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1、雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 雙螺桿擠出機(jī)誕生的背景: 雙螺桿擠出機(jī)是在單螺桿擠出機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 用單螺桿擠出機(jī)加工 材 料 : 摻混料(纖維與樹(shù)脂) 填充、增強(qiáng)材料( CaCO3、 紅泥、礦渣等) 出現(xiàn)問(wèn)題 : 吃料難、熔融難、塑化差 70年代以來(lái),雙螺桿擠出機(jī)發(fā)展十分迅速 歐 洲 : 100%管、板、異型材制品用雙螺桿擠出機(jī)加工 2、分類(lèi) ( 1)按照螺桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi) 平行雙螺桿擠出機(jī) 錐形雙螺桿擠出機(jī) 一、雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類(lèi) 雙螺桿擠出
2、機(jī)的工作原理 平 行 雙 螺 桿 擠 出 機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 錐 形 雙 螺 桿 擠 出 機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 全嚙合 非嚙合 部分嚙合 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 一、雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)與分類(lèi) 2、分類(lèi) ( 3)按照螺紋的旋向與轉(zhuǎn)向分類(lèi) 異向雙螺桿:異向螺紋、異向轉(zhuǎn)動(dòng) (異向向內(nèi)、異向向外) 同向雙螺桿: 同向螺紋、同向轉(zhuǎn)動(dòng) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 同向 異向 雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向: 平行雙螺桿(異向
3、、同向) 錐形雙螺桿(異向) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 錐形 平行 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 3、雙螺桿間的開(kāi)放和封閉 物料的流動(dòng)空間不同 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 捏 合 盤(pán) 雙 螺 桿 擠 出 機(jī) 的 類(lèi) 型 愛(ài)德蒙哥分類(lèi): 分類(lèi)術(shù)語(yǔ)概念 縱向開(kāi)口:自加料口到口模有一通道,物料從一根螺桿 流往另一根螺桿。 橫向開(kāi)口:垂直螺棱方向物料能越過(guò)螺棱,在一根螺桿 的各個(gè)螺槽之間進(jìn)行物料交換。 非嚙合雙螺桿:縱橫向都開(kāi)口 全嚙合反向旋轉(zhuǎn):縱橫向都封閉,不考慮間隙,形成封 閉室 全嚙合同向旋轉(zhuǎn):縱向開(kāi)口,橫向封閉 部分嚙合:兩種,縱開(kāi)橫閉;縱橫開(kāi)口 二
4、、雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 1、 加料段 單螺桿輸送機(jī)理:由摩擦和粘性拖曳輸送 固體(加料段):摩擦輸送( fs、 fb ) 熔體(計(jì)量段):摩擦和粘性拖曳輸送 雙螺桿輸送機(jī)理:強(qiáng)制輸送 (正位移輸送) 不同類(lèi)型雙螺桿:正位移輸送能力不同 輸送機(jī)理有差異 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 二、雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 非嚙合型雙螺桿的工作原理 不能形成封閉或半封閉的型腔,無(wú)正位移輸送條件, 其輸送機(jī)理與單螺桿相似。 嚙合型雙螺桿的工作原理 能形成封閉或半
5、封閉的型腔,有正位移輸送條件, 其正位移輸送程度與封閉程度有關(guān)。 只討論全嚙合式雙螺桿擠出機(jī)輸送機(jī)理。 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 1、加料段(全嚙合型) ( 1)異向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 共軛縱橫向全封閉的矩形螺槽,異向旋轉(zhuǎn) 特點(diǎn)(形成 C形室沿螺桿軸向移動(dòng)) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 分開(kāi)看: 兩根旋向不同的雙螺桿 合著看: 嚙合區(qū) 一根螺桿螺棱插入另一根螺槽中,把兩個(gè) 連續(xù)的螺旋通道分割成一段段的封閉“ C” 形室,室數(shù)與螺紋圈數(shù)相同。 動(dòng) 作: 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng), “ C”形室前移(軸向移動(dòng))
