何亚东-双螺杆课件.课件

Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用双螺杆共混改性原理及应用

何亚东

北京化工大学

机电工程学院Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用主要内容

一．双螺杆的形成、分类及评价

二．双螺杆的工艺特点

三．螺杆组合设计

四．专题（比能耗，工艺参数，工程放大…）

五．补充材料Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用一.

双螺杆的形成、分类及评价Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用一.

双螺杆的形成、分类及评价

1.

为什么是同向双螺杆

2.

同向双螺杆发展

3.

自洁型螺纹曲线的形成

4.

双螺杆的性能评价

5.

螺杆元件的功能/类型

6.

螺杆元件工作原理Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用螺杆挤出机分类

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

挤出机的输送机理21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用高速度高剪切/混合能力自洁性适应性/模块组合集成化/熔融、混合、排气、反应…设计/加工制造……1.1

为什么是同向双螺杆Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

高剪切

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

多功能集成21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用同向双螺杆挤出机加工原理

聚合物颗粒

粉料/填料同向双螺杆•加料•熔融•混合•排气•泵送•……定型/冷却•空气•水•辊筒•输送器•……

液体添

加剂纤维成型•造粒•膜/片•管材/型材•纤维•涂料•……Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用同向双螺杆的主要用途

反应挤出制备新型聚合物

(REX)

接枝反应改性聚合物

聚合物排气脱挥

聚合物体系物理共混（合金）

各类颗粒填充塑料95%

的双螺杆用于造粒成型，但现在将双螺杆用于直接挤出成型（制品）越来越普遍了。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用1.2

同向双螺杆的发展

同向双螺杆创始人:

Pfleiderer,

Erdmenger,

Fritsch等

异向双螺杆创始人:

Leistritz,

Kiesskalt,

Burghauser等

用于改性造粒的同向双螺杆知名厂家还包括：Krausmaffei-

Berstorff,

APV,JSW,Farrel,Toshiba,Maris,Davis-Standard等

国内双螺杆厂家达上百家，较大的有科亚，南橡塑，兰泰，大橡塑

等Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009相同螺杆轴距比较，产量增加了

35

倍，即过去50年里年均增长

7.5%螺杆长度从6D发展到56D，螺杆转速从150rpm发展到

1200及

1800

rpm1957年WP开发的首台ZSK自洁

双螺杆挤出机（竖排）

2007年K展上WP-ZSKMEGAvolume

PLUS

76

双螺杆共混改性原理及应用Coperion-WP的发展

50年Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Leistritz

ZSE

MAXX系列，高扭矩和高容积

ZSE

50

MAXX

目前最高的比扭矩

15.0

Nm/cm³

容积率

Do/Di

=

1.66

产率

1,400

kg/hInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用1.3

自洁型螺纹曲线的形成

—运动关系决定了横截面形状Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用实际元件有均匀间隙的全啮合螺杆Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用螺槽浅，物料层变薄，因而三头螺纹元件的热传递性能比双头螺纹元件好，利于物料塑化熔融。但剪切强烈，一般不宜用于对剪切敏感物料的加工和玻璃纤维增强工艺。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

1.4

双螺杆的性能评价

对于同向双螺杆挤出机来说，评价设备性能主要采用以下三个指标：

容积率

比扭矩

转速条件：相同直径Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

1.4.1容积率：决定了螺杆剪切速率、粉体喂料及及排气能力

表面上仅仅是顶径与跟径关系，但实际上与螺纹头数，中

心距有关三头螺纹最大容积率1.37，双头螺纹最大为2.41Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用螺纹头数与容积率关系Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用不同容积率的剩余横截面积之比Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用高容积率的适用材料体系：

适用于低堆密度，高含水率等物料

适用于低输入能量物料的加工（<0.1KWh/kg）高容积率的工艺优势：

改善加料状况

低剪切速率，低熔体温度，可允许更高的螺杆转速

更可靠的脱挥/排气

低产品应力水平，改善质量（取决于产品和加工工艺）Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用高容积率的主要应用领域化工产品：硅橡胶粘结剂产品：热熔胶、压敏胶着色工业：粉末涂料，打印色料，墨粉建筑工业：地面覆材，木塑材料食品工业：谷类食品，宠物食品，糖果，巧克力工程塑料：高填充共混体系（LDPE+80%CaCO3，PP+40%空心玻璃微珠），热塑性弹性体（TPE)，电缆料（无卤阻燃），PVC浓缩母粒：添加剂母粒（PE+25%二氧化硅，阻燃剂，发泡剂），色母粒（预混料，PET/PBT+碳黑）扭矩Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009螺杆轴承受扭矩

