单螺杆挤出机与双螺杆挤出机性能对比分析报告.doc

单螺杆挤出机与双螺杆挤出机性能状况分析报告一. 塑料挤出机概述1. 常规单螺杆挤出机现状和技术水平分析在常规单螺杆挤出机的性能方面，我国己能生产螺杆直径为12250mm多种规格、门类齐全的挤出机，长径比大多在2530范围。一些新型的混炼元件如分离型、屏障型、分流型、变流道型以及流束位置变换型等混炼元件得到了较为广泛的应用:螺杆最高转速:直径150200的大型挤出机加工烯烃类物料时为5075r/min，加工PVC等热敏性物料时为542r/min:直径30以下的小型机器加工烯烃类物料时为l60200r/min，加工PVC等热敏性物料时为18l20r/min:北京化工大学研制成功的l2mm手提式单螺杆排气挤出机为1200r/min。而国外单螺杆挤出机螺杆直径最小6mm，最大为700mm，最大长径比达60。日本池贝公司30单螺杆挤出机最高螺杆转速为300r/min，挤出机300kg/h，远远高于我国同规格机器实际产量l4kg/h的水平。由于常规单螺杆挤出机与其它挤出机相比，具有结构简单、坚固耐用、维修方便、价格低廉、操作容易等特点。 在我国相当长时间内仍有很大市场，因此如何使常规单螺杆挤出机优质、高效、多功能化，仍然是我国塑机研究工作者的艰巨任务。2异向旋转双螺杆挤出成型机的现状与技术水平分析2.1 异向旋转平行双螺杆挤出机异向旋转双螺杆挤出机有许多种类型，可分为平行和锥形两大类，前者两根螺杆的轴线互相平行，后者两根螺杆的轴线相交成一角度。目前流行的平行异向双螺杆挤出机多为在啮合区纵横向都封闭，即共轭型的。锥形双螺杆挤出机与啮合型平行异向双螺杆挤出机的工作机理基本相同。如果将其设计成啮合区螺槽纵横向皆封闭的，则其输送能力和建压能力都很强，因其加料端两螺杆轴线间有较大的空间，可以采用大的止推轴承和扭矩分配齿轮，从而能承受高扭矩和高推力负荷，很适合硬聚氯乙烯类制品的挤出成型。鉴此，目前国内PVC制品挤出成型加工中大多采用锥形双螺轩挤出机。但当螺杆直径大到一定程度时，锥形双螺杆挤出机需要大尺寸的止推轴承和扭矩分配齿轮，使得机器结构过于庞大，因此大型设备多采用平行异向双螺杆挤出机。目前串联式轴承的设计制造已不成为问题，因而锥形和平行双螺杆挤出机两者传动系统制造难易的差异正在缩小，较突出的问题是锥形双螺轩机螺杆及机筒的加工制造难度较大，且磨损较大，制造成本比平行机要高，因此目前螺杆直径在5580mm范围内的异向双螺杆挤出机多采用锥形双螺杆机。而直径80以上者多采用平行异向双螺杆机，直径30左右的平行异向双螺杆机，多用于实验室等场合。2.2 异向旋转锥形双螺杆挤出机锥形双螺杆挤出机自1967年问世以来己经三十多年了，其螺杆基本结构先后经历了三种形式:普通型、双锥型、高效双锥型。(1) 普通型: 普通型是锥形双螺杆的初级结构形式，其特点是: 螺杆大端与小端直径之比小于2，螺槽深度沿全长不变。如奥地利CincinnatiMilacron公司九十年代以前的CM系列螺针。(2) 双锥型： 双锥型是德国的kraussMaffei公司在普通型结构的基础上发展起来的，其特点是: 螺杆大端与小端直径比等于2，大端螺槽深，小端螺槽浅，螺槽深度沿螺杆全长渐变，直径与螺槽之比不变，构成了外径的外锥角和螺槽底径的内锥角。由于加料段螺槽深度较普通型深，故加料量大，螺杆表面积大，冷料停留时间延长，增加了外加热向物料的传热，有利于物料升温，如该公司得KMD一KK系列的螺杆。(3) 高效双锥型： 高效双锥型是CincinnatiMilacron公司八十年代末在双锥型设计原理的基础上发展起来的。其特点是: 螺杆大端与小端直径之比大于2，螺槽深度沿螺杆全长渐变，螺杆长度比双锥型适当加长。这样使物料在加料段置于外加热作用下的时间延长，能充分地吸收热量，加快升温，促进塑化。