6、 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈, “ C”形室前移一個(gè)導(dǎo)程的 距離。 ( 1)異向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 異向向內(nèi): 在加料口物料被拉入螺槽,螺槽空間暴露少,易 充滿螺槽,且物料受到強(qiáng)烈的擠壓,從而對(duì)螺桿 產(chǎn)生反壓力,即螺桿分離力。 ( 1)異向雙螺桿對(duì)物料的輸送 機(jī)理 異向向外: 在加料口不斷騰出空間,使物料不斷進(jìn)入螺槽, 即進(jìn)入“ C” 形室,然后隨著“ C” 形室向前輸送。 旋向的影響 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 ( 1)異向雙螺桿對(duì)物料的輸送 機(jī)理 兩螺桿間存在間隙,兩螺桿產(chǎn)生分離力更大。 雙螺桿擠
7、出機(jī)的工作原理 兩螺桿主要設(shè)計(jì)成螺紋式: 有正向螺紋、反向螺紋和特種螺紋之安排 兩螺桿之間的間隙: 間隙越小,剪切速率越大,分散混合效果好 ,但 兩螺桿的分離力大。 間隙越大,剪切速率越小,但通過(guò)量越大,分 布混合效果好。 異向雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)及操作特點(diǎn) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 ( 1)異向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 壓縮段 定量加料: 控制物料的塑化情況,熔融與單螺桿相似 加設(shè)排氣口: 相鄰的腔室間沒(méi)有壓差,氣體向料斗方向排氣比較困難, 必須設(shè)置排氣口。 異向雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)及操作特點(diǎn) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 加強(qiáng)壓縮: 因?yàn)楣腆w輸送段螺槽
8、未充滿,所以要加強(qiáng)壓縮,有利于傳 熱,加速熔融,更好排氣。 壓縮方式: 改變螺紋導(dǎo)程、螺棱寬度、螺桿外徑、螺桿根徑、設(shè)置反 向螺紋等。 異向雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)及操作特點(diǎn) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 結(jié)構(gòu) ( 與異向轉(zhuǎn)動(dòng)雙螺桿相比) : 相同點(diǎn): 在嚙合區(qū),螺棱插入螺槽形成“ C” 形室 不同點(diǎn): “ C” 形室不封閉,兩個(gè)螺桿間有一個(gè)連 續(xù)通道 ( “ C” 形室相連)。 通道形成: 在嚙合區(qū)(開(kāi)口處),物料沿一根螺 桿螺槽的“ C” 形室進(jìn)入另一根螺桿螺槽的“ C” 形室前進(jìn),再到嚙合區(qū)時(shí),又跨回前一根螺桿螺槽 的“ C” 形室。 ( 2)同
9、向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 ( 2)同向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 VA VB A B 同向雙螺桿中物料形成 通道。 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 雙螺桿熔體的流動(dòng) 注意: 嚙合型同向雙螺桿的縱向必須開(kāi)放,否則,螺桿會(huì)發(fā)生干 涉而不能?chē)Ш?。即螺槽寬度大于螺棱寬度,縱向有通道。 ( 2)同向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 ( 2)同向雙螺桿對(duì)物料的輸送機(jī)理 同向雙螺桿兩螺桿之間沒(méi)有壓迫效應(yīng) 同向雙螺桿兩螺桿嚙合處的相對(duì) 速度 V r 2 n (Rb Rs) 同向雙螺桿之間一般制作成緊密?chē)?合,以提高自潔能力。 特點(diǎn): 具有更
10、強(qiáng)的自潔性 V1S 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 (1) 輸送元件 具有一般螺紋結(jié)構(gòu),主要起輸送作用。 等深、等距、槽寬等于棱寬、縱橫向皆封 閉的輸送元件 正位移能力強(qiáng) 混合作用差 用于固體輸送和熔體輸送 2、雙螺桿擠出機(jī)中的功能元件 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 輸送特點(diǎn) I. 優(yōu)點(diǎn) c. 自潔性好 單螺桿 : 在螺槽后面易滯料( PVC、 PVDC易分解) 無(wú)自潔性 雙螺桿 : 在嚙合處有速度差,相互擦離,防止滯料 同向: Vr=V1b+V2s( 自潔性更強(qiáng))
