，螺杆本身的机械强度下降。 一般PVC需要的压缩比在之间,PE在 34之间。压缩比的大小取决于挤出塑料的 种类和形态，如粉状塑料的相对密度小， 夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。 4 螺槽深度 螺槽深度影响塑料的塑化及挤出效率，较 小时，对塑料可产生较高的剪切速率，有 利于传热和塑化，但挤出生产率降低。因 此，热敏性塑料宜用。大的深槽螺杆宜用 熔体粘度低和热稳定性较高的塑料。在实 际生产中，根据工艺需要，螺槽深度往往 是变化的，根据螺杆各段的功能不同，螺 槽的深度不同，最通用的是渐变螺杆. 5 螺杆与料筒的间隙 螺杆与料筒

5、的间隙，其大小影响挤出机的 生产能力和物料的塑化。间隙大，热传导 差，剪切速率低，不利于物料的熔融和混 合，生产效率也不会高。但间隙小时，热 传导和剪切率都相应提高。但过于小，就 易引起物料降解。 螺杆的职能 螺杆的职能是输送和均化，其过程是： 进料输送熔体压缩均化挤出 进料段 压缩段 均化段 物料在进入各段所表现出的物理状态都不同， 即玻璃态、高弹态、粘流态。 进料段 物料进入筒体内以后，在螺杆的旋转作用下， 由于筒体和螺杆的摩擦作用向前运动，并 被压实形成固体塞，虽然由于强烈的摩擦 作用，在接近末端的时候与筒体接触的物 料已接近或达到了粘流温度，固体粒子表 面开始发粘，但熔融仍未开始。 压

6、缩段 物料在挤出机中熔融所需要的热量，一方面 是靠筒体传导的外部热量；另一方面，是 物料和筒壁及螺杆之间、物料和物料之间 的摩擦产生了大量的热量。在这一段，物 料温度不断的升高，此时，物料的物理状 态有玻璃态逐渐转变为高弹态，再有高弹 态变为粘流态。在这一阶段，物料是固态 和熔体共存的，被称作熔融区，但是熔融 区在压缩段的位置会随着条件的不同而改 变，没有完全固定的对应位置。 这里所说的条件主要是指物料的不同、外 部加热条件以及螺杆组合上的差异等等。 均化段 从熔融段进入均化段的物料是已经全部融 融的粘流体。在这里，物料的流动状态又 分解成四种流动状态：正流、横流、逆流 和漏流。 正流（也称为

7、托拽流动）是指物料沿螺纹 向机头方向的流动，是由在螺纹中的物料 与机械的摩擦作用产生，物料的挤出量就 是靠正流来产生的。 横流（也称环流）是融体在螺纹内不断的 改变方向，作环形流动。横流对物料的混 合、热交换和塑化都起了积极的作用，但 对挤出量来说作用是相反的。 逆流（也称倒流或压力流动）是由机头、 模口、滤网（分流板）等对熔体反压引起 的反向流动，同时也减少了挤出量。 漏流也是有机头、模口、过滤网（分流板） 等对熔体的反压引起的反向流动，但这种 流动不是在螺纹中，而是在螺杆和筒体的 间隙中 ，漏流对挤出量的作用也是相反的。 同时在间隙过小的情况下，漏流也容易引 起物料的降解。 双螺杆挤出机

8、双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机的基础上 发展起来的，因此它们有一定的共同性， 它们的不同在于以下两个方面： 1 单螺杆挤出机的物料输送是拖拽性的，在 固体输送段为摩擦拖拽，在熔体输送段为 粘性拖拽。因此，输送效率取决于物料的 摩擦性能和熔体的粘性；啮合双螺杆挤出 机物料的输送是正向位移输送，正向位移 的程度取决于螺杆的螺距和相对旋转方向。 2 单螺杆挤出机中，物料熔体的速度分布相 对比较简单，双螺杆挤出机中，物料熔体 的速度分布是相当复杂的。 与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机在挤 出造粒时具有以下特点： （1）加料容易 在单螺杆挤出机中，物料输送是靠摩擦作 用，因此，在输送粉料或在粉料中加入玻

9、纤等填充物的混合料时，其输送效率会很 低，而在双螺杆中，物料是靠正位移来完 成，不可能有压力回流，因此无论何种物 料，都能很容易的加入。 （2）物料在双螺杆挤出机中的停留时间短。 那些停留时间长就会固化或凝聚的塑料， 都可以在双螺杆挤出机上进行生产。 （3）具有优异的混合、塑化效果。由于双螺 杆的相互作用，物料在筒体内 经受纵、横 向的剪切，混合更均匀，运动状态复杂。 （4）优异的排气功能。由于双螺杆挤出机啮 合螺杆的有效混合，自洁功能使得物料在 排气段能获得更新的表面。 （5）容积效率高。单螺杆挤出机的挤出量对 口模压力比较敏感，而双螺杆挤出机的挤 出量对口模的压力不敏感，其挤出量的优 势在