双螺杆共混改性原理及应用

1.4.2

比扭矩：所能够传递扭矩与中心距立方之比(

Nm/cm³)

决定了挤出机的功率及螺杆允许充满程度

表征挤出机的加工能力-高黏度，高产量

螺杆芯轴承载能力决定了比扭矩。

比扭矩越高，可加工更高黏度物料

比扭矩越高，螺纹跟径(Di)可以越小，提高容积率

螺杆轴向长度Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用高扭矩的优势：可以更高的充满度，从而降低平均剪切速率，降低熔体温度，缩短停留时间，降低产品应力。高扭矩允许更高的螺杆转速，能够显著提高单转产量。1.4.3

转速

决定了挤出机的剪切和混合水平高转速的前提是挤出机具有高扭矩21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用预混：聚丙烯紫外稳定剂50%Leistrize

ZSE500-600rpm最大136kg/h@600rpm

CWP

ZSK40Mc

0-1200rpm

362kg/h@800rpm

最大约453kg/h@1000rpmInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering紫外稳定剂

比较：实例比较

1）聚丙烯抗紫外母料

配方：

聚丙烯MI

20

50%85%15%

CWP

ZSK25WLE

0-1200rpm

最大63kg/h@1200rpmInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

CWP

ZSK40SC

0-600rpm

最大45kg/h@600rpm

料条劈裂分杈21/11/2009尼龙6紫外稳定剂比较：

双螺杆共混改性原理及应用2）尼龙抗紫外母料

预混：

尼龙

紫外稳定剂

配方：

Leistrize

ZSE50

0-600rpm

最大136kg/h@600rpm21/11/2009

CWP

ZSK40Mc

0-1200rpm

362kg/h@800rpm

最大约453kg/h@1000rpmInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering3）线性低密度聚乙烯抗静电母料

LLDPE

290kg/h

配方：

LLDPE

MI

12

80%

液体抗静电剂

20%

比较：双螺杆共混改性原理及应用

抗静电剂

72kg/h双螺杆共混改性原理及应用PBT290kg/h4）PBT阻燃母料

配方：

80%20%

Leistrize

ZSE50

0-600rpm

最大136kg/h@600rpm21/11/2009

CWP

ZSK40Mc

0-1200rpm

362kg/h@800rpm

料条冷却能力受限制

最大约453kg/h@1000rpmInstitute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringPBT阻燃剂

比较：阻燃剂72kg/h双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆性能提高过程-CWP21/11/2009

比扭矩从3.7到

13.6

容积率从1.22到1.80

最高比扭矩

13.6

最高容积率

1.80

最高转速1800rpmInstitute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009容积率-比扭矩双螺杆共混改性原理及应用

转速-产量CWPInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用双螺杆性能提高过程-Leistrize

最高比扭矩

15.0

最高容积率

1.66

最高转速1200rpmInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009Leistrize对称设计非对称设计

双螺杆共混改性原理及应用

容积率与耐磨性兼顾

理想的容积率应为1.5-1.66非对称结构代替标准花键，小

直径芯轴可传递更大扭矩1.4.3

ZSE-27

比较研究

ZSE-27

HP系列螺杆外径

27

mm

双螺杆共混改性原理及应用ZSE-27

MaXX系列螺杆外径

28.3

mm

螺槽深度

4.5

mm

螺杆跟径

17.6mm

自由容积

10.3

ml/D

其他参数：

螺杆长径比

40

中心距

23

mm

螺杆转速

1280

rpm

电机功率

50

HP

交流

相同温度设定21/11/2009

螺槽深度

5.7

mm

螺杆跟径

16.8

mm

自由容积

14.3

ml/D

试验材料体系：

#1:

PE

粉料

MFI=12

#2:

HDPE粒料

MFI=0.9

#3:

PLA,NatureWorks

2002DInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering比较

双螺杆共混改性原理及应用

ZSE-27

MaXX系列

Do/Di=1.66Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

横截面形状比较

ZSE-27

HP系列

Do/Di=1.5521/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用容积率增大对比

-

橙色部分Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

ZSE-27

HP

vs

MaXX

螺杆组合ZSE-27

HP

ZSE-27

MAXX

敞开机头挤出,压力低于0.7MPa产率

(kg/hr)产率(kg/hr)产率

(kg/hr)Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009PE

粉料

MFI=120.040.060.0120.0100.0

80.0160.00200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)MAXXHP

产率比较180.0双螺杆共混改性原理及应用

HDPE

粒料

MFI=0.940.020.0

0.0

80.0140.0

60.0100.0160.0140.0120.00200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)MAXXHPPLA-

NatureWorks

2002D80.060.040.0120.0100.0140.020.0

160.0180.00200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)MAXXHP熔体温度(deg

C)熔体温度

(deg

C)熔体温度(C)Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009PE

粉料

MFI=122052152102202252302452400200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)MAXXHP熔体温度

250

双螺杆共混改性原理及应用HDPE粒料

MFI=0.9215210

225235

2202302552502452402350200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)MAXXHPPLA-

NatureWorks

2002D2102002402502600200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)230220

MAXXHPInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用MaXX

vs

HP

最大剪切速率提高

~

5%

最大剪切速率

=

(π*D*n)/(h

*60)

D

=

螺杆直径mm

n

=

螺杆转速

rpm

h

=

顶隙

mm

比较结果：

ZSE-27

HP

=

(π*27*600)/(0.1

*

60)

=

8478

sec-1

ZSE-27

MaXX

=

(π*28.3*600)/

(0.1

*

60)

=

8886

sec-1

最大剪切速率提高

408

sec-1产率(kg/hr)Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009500200400600800100012001400螺杆转速

(rpm)HP

MAXX+0

双螺杆共混改性原理及应用扭矩增大~

30%

250

PLA

-

MaXX+

200

150

100

MAXXInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用1.5

螺杆元件的功能/类型双螺杆共混改性原理及应用顶隙区（剪切）-分隔

侧隙区

（拉伸场）

螺槽区

（弱剪切/拉伸场）

捏合区-分隔（剪切/拉伸场）

21/11/20095个功能区域-横截面

尖顶区（剪切/拉伸场）

Institute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用输送螺纹元件

导程越大，螺纹升角越大正/反螺纹元件

21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

反向螺纹元件则

作为阻力元件，

起建压作用Institute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用捏和块元件捏合块元件能提供高的剪切，因而能提高分散混合，也称为剪切元件。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用左中右旋捏和块

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

混合元件21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

1.6

螺杆元件工作原理实现对物料的输送、压缩、排气以及挤出中的建压Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用双螺杆中物料的运动轨迹Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用单双头元件物料输送比较

在啮合区，对物料有扭转限制（

螺棱较厚），故输送作用增强Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用螺纹导程-充满度

在螺杆转速不变的情况下，用导程变化来控制物料在不同轴向位置

螺槽中的充满度在排气区和加料区，采用大导程螺纹元件来创造低的充满度，以利于排

气和物料的加入。小导程螺纹元件用于压实物料和形成高的充满度

厚

薄21/11/2009捏合盘厚度

45

90

错列角度Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

双螺杆共混改性原理及应用捏和块元件功能

厚捏合盘比薄捏合盘有更

强的“拖曳流”能力，但对

压力更敏感

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

双头和三头捏和块比较21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用设计原理现在也有的厂家采用将各捏合盘偏心实现三头捏和块的使用，但影响互换性。

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

返流/建压能力比较21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

反螺纹元件作用-建压/返流21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

混合元件的设计原理21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

混合元件功能21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用新型螺纹元件1.

侧隙元件

侧隙区流动，形成拉伸流场，促进

分散混合

缺点：轴向长度较大Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用2.

分布混合元件

开槽和齿形结构进行分流

提高分布混合能力

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

3.柔和剪切元件

非啮合，低剪切，回流21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用4.