加料段螺槽容积和表面积的增加不仅意味着高的挤出产量，而且也意味着高的应用灵活性，如CM公司九十年代推出的CMT系列。高效双锥型的问世被称为锥形双螺杆挤出机发展上引人注目的技术进步，其挤出产量较同规格普通型高出一倍或一倍以上。无论是哪一种形式的螺杆，在国内外螺杆设计皆处于经验设计阶段。由于锥形双螺杆的锥度很小，在很短的螺杆长度上可以近似地认为异向平行双螺杆，故可利用平行双螺杆挤出机的计算公式近似计算。对于螺轩各段参数设计，也仅给出经验设计取值范围，对于防止螺杆咬合，也只给出了定性的方案：增大两螺杆间的侧隙。纵观国内生产锥形双螺杆挤出机不难发现这样一个事实，绝大多数制造厂家的产品主要靠测绘国外样机。 就国内锥形双螺杆挤出机整体水平而言，技术水平仍然比较低，挤出量低，塑化不充分、能耗大、故障率较高。一些企业已经开始对原有相对较为落后的机型进行技术改造，将普通型锥形式双螺杆更新为高效双锥型。在锥形双螺杆挤出机的应用领域研究方面也有所突破，北京化工大学己成功地将它用于炸药、电炭、电极材料的挤出成型。3. 特种挤出机现状和技术水平分析在特种挤出机的研究领域，经我国广大科技工作者努力，在一些主要的机种如排气挤出机、串联式磨盘螺杆挤出机、往复式销钉螺杆挤出机、发泡挤出机、带熔体齿轮泵的挤出机、串联式多阶挤出机、行星螺杆挤出机等在国内均有厂家生产，具备了独立研发的能力，并享有自主知识产权，目前己进入系列化开发研制阶段。华南理工大学发明并研制成功的塑料电磁动态塑化挤出机以及系列产品，己投入批量生产。北京化工大学最新研制成功的三类特种挤出机：l2手提式高速排气挤出机，28熔体齿轮泵挤出机和CPJ75/l35串联式磨盘挤出机。综上可以看出，经过十几年的努力，我国在特种挤出成型技术与装备的研究水平和开发能力方面与国际先进水平的差距并不是很大，一些新型混炼装备的主要机种国内基本都能生产，在某些领域还有所突破。但是如何将样机转化为定型产品，进而实现系列化生产，尚需一段时间。二. 异向双螺轩挤出机与单螺杆挤出机性能特点异向双螺轩挤出机与单螺杆挤出机的主要差别有两点:首先，是它们的输送机理不同。单螺杆挤出机中的物料传送是拖曳型流动，固体输送过程为摩擦拖曳，熔体输送过科为粘性拖曳，固体物料与金属表面之间摩擦系数的大小以及熔体物料的粘度在很大程度上决定了单螺杆挤出机输送能力的强弱。啮合型异向双螺杆挤出机中物料的传送是正位移输送，随着螺杆的回转，物料被相互啮合的螺纹强制性地向前推进，其正位移输送的程度取决于一根螺杆的螺槽与另一根螺杆的螺槽的接近程度。用紧密啮合的异向旋转双螺杆挤出机可获得最大的正位移输送。其次，二者的速度场不同。单螺杆挤出机中速度分布相对来说比较明确并且易于描述，双螺杆挤出机中的情况则相当复杂且描述困难，这主要是由于双螺杆挤出机中啮合区的存在造成的。许多研究者通过忽略双螺杆挤出机中啮合区的漏流对其流场做了分析，然而发生在啮合区的漏流与双螺杆挤出机的混合特性和总体行为有很大关系，因此在不计啮合区漏流的情况下所做的流场分析虽然具有一定的参考价值，但其实用价值不大。由于发生在啮合区的复杂流动使得双螺杆挤出机具有混合充分、热传递均匀、熔融能力强、排气性能良好等诸多优点，所以仍有许多科研工作者为了更准确地分析啮合区的流动正在做着不懈的努力。与单螺杆挤出机相比异向双螺杆挤出机具有很多优点: 加料容易。由于双螺杆挤出机是靠正位移原理输送物料，因此可以加入粘度很高或很低的物料以及带状料、糊状料、粉料等。 物料在双螺杆挤出机中停留时间短，滞留时间分布窄，因此双螺杆挤出机适于加工热敏性物料。 优异的排气性能。这是啮合型双螺轩的自洁功能使得物料在排气段获得完全的表面更新所致。 优异的混合、塑化效果。 低的功耗。双螺杆挤出机的功耗比单螺杆挤出机低百分之三十左右。这使得双螺轩挤出机在节能、降耗方面具有明显的优势。