双螺杆挤出机工作原理参考幻灯片

1、Polymer Processing Engineering,Beijing University of Chemical Technology,1,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,2,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,3,第五节,双螺杆挤出机

2、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,CaCO,3,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,4,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、异

3、型材等,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,5,1,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,6,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,7,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,8,2,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、双螺杆挤出机的结构

4、与分类,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,9,平,行,双,螺,杆,挤,出,机,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,10,锥,形,双,螺,杆,挤,出,机,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,11,2,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,A,2,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,12,全啮合,非啮合,部分啮合,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,13,一、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,14,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,15,锥形,平行,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,16,3,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,17,捏,合,盘,双,螺,杆,挤,出,机,的,类,型,18,二、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,f,s,f,b,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

6、送能力不同,输送机理有差异,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,19,二、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,20,1,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,21,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

7、螺槽中，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,22,1,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,V,L,t,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,Q,2n,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,23,1,异向双螺杆对物料的输送机理,异向全啮合双螺杆啮合处

8、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,V,rA,2 n (R,b,R,s,V,rA,为,A,点处两螺杆侧间隙间的相对速度,R,b,为螺杆外半径,R,s,为,螺杆内半径,24,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,25,1,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

9、工作原理,26,两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,27,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,28,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，更好

10、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,29,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,30,2,同向双螺杆对物料的输送机理,V,A,V,B,A,B,同向双螺杆中物料形成,通道,第五节,

11、双螺杆挤出机的工作原理,31,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,32,2,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,V,r,2,n (R,b,R,s,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,V,1S,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,33,1,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

12、体输送和熔体输送,2,双螺杆挤出机中的功能元件,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,34,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,35,输送特点,I,优点,a,输送率高,双螺杆,Q,P,0,双螺杆,Q=Q,d,Q,L,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,Q,双,Q,d,Q,l,单,Q,d,Q,P,Q,

13、l,P,0,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,36,输送特点,I,优点,c,自洁性好,单螺杆,在螺槽后面易滞料,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,V,r,V,1b,V,2s,自洁性更强,异向,V,r,V,1b,V,2s,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,37,I,优点,d,物料停留时间短而均匀,单螺杆：有,Q,d,Q,P,Q,L,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,Q,P,0,Q,L,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

14、工作原理,38,双螺杆挤出机,单螺杆挤出机,t,W,物料在单、双螺杆中的停留时间,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,39,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,40,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,41,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

15、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=8,50rpm,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,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,42,2,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,43,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,44,不同螺纹头数的螺纹元件,a,单头,b,e,多头,1,1,头,2,2,头,3,3,头,第五节,双螺杆挤

16、出机的工作原理,45,菱,形,捏,合,盘,装,配,图,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,46,菱,形,捏,合,盘,装,配,图,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,47,齿形混合元件,可以进行分流，增加界面，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,48,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,49,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,50,三、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,18,22,3,h,3,大,第五节,双螺杆挤出机的工作原理,51,4,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,连续变化螺槽容积