密炼元件

建立拉伸流场，形成返流区Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用例：双峰HDPE加工用螺杆及元件

特殊类型元件举例螺杆标准元件新元件产量（kg/h）600600转速（rpm）210210SEI（kWh/kg）0.2290.210熔体温度(℃)274258MI-50.250.27ISO5.085.58WSA（%）1.010.77最大直径（微米）162141微观结构

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

应用效果：21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009混合元件的运用提高性能双螺杆共混改性原理及应用

降低比能耗Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用同向双螺杆挤出机的特点归纳

两根螺杆同向旋转，高转速

螺杆之间紧密啮合，相互作用，强剪切

螺杆机筒组合式结构适应性强

直径，中心距和螺纹头数决定了螺纹曲线

自洁性设计减少物料粘附

可采用单头、双头和三头螺纹元件

容积率：Do/Di

比扭矩：Md/a3Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用二.

双螺杆的工艺特点Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用二.

双螺杆的工艺特点

1.

双螺杆的工艺应用现状

2.

双螺杆的工艺优势

3.

举例

4.

工艺与螺杆组合的DOE试验设计

5.

双螺杆加工工艺的评价Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用1.

双螺杆的工艺应用现状双螺杆工业生产追求的是连续生产，高产量和高稳定性，研究是需要知道改性的机理并了解如何控制，我们就是希望将两者结合起来对于国外大公司来说，塑料的改性工艺、配方及螺杆组合等都属于机密，不发表论文，是通过大量试验总结摸索出来的现在的工程塑料改性通常对于材料的性能要求是综合的，如增强、填充、共混、阻燃、阻隔、着色等，并且很多功能需要在一个改性工艺中完成，因此对于工艺设计和设备的要求很高。如需要关注黏度比、弹性比；颜料本身的选择性；相界面及相容剂，物料温敏型剪敏型；分布混合和分散混合等的交互作用等等国内厂家不了解双螺杆加工的机理，没有系统试验总结，不懂螺杆组合及工艺，因此加工改性技术进展缓慢。双螺杆共混改性原理及应用2.

双螺杆的工艺优势

螺杆转速和加料量可以分别独立控制，这样就能够控制物料的输入能量和停留时间，实现相形态、粘度比等的控制，达到优化的目标。

螺杆转速21/11/2009加料量

停留时间Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering输入能量物料Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用2.1

输入能量

-

对工艺的影响最大

输入能量高：高转速，低加料输入能量中：中转速，中加料

输入能量低：低转速，高加料2.2

停留时间

-

通常不如输入能量的影响大

停留时间长：低转速，低加料

停留时间短：高转速，高加料扭矩/电流Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用2.3

加工区间的摸索一种新物料体系的加工：

通常先设计三种螺杆组合（强，中，弱），然后分别在三

种组合上进行三种输入能量（高，中，低）的试验，基本上

可以确定合理的加工区间（螺杆转速，加料量等）

螺杆组合的强弱通过控制啮合盘组数、啮合盘角度来加以调整

对于反应性或停留时间敏感的料，需加试两种停留时间来确定

出上下限。改变停留时间时，输入能量通常保持不变

DOE方法非常有助于改性工程问题的快速解决，需善于应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用输入能量的调控输入能量螺杆转速螺杆充满度加工温度低

低

高

该高高低低捏和块数量（侧隙元件）

少多加料量与螺杆转速之间的平衡非常关键。

输入能量的调控

反螺纹组数

反向捏和块组数

90宽捏合盘组数

宽捏合盘组数

90窄捏合盘组数

捏合盘组数21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

强

弱Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

停留时间的调控21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用停留时间HDPE:

ZSK92

自洁型挤出机，敞口挤出15分钟Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用HDPE:

ZSK92

自洁型挤出机+节流阀+熔体泵+过滤板+水下切粒

60分钟Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用螺杆充满度对停留时间的影响

在某种程度上比螺杆组合的影响更大-工艺

螺槽充满产量

螺槽半充满

螺槽充满度很低

停留时间Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用2.3

举例2.3.1工艺设计：加料位置，转速，加料量，温度，侧加料等Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用2.3.2

