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      瀏覽: 發布日期:2019-11-12 19:37:14

      一  螺桿局部構型設計

       
      根據捏合同向雙螺桿擠出過程一般由固體輸送、熔融、熔體輸送、混合、排氣等區段組成,以及同向雙螺桿是組合式,即整根螺桿是由完成不同功能的螺桿區段組合而成的特點,因而整根螺桿的組合應包括兩方面:一是完成不同局部功能的各種螺桿區段(即局部構型)設計,二是針對整個擠出過程完成的任務,整根螺桿的組合設計。這里先討論螺桿的局部構型設計。
       
      1、加料段:此處所指的加料段,是指第一(或主)加料口下方對著的螺桿區段。對這一段的主要要求是能順利地、多適應性地加入物料,包括能適應各種形狀的粒料、低松密度的粉料、含有纖維狀添加組分的物料的加入。據此,大螺距、正向螺紋輸送元件用在此處可獲得最大的加料能力。有資料推薦這一段也可采用加大螺槽深度的螺紋元件,可使其容積輸送能力超過一般標準螺紋元件,因而也可獲得較大的加料能力。對于ZE-A系列,在給定的中心距下,果敢外徑D于螺桿的根徑d的比值由ZE系列的D/d=1.24加大到1.43,其后來的ZE-R系列其D/d=1.74,這比ZE型的體積增加了2.3倍。
       
      2、用于壓縮物料的螺桿局部結構:像單螺桿擠出過程一樣,在固體輸送段要將松散的粉狀物料壓實或提高粒狀料在螺槽中的充滿程度。以利于促進物料的熔融、塑化,就要設置能實現這一要求的螺桿局部結構。分段改變螺距,使螺距由大到小,這是當前流行的組合式雙螺桿通常采用的方法。應當指出,加工低松密度的粉狀物料,在組合不同導程螺紋元件時一般不會出現什么問題;但若加入的是顆粒料,則相接螺紋元件導程的變化有時會導致擠出機過載,為此在設計相鄰導程變化的程度時要考慮到這點階躍式導程變化對充滿度的影響。
       
      3、用于熔融塑化的螺桿局部構型:熔融塑化給定聚合物的最佳螺桿構型取決于物料的比熱容、熔點、熔體粘度以及聚合物在固體狀態時粒子的大小。用于熔融、塑化的局部螺桿構型設計的目標是在設定的溫度下將固體物料均勻、快速熔融。使物料熔融的熱源有兩個,一個是由機筒加熱器提供的外熱,另一個是由螺桿導入的機械能轉變的摩擦熱、蘇醒形變熱和剪切熱,而后者是主要的。為導入剪切熱,在熔融塑化段應設置捏合塊、反向螺紋元件、反向密煉機轉子式(或大導程)螺紋元件,并將這些元件在預定的螺桿軸向位置與其上游的正向螺紋元件有效的組合起來。
       
      二  用于排氣的螺桿局部構型
       
      嚙合同向雙螺桿擠出機都設有排氣段,把物料中的濕氣、夾帶的空氣和揮發的組分除去。在排氣口的上游,應將熔體密封,使之建立高壓。而在排氣區,即與排氣口對應的區,應使物料在螺槽中的充滿度較低,并與大氣或真空泵相通。使熔體密封并建立高壓的方法可采用反向螺紋元件、反向捏合塊或調壓閥。在排氣區則應該采用大導程螺紋元件,以形成低充滿度和薄的熔體層。使物料有可暴露的大的自由表面,長的停留時間,以利于排氣。
       
      有資料建議在排氣區若采用多個小螺距螺紋元件,會有利于可暴露的自由表面的不斷更新,加長停留時間,有利于排氣。另外,像單螺桿排氣擠出機的排氣螺桿設計那樣,應保證排氣口上游螺桿段的輸送能力小于或等于排氣口下游螺桿段的輸送能力,以建立流量的平衡,使排氣口下游熔體充滿的回溯長度不進入排氣區,防止排氣口溢料。
       
