双螺杆挤出机工作原理

1、.,Polymer Processing Engineering,Beijing University of Chemical Technology,.,第三章 挤出成型（Extrusion）,聚合物加工工程,第一节 概述（录像） 第二节 单螺杆挤出机的基本结构 第三节 单螺杆挤出理论 第四节 排气挤出机的工作原理 第五节 双螺杆挤出机的工作原理 第六节 挤出成型工艺,.,第五节 双螺杆挤出机的结构及工作原理,一、双螺杆挤出机的结构与分类二、双螺杆的工作原理三、双螺杆挤出机中的功能元件四、双螺杆对物料的混炼与塑化五、螺杆的结构参数,第三章 挤出成型（Extrusion）,.,第五节 双螺杆挤出

2、机的工作原理,双螺杆挤出机诞生的背景： 双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的 用单螺杆挤出机加工 材 料：掺混料（纤维与树脂） 填充、增强材料（CaCO3、红泥、矿渣等） 出现问题：吃料难、熔融难、塑化差 70年代以来，双螺杆挤出机发展十分迅速 欧 洲：100%管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工,.,双螺杆挤出机的应用领域： 聚合物反应挤出：PU、PA、POM、PMMA反应成型 为型材、单丝等；TPV的制备等 共混、填充改性：PA/玻纤 、橡塑共混（PP/EPDM、 PP/POE等）、塑塑共混（合金） 废塑料再生利用：将形状、比重、品种不同的聚合物 回收、 利用 成型加工HPVC管材

3、、异型材等,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,1、结构（与单螺杆挤出机相比） 相同点： 包括挤压系统、传动系统、加热冷却系统 功能基本上与单螺杆挤出机相同,一、双螺杆挤出机的结构与分类,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,双螺杆挤压系统作用： 输送（固体、熔体）：连续、稳定、输送率高 熔融塑化（固体熔体）：完全、均匀 增压、排气、均化,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,不同点： 两根螺杆，水平放置 机筒内孔为双孔 有排气系统（螺杆有排气段，机筒有排气口） 加料装置，定量加料,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,2、分类 （1）按照螺杆结构特点分类 平行双螺杆挤出机 锥形双螺杆挤出机,一、双

4、螺杆挤出机的结构与分类,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,平行双螺杆挤出机,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,锥形双螺杆挤出机,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,2、分类 （2）按照螺杆相对位置（啮合方式）分类 全啮合（A= r +R） A-两根螺杆中心距离 非啮合（A2 R ） （体现不出双螺杆的优点） 部分啮合（ r +R A 2 R ）,一、双螺杆挤出机的结构与分类,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,全啮合,非啮合,部分啮合,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,一、双螺杆挤出机的结构与分类,2、分类 （3）按照螺纹的旋向与转向分类 异向双螺杆：异向螺纹、异向转动 （异向向内、异向

5、向外） 同向双螺杆： 同向螺纹、同向转动,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,同向,异向,双螺杆挤出机的转动方向： 平行双螺杆（异向、同向） 锥形双螺杆（异向）,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,锥形,平行,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,3、双螺杆间的开放和封闭,物料的流动空间不同,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,捏合盘,双螺杆挤出机的类型,.,二、双螺杆挤出机的工作原理,1、输送机理 单螺杆输送机理：由摩擦和粘性拖曳输送 固体（加料段）：摩擦输送（fs、fb ） 熔体（计量段）：摩擦和粘性拖曳输送 双螺杆输送机理：强制输送 (正位移输送） 不同类型双螺杆：正位移输送能力不同 输送

6、机理有差异,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,二、双螺杆挤出机的工作原理, 非啮合型双螺杆的工作原理 不能形成封闭或半封闭的型腔，无正位移输送条件， 其输送机理与单螺杆相似。, 啮合型双螺杆的工作原理 能形成封闭或半封闭的型腔，有正位移输送条件， 其正位移输送程度与封闭程度有关。,只讨论全啮合式双螺杆挤出机输送机理。,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,1、输送机理（全啮合型）,（1）异向双螺杆对物料的输送机理,共轭纵横向全封闭的矩形螺槽，异向旋转, 特点（形成C形室沿螺杆轴向移动）,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,分开看：两根旋向不同的双螺杆 合着看：啮合区 一根螺杆螺棱插入另一根螺槽

