啮合同向双螺杆挤出机新型混炼元件性能及应用

时间：2025-05-11

第15卷　第6期

2001年6月

中　国　塑　料

CHINAPLASTICS

Vol.15,No.6Jun.,2001

啮合同向双螺杆挤出机新型混炼元件性能及应用

陈志强,王春芬,汪　颐

(南京橡塑机械厂,江苏南京210001)

摘　要:就全啮合同向双螺杆挤出机中的混合过程进行了分析讨论,分析了普通螺纹元件和捏合盘元件的混合特性和泵送特性,针对这些元件存在的问题讨论了新型混炼元件的特点(包括典型分散性混炼元件和典型分布性混炼元件),并作了深入的对比讨论。就上述元件在聚合物改性加工、共混和填充过程中典型的应用示例进行了分析讨论。关　键　词:同向双螺杆挤出机;混合过程;新型混炼元件

中图分类号:TQ320.5+2　　文献标识码:B　　文章编号:1001Ο9278(2001)06Ο0078Ο06

　　同向双螺杆挤出机得到广泛应用在很大程度上得益于设备的灵活性,可以灵活地调整设备的组合配置,适应各种加工工艺要求。同向双螺杆挤出机的灵活性来自于挤出系统的模块化设计。螺杆组件包括输送螺纹组件和混炼组件两大类。全啮合同向双螺杆挤出机具有非常好的自清洁功能,可以避免物料在挤出过程中停留时间过长导致热降解。这种自清洁功能是通过保证螺杆的特定横截面形状来实现的。标准的全啮合同向双螺杆挤出机在螺杆横截面上具有同一性,任何螺纹输送组件或者混炼组件的横截面形状是统一的。在挤出机的规格、螺杆中心距和螺纹头数确定的情况下螺杆的横截面形状就确定下来。沿螺杆轴线上这种横截面连续扭转而成的组件就是螺纹组件,而由一系列这种横截面非扭转而成的平直段通过错列一定角度而形成的组件为捏合盘组件,由于捏合盘组件在挤出过程中主要起混炼作用,通常将捏合盘组件称为混炼组件。早期的全啮合同向双螺杆挤出机的螺杆组合组件种类较少,主要包括不同螺旋导程的螺纹组件、不同错列角和捏合宽度的捏合盘组件。

全啮合同向双螺杆挤出机除了具有上述的模块化特点外,还具有优异的分散性混合和分布性混合性能。这种挤出机具有相对较短的停留时间和窄的时间分布特性,在某些高速高扭矩应用中停留时间可以缩短至5-10s。这些特点可以实现迅速的清洗和切换。这种

开发出了一些典型的新型混炼组件。

1　同向双螺杆挤出机挤出过程中的混合

同向双螺杆挤出机主要用于聚合物各种改性共混

加工。聚合物共混对混合的要求可以分为两类:分散性混合和分布性混合。分散性混合意味着团聚组分粒径的减小。分散性混合的典型例子是色素在聚合物基体中的分散,加工时必须将团聚色素粒径减小到一定的尺寸,满足最终制品表观质量的要求,如图1所示。而分布性混合不涉及团聚阻力。分布性混合典型例子是两种聚合物熔体PS和PPO的混合。分布性混合可以发生在固相之间也可以发生在液体之间

。

(a)分布性混合　(b)分散性混合

图1　分散性混合和分布性混合

挤出机的最大不足是可能产生高峰值剪切速率和相对不足的泵送能力。螺杆的速度越高,峰值剪切应力和速率就越大并可能导致严重的后果。硬质PVC是一种对剪切非常敏感的聚合物,它就难以用这种双螺杆挤出机共混。为了解决混炼过程中存在的问题,近年来世界上各个著名的全啮合同向双螺杆挤出机生产厂家均对螺杆挤出系统中的混炼组件进行了重点研究并

要确保良好的分布性混合效果,必须确保频繁的

流体分流和重新定向、高剪切应变和拉伸应变、均匀的形变历程,而最重要的因素是确保频繁的流体分流和重新定向。即使在总剪切应变很小的情况下,频繁的复位过程仍然可以产生很好的混合效果。如果很小的或者没有重新定向历程,必须施加足够大的总体剪切应变才能产生足够的混合。同时要得到良好的分布性

混合,必须确保所有的流体单元均匀地经历剪切和拉伸形变历程[2]。

在分散性混合过程中,粒子的形态取决于应变速率和应变速率的延续时间,如图2所示,而这两者是不能相互等效的,这与分布性混合不同。因此混合过程中的时间参数是非常重要的。例如,如果两个小液滴间的作用时间非常短,液滴间就不会团聚。这种时间量是由粘度、弹性和界面特性决定的。粒子最终的形态处于团聚力和分散力的平衡状态下,随着混合过程中操作条件的变化粒子形态也会发生变化,如图3

所示。

分散质量

(a)不同捏合盘宽度对混炼性能的影响

分别为:1—0.25　2—0.20　3—0.15

(b)不同捏合盘错列角对混炼性能的影响

4—0.10　5—0.05　6—0.01

图4　不同错列角和捏合盘盘片宽度对分散性

和分布性混合质量的影响表2　各种螺纹头数元件对输送、混合、

热传导性能的影响

螺杆组件头数

单头双头三头

螺槽容积大中等小