      三  用于熔體輸送的螺桿構型
       
      在同向雙螺桿擠出機的螺桿組合中,有時要采用捏合塊、反向螺紋元件。物料通過這些元件,需要在其上游建立壓力(圖);物料通過機頭也需要建立壓力。而只有在完全充滿物料的螺桿段才能建立壓力。因而嚙合同向雙螺桿擠出機的壓力建立能力來自螺槽連續充滿的能力。
       
      100%的充滿度能使軸向有通道的螺桿構型在短距離內建立起壓力。而熔體對螺桿的充滿長度(前稱之為回溯長度)取決于物料的年度、螺桿導程、螺桿轉速、加料量和口模阻力。前已述及,建壓伴隨著溫升,這是由于聚合物低的傳熱系數和螺桿冷卻表面與熔體擠出量之比較低所致。為使建壓帶了的溫升最低,必須優化建壓螺桿構型,以減少背壓區(或回溯區)的長度,使輸入物料的能量最小。
       
      背壓區變短,意味著在預定的壓力下,對流率為某一值的熔體擠出段,壓力梯度必須達到最大值。應當指出,若螺桿構型或操作條件選擇不當,有可能導致擠出不穩定,如波動;排氣口下游熔體輸送區的熔體充滿段的回溯長度下延伸到排氣段時會導致排氣口冒料。
          
       
      四  與多個加料口相適應的螺桿構型
       
      在某些情況下,某些組分要在沿螺桿軸線方向的不同位置加入。這樣,除主加料口外,擠出機上還會有其它后續加料口。這時,螺桿構型就應當與所有不同加料口相適應。顯然,在后續加料口上游應設置密封螺紋元件,而在對著加料口的螺桿上設置大螺距、物料不能充滿的螺紋元件,以容納加進的組分和使之容易加入。
       
      對于熱和剪切過敏感的添加劑,應在基體聚合物已在高剪切區徹底熔融后再加入,即在該處設置添加劑加料口,該加料口下游的螺桿構型要設計的能夠提供低剪切的混合。當加入增強填料時,例如加入玻纖,就應在聚合物已熔融后加入,以保護玻纖不致被過分剪斷,影響增強效果和過度磨損螺桿。玻纖加入口下游螺桿構型非常重要,它決定了最終纖維長度及其分布。
       
      當加入低熔點的添加劑時,應在聚合物完全融熔后加入。如果加入的添加劑是液體,則應當用高壓泵打入,此時機筒上加入口最好是單向閥結構,以保證添加劑不返回,螺桿該區段可以充滿或不充滿物料,但其壓力應小于高壓泵的壓力。當加入高濃度液體時,應采用幾個下游加料口,逐漸分布加入,使之慢慢與聚合物熔體混合,將之稀釋,而對應每個加料口下游的螺桿元件的混合強度應逐漸增強,以均化粘度逐漸減小的聚合物熔體和液體添加劑形成的混合物。
       
      五  混合段的螺桿構型
       
      嚙合同向雙螺桿擠出機主要是用來對物料進行改性,混合是最關鍵的一步。物料的混合除了與螺桿的構型有關外,還與物料的性能、狀態及操作條件有關。過去一般認為混合主要是在聚合物變成熔體后才真正的進行。但近來的研究發現,在雙螺桿的熔融段,聚合物共混物分散相尺寸發生急劇下降,從初始的毫米級的宏觀粒子很快減小到熔融結束后的幾十微米。
       
      與熔融區對共混形態結構的影響相比,熔體輸送區對混合的影響要小得多。換而言之,分散相顆粒尺寸在軟化(對無定型聚合物)階段或熔融階段(對半結晶聚合物)變化很大,而當聚合物完全熔融后期分散相顆粒尺寸變化不大。這就提醒我們,嚙合同向雙螺桿擠出過程的熔融階段也就是混合開始的階段,這與以往的概念是不同的。為此,就應當把熔融段和混合段的螺桿構型統一起來考慮。
          

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