双螺杆挤出机中两根螺杆的旋转方向和啮合程度的不同，导致了同向旋转双螺杆挤出机和异向旋转双螺杆挤出机不同的泵送、混合和流动机理，同时也决定了这两类挤出机不同的用途。在啮合型同向旋转双螺杆挤出机中，物料在螺槽中的流动为“”字形螺旋流动。并且同向双螺杆挤出机转速较高，使得物料所受剪切作用较大。这些特点使得同向双螺杆挤出机具有优异的分散混合及分布混合能力、较窄的停留时间分布、优良的自清理效果等优点，因而被广泛应用于聚合物配混(共混、填充、增强)、排气(脱挥)及反应挤出(聚合物聚合及反应型改性)等领域。但与异向双螺杆挤出机相比同向双螺杆挤出机的输送效率较低，建压能力比较差，因此一般不能用来直接挤出成型。若想获得高的挤出压力，则需在下游接聚合物熔体齿轮泵或接第二阶单螺杆挤出机，这会使机器设备成本提高。在啮合型平行异向旋转双螺杆挤出机中，物料被封闭在绕每根螺杆的C型小室中，做类似于齿轮泵中的正位移输送。异向双螺杆挤出机转速较低，物料剪切发热量小，因此它对物料的热稳定性要求不高，可以在物料成型温度范围的下限进行操作，因此物料不容易分解，特别适用于热敏性物料(PVC)的成塑加工。与同向双螺轩挤出机相比，异向双螺杆挤出机输送效率高、排气效果及熔融效果好，对物料的分散混合效果较差，但建压能力强，因而可用来直接挤出制品。另外异向双螺杆挤出机特别适于加工PVC粉料，可直接加入粉料而省去造粒工序，使制品成本下降百分之二十左右。异向旋转双螺轩挤出机主要用于挤出PVC管材，型材，板材和造粒。近几年来，异向旋转双螺杆挤出机在国内外得到了突飞猛进的发展。现在国外异向双螺杆挤出机的研究重点为扩大其应用范围，提高其技术性能指标，提高整个机组的配套性和应用先进的测控系统。与发达国家相比，我国在双螺杆挤出机的设计制造及应用方面存在很大的差距。国内双螺杆挤出机开发及研究工作起步较晚，因此产品档次较低，系列化程度低，多数产品的技术水平、螺杆、机筒的精度、整机性能和质量与目前发达国家的发展水平有一定差距。目前，我国生产的异向旋转双螺轩挤出机多为锥形双螺杆挤出机，平行异向双螺杆挤出机很少，并且多为中、小型机，国内所需的大型异向双螺杆挤出机几乎全部依赖进口。在双螺杆挤出机的设计、计算以及制造技术方面仍有不少难点需要克服，这些都制约了我国双螺杆挤出技术与装备的发展。随着国民经济的发展，大型塑料管材、型材、板材在石化、建筑、农业、国防等领域的应用日渐广泛。大型平行异向双螺杆挤出机的开发研制必将受到越来越多的重视。三. 聚乳酸（PLA）和PETG性能及生产1. 聚乳酸（PLA）聚乳酸(PLA)是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。PLA这种线型热塑性生物可降解脂肪族聚酯是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料，经过酶分解得到葡萄糖，再经过乳酸菌发酵后变成乳酸，然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，30天内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻底分解成CO2和H2O，随后在太阳光合作用下，又成为淀粉的起始原料，不会对环境产生污染，因而是一种完全自然循环型的可生物降解材料。聚乳酸(PLA)是一种真正的生物塑料，其无毒、无刺激性，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，强度高，不污染环境，可塑性好，易于加工成型。由于聚乳酸优良的生物相容性，其降解产物能参与人体代谢，已被美国食品医药局(FDA)批准，可用作医用手术缝合线、注射用胶囊、微球及埋植剂等。 由于乳酸具有旋光性，因此对应的聚乳酸有三种：PDLA、PLLA、PDLLA(消旋)。