10、制作大型制品是更大。 （6）具有较低的功率消耗。 双螺杆的类型 * 按照双螺杆轴线的几何角度来看，可分为 平行双螺杆挤出机和锥形双螺杆挤出机。 * 在平行双螺杆挤出机中还可以分为非啮合 式和全啮合式 。目前我们应用得多是全啮 合式。 * 按两根螺杆的相对旋转方向来看可分为同 向双螺杆挤出机和异向双螺杆挤出机。 将上述分类结合起来，双螺杆挤出机可分为 （1）啮合式同向平行双螺杆挤出机。 物料在同向啮合双螺杆挤出机中的状态是 一根螺杆要把物料 从螺纹 间隙中推出，另 一根螺杆再将物料 拉进去 ，结果物料从一 根螺杆转移到 另一根螺杆，成形前进。 由于啮合区间隙小，啮合处剪切速率高， 非常有利于物料

11、的混合和均化，即缩短了 物料的停留时间，又起到很好的自洁作用。 通常用于混炼物料和造粒。 （2）啮合异向双螺杆挤出机 在啮合异向双螺杆挤出机中，两根螺杆式 对称的，由于回转方向不同，一根螺杆上 物料螺旋前进的道路被另一个螺杆的螺陵 堵住，不能形成型运动。在固体输送部分， 物料是以近似的密闭型小室的形态向前输 送。但为了物料混合，设计中通常将一根 螺杆的外径和另一根螺杆的根径 之间留有 一定的间隙，以便使物料能够通过。物料 在通过两螺杆之间的径向间隙时，受到强 烈的剪切、搅拌和压延作用，因此，物料 的塑化比较好，多用于加工制品。 由于径 向间隙小，也有一定的自洁性能，但自洁 性能比同向双螺杆要差

12、一些。 （3）非啮合式平行双螺杆挤出机 非啮合式双螺杆挤出机是两根螺杆的中心 距离大于螺杆半径之和的双螺杆挤出机， 实际应用中多是 反向。这种挤出机物料的 输送与单螺杆挤出机相似，主要区别是物 料从一根螺杆可以换到另一根螺杆，混合 效果优于单螺杆挤出机，但正向输送效率 稍低。所以一般用于掺混，排气和反应。 （4）锥形双螺杆挤出机 锥形双螺杆挤出机有两根锥形螺杆相互啮 合，异向旋转，一根螺杆的螺陵和另一根 螺杆的根部有合理的间隙。锥形双螺杆的 压缩比不但有螺槽由深到浅而生成，同时 也由螺杆直径从大到小而形成，因而几何 压缩比相当大，所以物料塑化的更充分、 更均匀，从而使得 产品质量更稳定。同时

13、它的螺杆特性曲线比较硬，比较容易调整 沿机筒轴向温度曲线的形状，易适应加工 温度范围较窄的物料需求，故比较适合pvc 的加工。 以上主要讲了挤出机螺杆的形式、特点和作 用。除了螺杆，挤出机还有进料罐（斗）、 水冷却、油系统、加热伴热、切粒机、输 送、储存等多个系统（辅机）。但这些系 统只是大小上略有区别，没有本质的区别。 下边简单介绍一下： 进料罐（斗） 进料一般都是常压下进料， 一般都要经过计量、掺混、喂料等过程进 入挤出机。计量主要是保证所加不同物料 和母料的比例均衡，以保证所挤出的产品 质量稳定。现在常用的主要是失重式电子 称、计量泵等。失重式电子称有单螺杆和 双螺杆两种，螺杆有弹簧式和

14、实心式。计 量泵主要有隔膜泵、柱塞泵和齿轮泵等。 掺混一般有强制掺混和自然掺混两种。喂 料一般是失重式进料，也有产品使用强制 喂料。喂料的目的控制进料量，让物料在 螺杆螺纹内不完全充满的情况在整个机筒 内始终存在，也就是说加料量始终不能大 于塑化物料充满整个螺纹内的量，也就是 饥饿加料法。 筒体冷却水 筒体冷却循环水系统功能 是加热、保温和冷却。运行方式主要有两 种：系统常压运行和保压运行。常压运行 只具有冷却撤热功能，而保压运行还俱备 加热和保温功能，系统温度调节范围很大。 筒体水在加热保温时，应注意温度升高的 节奏和保温的梯度，一般保温的温度比物 料的熔点要高一些，但要比加工温度要低 一些，既要让物料完全熔融，也要防止物 料老化变色，减少开车过渡料。冷却也要 注意各段温度的滞后性，温度调节要有一 定的提前量。 油系统和加热伴热都比较简单。挤出机一 般只有变速箱一个油系统，少数挤出机还 有热油 系统。热油加热的优势是温度控制 好。我们中心只有电加热一种方式。电加 热升温快，控制简单，但热量损失较大， 相对前几种加热方式来说能耗较高。 切粒机 切粒有冷切和热切两种。冷切分 挤片切粒和挤条切粒，我中心大部分切粒 就是冷切。热切 分风冷热切和水冷热切， 水冷热切还分水下热切和水上热切两种。 我中心有部分挤出机采用的就是水上热切， 也就是水环切粒。水环切粒