7、中，把两个 连续的螺旋通道分割成一段段的封闭“C” 形室，室数与螺纹圈数相同。 动 作：螺杆转动， “C”形室前移（轴向移动） 螺杆转动一圈， “C”形室前移一个导程的 距离。,（1）异向双螺杆对物料的输送机理,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,（1）异向双螺杆对物料的输送机理, C形室沿螺杆轴向移动的速度为：,VLt n，其中 t为螺杆导程，n为螺杆转速,异向全啮合双螺杆挤出机的理论挤出量：,Q2n V，其中V为单个C型小室的体积,实际上，由于存在螺杆与机筒内壁的间隙，漏流使产量不能达到理论产量。,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,（1）异向双螺杆对物料的输送机理, 异向全啮合双螺杆啮合

8、处的相对速度,具有良好的自洁性,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,VrA2 n (Rb-Rs) VrA为 A 点处两螺杆侧间隙间的相对速度 Rb为螺杆外半径 Rs为 螺杆内半径,.,异向向内： 在加料口物料被拉入螺槽，螺槽空间暴露少，易充满螺槽，且物料受到强烈的挤压，从而对螺杆产生反压力，即螺杆分离力。,（1）异向双螺杆对物料的输送 机理,异向向外： 在加料口不断腾出空间，使物料不断进入螺槽， 即进入“C”形室，然后随着“C”形室向前输送。, 旋向的影响,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,（1）异向双螺杆对物料的输送 机理, 两螺杆间存在间隙，两螺杆产生分离力更大。,第五节 双螺杆挤出机的工作

9、原理,.,两螺杆主要设计成螺纹式： 有正向螺纹、反向螺纹和特种螺纹之安排 两螺杆之间的间隙： 间隙越小，剪切速率越大，分散混合效果好,但两螺杆的分离力大。 间隙越大，剪切速率越小，但通过量越大，分布混合效果好。, 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,（1）异向双螺杆对物料的输送机理,.,定量加料： 控制物料的塑化情况，熔融与单螺杆相似 加设排气口： 相邻的腔室间没有压差，气体向料斗方向排气比较、困难，必须设置排气口。, 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,加强压缩： 因为固体输送段螺槽未充满，所以要加强压缩，有利于传热，加速熔融，

10、更好排气。 压缩方式： 改变螺纹导程、螺棱宽度、螺杆外径、螺杆根径、设置反向螺纹等。, 异向双螺杆挤出机的设计及操作特点,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,结构（与异向转动双螺杆相比）： 相同点：在啮合区，螺棱插入螺槽形成“C”形室 不同点：“C”形室不封闭，两个螺杆间有一个连 续通道 （ “C”形室相连）。 通道形成： 在啮合区（开口处），物料沿一根螺 杆螺槽的“C”形室进入另一根螺杆螺槽的“C” 形室前进，再到啮合区时，又跨回前一根螺杆螺槽 的“C”形室。,（2）同向双螺杆对物料的输送机理,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,（2）同向双螺杆对物料的输送机理,第五节 双螺杆挤出机的工作原

11、理,.,注意： 啮合型同向双螺杆的纵向必须开放，否则，螺杆会发生干涉而不能啮合。即螺槽宽度大于螺棱宽度，纵向有通道。,（2）同向双螺杆对物料的输送机理,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,（2）同向双螺杆对物料的输送机理,同向双螺杆两螺杆之间没有压迫效应,同向双螺杆两螺杆啮合处的相对速度,Vr2 n (RbRs),同向双螺杆之间一般制作成紧密啮合，以提高自洁能力。,特点：,具有更强的自洁性,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,(1) 输送元件 具有一般螺纹结构，主要起输送作用。,等深、等距、槽宽等于棱宽、纵横向皆封闭的输送元件 正位移能力强 混合作用差 用于固体输送和熔体输送,2、双螺杆挤出机