实例1）PC（聚碳酸酯）

光气法PC通常为粉料，难点在于堆密度低，通常为0.1-0.3，加料速

度慢，传热效率低，使得产量上不去；同时容易夹带气体，造成加

料口返气体，扬尘

PC/ABS是用量最大的改性品种，通过ABS或MBS降低成本，改善

低温缺口冲击强度，降低加工粘度，用于高流动性要求的，薄壁注

射制品成型

国产化的PC/ABS不稳定，主要是相形态控制不好，很难稳定，同

时对颜料敏感Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用PC/PET

主要用于阻隔性的场合，是通过共混使PET在PC中形成微晶相，提高阻隔性，这就要求通过停留时间和能量输入进行控制，达到所需的相形态。在温度高于280度后，控制不好容易发生酯交换反应；该共混体系易水解光盘级PC要求纯度高，低分子含量小，因此也通过工艺设计，在加工中加入水或小分子，将单体或短支链提出来，然后再将水脱出来。PC高阻燃料通常要加入氮、磷系等，以高含量的液体形式加入，加料位置有讲究，分多段及多加入口进行加入。国内仍为卤族阻燃。国内高流动性、高冲击和高阻燃的PC改性料仍缺乏，配方和设备可以与国外相同，但工艺设计不好，无法得到好的、稳定的产品。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用2）PPO（聚苯醚）

PPO有臭味，含氨的催化剂，工艺上需要脱臭，可通过加入水等小分

子将氨吸出来，然后再将水脱出来。

PPO粉料的加工会造成很多工艺问题，粉料极易引起静电，致粉尘爆

炸；气体渗透率很低，加工中气体很难出来，工艺控制不好很容易造

成压力高，爆炸等危险。因此在输送、下料等过程必须严格控制，工

艺上优化，如加料口充氮，输送管道防静电，控制环境的氧含量低于

爆炸极限等。工艺设计很重要。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Noryl体系—PPO/PS合金-MPPO

PPO价格高，粘度高，几乎不流动，与未增塑的PVC粉料类

似，加入PS后，粘度降低，热敏性下降，力学性能提高，具

协同效应。螺杆组合非常关键，否则无法形成分子级混合，

无法发挥协同效应。

PPO/PS是一个非常典型的共混例子，也是唯一的分子级相

容的共混体系，协同效应。PS占60-70%，低粘度，而PPO

高粘度，刚性很强。PPO与PS形成的为均相溶液，完全一

相；只有在与HIPS混合时，其中的橡胶相才为分散状态。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用GTX体系—PPO/PA合金

PPO与PA不相容，PPO由于其高黏度，最终为分散相。

PPO+PA

典型的高黏与低粘度混合，同时加入肯定不行，国内厂家也都注

意到这一点了，但均没有开展系统的研究，实际上需要通过控制粘度比来

控制相态，达到所需的混合效果。

在加工过程中，通过加入柠檬酸实现PPO与PA的界面改性（PA-g-

PPO），该界面相强化了共混体系的界面，可提高其性能。其中采用的增

韧体系为SBS或SEBS,

是与PPO相容的，其在PPO相筹中形成分散相。

PPO相筹尺寸的大小会影响最终体系的性能，尤其是熔融指数MFI,

而界面

改性剂（PA-g-PPO）的含量和共混条件则会影响PPO相筹的尺寸。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用PPX体系—MPPO/PP合金

MPPO+PP体系。材料的组成和粘度极大地影响相形态。PPO+PP

体系是比较难的共混体系。

PP的低粘度将形成连续相，PPO+PS的总含量及其各自的比例决定

着相形态

随着PPO+PS的总含量的提高，PPO+PS相由分散相转变为连续

相，而随着PS:PPO比例的增加，PPO+PS相倾向于形成连续相。

双连续相的形成对于力学性能是有利的，而PP相连续，PPO+PS相

分散则对于耐化学腐蚀性的提高有利。

共混工艺及注射过程对与其相形态有影响Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用弹性PPO体系PPO+EPDM（SEBS,SBS,TPU等弹性体等）软PPO体系，主要的问题是二者的温差太大，所以需要通过工艺手段来缩小二者之间的温差，这就是为什么要充油等工艺手段。SBS耐候性较差，TPU耐刮擦性好，但加工中易降解，用于电缆非常好。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用PPO共混体系螺杆组合原则加料段通常为单头螺纹，为了将粉料快速输送，防止气体向加料口返回，影响产量，主要在高产量的工业生产时应用。加料口通常设置后排气段，利用后排气可加入物料将架桥的粉料带走。熔融段非常强，采用多组混炼盘，加速其熔融。粉料PPO与无增塑的PVC类似，难以熔融和塑化SME螺纹用于与纤维的混合Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用3）POM,