常用易得的是PDLLA和PLLA，分别由乳酸或丙交酯的消旋体、左旋体制得。 同时聚乳酸存在的缺点是：(1)聚乳酸中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其它物质的生物相容性；(2)聚合所得产物的相对分子量分布过宽，聚乳酸本身为线型聚合物，这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求，脆性高，热变形温度低(0146MPa负荷下为54)，抗冲击性差；(3)降解周期难以控制；(4)价格太贵，乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高。2. 共聚改性涤纶聚酯PETG共聚聚酯PETG是一种以多元酸多元醇进行共聚改性得到的聚酯，是一种非晶型共聚酯，其制品高度透明，抗冲击性能优异，特别适宜成型厚壁透明制品，其加工性能佳，能够按照设计者的意图进行任意形状的设计加工，可以采用传统的挤出，注塑及吸塑等成型方法，可以广泛应用于板材、片材、高性能收缩膜、热封膜、瓶用及异型材等市场。同时，其二次加工性能优良，可以进行常规的机加工修饰，该种共聚酯无毒符合食品包装标准，可以应用于食品，医疗卫生等领域。根据不同应用领域的特殊要求，采用不同的改性配方，可以应用于多种塑料制品。(1) 特性 高透明、高韧性、自粘性、印刷性好（其制品无须电烫处理）、高抗冲击、耐候性好、抗化学耐 腐蚀、气阻隔性好、无毒、加工成形好等特点。(2) 用途 PETG可用于制造高透明的片材、板材、高收缩膜（100度/分钟，收缩最高可达75%以上）、热封膜、吸塑成型或注塑各类包装、电动器具防护罩、食品包装、标牌、管材、瓶等各种领域。(3) 材料的加工参数 干燥 PETG容易吸收大气中的湿度，因此，在加工过程受高温引起水解，致使大分子链断裂降解，产品质量下降。如干燥不好，引起产品发脆，成型困难，雾度大等现象。产品为避免此类现象的产生，切片在加工前的干燥显得非常重要。干燥在较低温度下进行（65度80度），干燥时间较长（8h12h），为了避免干燥过程中发生物料粘结一般要用转鼓或耙式干燥机在抽真空条件下进行，如果做板材等产量高的产品必须用双真空排气螺杆达到较好干燥效果并能满足较高的产量需求。 挤出机（建议）L/D：3035； 压缩比： 3.213.51进料段：需有冷却挤压温度：（供参考）1区：1301502区：1802453区：2462604区：2602655区：265255过滤器：250260计量泵：255265熔体管：265模头：240260以上参数仅供参考，根据具体设备情况作调整。(4) 不同生产设备的工艺优点传统的生产工艺是带预干燥的挤出。干燥机置于单螺杆挤出机之前，并将PETG干燥至水份含量小于100ppm。寻求的最佳水平是50ppm。PETG的问题是水份不仅残留在表面，而且渗透到材料当中（芯部水份）。这令在175的温度之下的干燥过程成为必要。这种工艺选择有着多样的优点： 它们包括了在加工所有固定粘度值从0.6至1.05的商用原料的高灵活性。然而，在预干燥的材料进行更换时有着限制。在这种情况里，需要有两台独立的干燥器，因为如果一种材料要花4小时来干燥，那么原料更换将要引起4小时的停机。 因为原料和碎料中所含水份不会对最终产品起作用，所以产生了质量稳定优良的薄膜。 固有粘度的降低可以较低（固有粘度损失约为0.02-0.03）。 因为预加热材料的原因，挤出机的能耗略为较低。 对于PETG加工来说，双螺杆挤出机概念意味着两个或三个排气点可以被综合到塑化装置中。因为其表面率比单螺杆挤出机较大，这种概念能产生出的效果与有PETG预干燥的工艺所能获得的效果接近或相同。 无预干燥的挤出与传统有预干燥的工艺相比，有着以下的优点： 不用预干燥减小了系统的占地； 原材料的更换可更