12、中的功能元件,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,螺槽和棱宽基本接近，可在较短的时间内建立起较高的压力。,等深、等距、窄棱纵横向皆开放的输送元件,纵横向开放较大的输送元件，混合作用好，漏流大，物料停留时间分布较宽。,纵向开放、横向封闭的输送元件，具有较强的输送能力，但混合作用差。,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,., 输送特点,I.优点 a.输送率高 双螺杆：QP=0 双螺杆：Q=Qd+QL 需要定量加料（饥饿加料，不能充满） b.螺杆特性线平缓，对机头适应性强Q随P变化小,（1） 输送元件,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,., 输送特点,I. 优点 c. 自洁性好 单螺杆：在螺槽后面易滞料（

13、PVC、PVDC易分解） 无自洁性 双螺杆：在啮合处有速度差，相互擦离，防止滞料 同向：Vr=V1b+V2s（自洁性更强） 异向：Vr=V1b- V2s,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,I. 优点 d. 物料停留时间短而均匀 单螺杆：有Qd、QP、QL，各处速度不同， 物料历程差异大（同进不同出）， 停留时间分布宽，少部分停留时间长， 易分解，难控制。 双螺杆：稳定输送，QP0， QL也很少，物料历程基本相 同，停留时间分布窄，停留时间短。, 输送特点,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,II.缺点 a.挤出量波动 螺纹末端：终啮合点打开：出料 终啮合点

14、啮合：不出料 异向比同向更突出，必须想办法解决挤出量波动的问题,每转一周，就有一瞬间，无物料挤出。, 输送特点,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,II.缺点 b. 排气性能差气体被围在螺槽内 挤出机要设排气段，并有抽真空系统排气系统。,第五节 双螺杆挤出机的工作原理, 输送特点,.,II.缺点 c.异向双螺杆易产生压延效应 在啮合处，物料被拉入间隙，物料受挤压同时对螺杆产生较大反作用力分离力，使螺杆弯曲，对机筒产生磨损，称为“压延效应”。 异向向内双螺杆：压延效应严重，使用甚少 异向向外双螺杆：n=850rpm，减轻机筒磨损 同向转动双螺杆：不产生压延效应，n=300rpm, 输送特点,第五

15、节 双螺杆挤出机的工作原理,.,(2) 混合混炼元件,开设垂直于螺棱的沟槽，起到回混作用。,沟槽式混合元件,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,偏心圆形 混合比较难以混合的物料。,菱形 剪切不强烈，适用于剪敏性的物料,曲边三角形 剪切强烈，适用于能承受剪切的物料,捏 合 盘,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,不同螺纹头数的螺纹元件 （a）单头 （b）（e）多头 11头；22头；33头,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,菱 形 捏 合 盘 装 配 图,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,菱 形 捏 合 盘 装 配 图,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,齿形混合元件 可以进行分流，增加界面，

16、有利于分布混合比较难以混合的物料。,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,., 双螺杆输送能力强，物料停留时间短 必须有强烈的塑化手段和混合方法，以保证物料的熔融和均化。,3、双螺杆对物料的混炼与塑化总结,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,机筒加热 间隙中产生强剪切（间隙比单螺杆多四种间隙） 同向螺杆历程长，物料分流、合并，进入不同螺杆C形室。 混合效果好用于共混、填充、造粒 加入各种混炼元件，提高塑化、混合作用。,3、双螺杆对物料的混炼与塑化总结,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,三、双螺杆的结构参数,1、D不能太小，从25开始 2、L/D达到同样的成型效果时，比较小，1822 3、h3大,第五节 双螺杆挤出机的工作原理,.,4、压缩比实现方法 （a）采用不同螺距的三段螺杆 （b）采用连续的渐变螺距 （c）螺距不变，螺棱厚度改变 （d）螺距不变，连续改变螺槽的深度 改变螺槽容积 （e）锥形双螺杆螺杆内外径 连续变化螺槽