11、 異向: Vr=V1b- V2s 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 I. 優(yōu)點(diǎn) d. 物料停留時(shí)間短而均勻 單螺桿 :有 Qd、 QP、 QL, 各處速度不同, 物料歷程差異大(同進(jìn)不同出), 停留時(shí)間分布寬,少部分停留時(shí)間長(zhǎng), 易分解,難控制。 雙螺桿 :穩(wěn)定輸送, QP0, QL也很少,物料歷程基本相 同,停留時(shí)間分布窄,停留時(shí)間短。 輸送特點(diǎn) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 雙螺桿擠出機(jī) 單螺桿擠出機(jī) t W% 物料在單、雙螺桿中的停留時(shí)間 雙螺桿擠
12、出機(jī)的工作原理 II.缺點(diǎn) a.擠出量波動(dòng) 螺紋末端:終嚙合點(diǎn)打開(kāi):出料 終嚙合點(diǎn)嚙合:不出料 異向比同向更突出,必須想辦法解決擠出量波動(dòng)的問(wèn)題 每轉(zhuǎn)一周,就有一瞬間,無(wú)物料擠出。 輸送特點(diǎn) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 II.缺點(diǎn) b. 排氣性能差 氣體被圍在螺槽內(nèi) 擠出機(jī)要設(shè)排氣段,并有抽真空系統(tǒng)排氣系統(tǒng)。 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 輸送特點(diǎn) II.缺點(diǎn) c.異向雙螺桿易產(chǎn)生壓延效應(yīng) 在嚙合處,物料被拉入間隙,物料受擠壓同時(shí)對(duì)螺 桿產(chǎn)生較大反作用力 分離力,使螺桿彎曲,對(duì)機(jī) 筒產(chǎn)生磨損,稱(chēng)為 “壓延效應(yīng)” 。 異向向
13、內(nèi)雙螺桿: 壓延效應(yīng)嚴(yán)重,使用甚少 異向向外雙螺桿: n=8 50rpm, 減輕機(jī)筒磨損 同向轉(zhuǎn)動(dòng)雙螺桿: 不產(chǎn)生壓延效應(yīng), n=300rpm 輸送特點(diǎn) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 (2) 混合混煉元件 開(kāi)設(shè)垂直于螺棱的溝槽,起到回混作用。 溝槽式混合元件 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 偏心圓形 混合比較難 以混合的物 料。 菱形 剪切不強(qiáng)烈, 適用于剪敏性 的物料 曲邊三角形 剪切強(qiáng)烈,適 用于能承受剪 切的物料 捏 合 盤(pán) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 菱 形 捏 合 盤(pán) 裝 配 圖 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 菱 形 捏 合 盤(pán) 裝
14、 配 圖 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 齒形混合元件 可以進(jìn)行分流,增加界面,有利于分布混合比較難以混 合的物料。 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 雙螺桿輸送能力強(qiáng),物料停留時(shí)間短 必須有強(qiáng)烈的塑化手段和混合方法,以保證物料的熔 融和均化。 3、雙螺桿對(duì)物料的混煉與塑化總結(jié) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 機(jī)筒加熱 間隙中產(chǎn)生強(qiáng)剪切(間隙比單螺桿多 四種間隙) 同向螺桿歷程長(zhǎng),物料分流、合并,進(jìn)入不同螺 桿 C形室。 混合效果好 用于共混、填充、造粒 加入各種混煉元件,提高塑化、混合作用。 3、雙螺桿對(duì)物料的混煉與塑化總結(jié) 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 三、雙螺桿的結(jié)
15、構(gòu)參數(shù) 1、 D 不能太小,從 25開(kāi)始 2、 L/D 達(dá)到同樣的成型效果時(shí),比較小, 18 22 3、 h3 大 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 4、壓縮比 實(shí)現(xiàn)方法 ( a)采用不同螺距的三段螺桿 ( b)采用連續(xù)的漸變螺距 ( c) 螺距不變,螺棱厚度改變 ( d)螺距不變,連續(xù)改變螺槽的深度 改變螺槽容積 ( e)錐形雙螺桿 螺桿內(nèi)外徑 連續(xù)變化 螺槽容積逐漸減小 雙螺桿擠出機(jī)的工作原理 單螺桿與雙螺桿的功能特性比較 功能項(xiàng)目 單螺桿 同向雙螺桿 異向雙 螺桿 低轉(zhuǎn)速 高轉(zhuǎn)速 物料傳送原理 及作用 物料與料筒及螺 桿間的摩擦作用 同樣是物料與機(jī)筒螺桿 間的摩擦作用,嚙合部 分有防打滑效果。 強(qiáng)制進(jìn) 料 輸送效果 小 中 大 混合能力 小 中 大 大 剪切作用 大 中 大 小 自潔效果 小 中 大 中 能量利用率 小 中 大 大 發(fā)熱 大 中 大 小 溫度分布 大 中 小 小 滯留時(shí)間 大 中 小 小 最高轉(zhuǎn)速 100300 2535 250300 3545 長(zhǎng)徑比 3032 718 3040 1021 The End