PPS

（聚甲醛，聚苯硫醚）

两种料比较相近，都是高结晶度的材料

POM容易降解，加工窗口极窄，类似PVC。

对转速、

温度都非常敏感，冬夏温差可能造成产品质量波动。

螺杆设计上很讲究，转速与产量的匹配来控制能量输

入。转速高，能量输入大。

POM注射时甲醛的味道很大Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用2.4

工艺与螺杆组合的DOE试验设计

输入能量（高，低）

停留时间（长，短）

工艺（加料位置，转速，加料量，温度等）

螺杆组合（强，弱）

工程上通过DOE的运用，可以在较短的时间内找到工艺问

题的主要影响因素，从而为问题的解决提供依据。Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用2.5

双螺杆加工工艺的评价

材料性能（力学、热、电、阻燃、成型、老化……）

质量稳定性

生产率（kg/h）

比能耗（kWh/kg）Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用三.

螺杆组合设计原则Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用三.

螺杆组合设计原则

1.

介绍

2.

螺杆分区

3.

加料段

4.

熔融段

5.

排气段

6.

计量段

7.

螺杆组合的注意事项Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/20091.

介绍

熔融

和

混合双螺杆共混改性原理及应用固体输送

输送二次混合混合和密封排气泵送和排料Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009加料滑石粉/碳酸钙泵送建压

双螺杆共混改性原理及应用双螺杆沿程压力分布及功能分区

排气

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

2.

螺杆分区

加料段

熔融段

排气段

计量段

侧加料段

各脱挥段

注液/气段

……21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

3.

加料段21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

加料器设计21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

加料口形式21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

加料口尺寸21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

粉体加料21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用容积率、导程、转速、充满度、

输送效率、物料堆密度

螺杆转速的影响21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

与转速线性关系

材料体系关系密切

背压影响显著

粒料高于粉料

纯料高于粉体填充Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

材料性质的影响21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用产率与物料可压缩性成反比填充量越大，可压缩性越高粉料可压缩性高于粒料

Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

螺杆结构的影响21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用产率与加料段长度成正比产率与螺纹导程成正比自洁螺纹产率远高于非自洁元件

Institute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用加料段长度的影响

物料越密实，所需加料段长度越短加料段越长，熔融段所需反螺纹越多Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

4.

熔融段21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用挤出机越大，外加热所占比重越小Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用容积率越高，熔融区所需的反螺纹个数越多

物料越密实，所需反螺纹个数越多

保证输入能量≥熔融需要能量Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用WP产品系列

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

熔融区螺杆组合设计21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用固体输送区及反螺纹的设置对于熔融

具有重要影响

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

熔融区合理的压力分布21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

5.

排气段21/11/2009聚合物需要脱除的物质种类初始含量最终含量LDPE乙烯2000ppm<100ppmLLDPE己烷,环己烷10-15%<500ppm3%<250ppmEVA乙烯基乙炔5000ppm<50ppmPS苯乙烯3000-5000ppm<300ppmABS丙烯晴（AN)20ppm<4ppmPC二氯甲烷8%<0.8%PA己内酰胺15-70%<1000ppmInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用脱挥/排气工艺Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

，多排气口

高剪切，高转速Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

特种工程塑料需要侧排气21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

脱除较难分离物质21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用高温、低压力环境有利21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用实例：热塑性淀粉/聚合物共混

脱去20%

水分

制备淀粉含量50%的共混料影响因素:•

停留时间•

表面积•

表面更新率•

真空效率

大长径比：L/D=60

多排气口：4个

侧喂料Institute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用脱去20%

水分

制备淀粉含量50%的共混料

聚合物熔体

加入热塑性淀粉

加入

双螺杆共混改性原理及应用脱去20%

水分

制备淀粉含量50%的共混料多次排气

/

脱挥

Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

真空排气21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

实际使用的双螺杆挤出机21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

6.

计量段21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

计量段中熔体的流动21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用熔体输送与螺纹导程的关系小导程建压能力强，但高转速下限制产率提高大导程产率高，建压能力稍弱Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用充满长度与压力的关系

螺杆转速降低，充

满长度变短

熔体泵的运用21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用双螺杆建压能力较弱，建压过程需要消耗较高的能量双螺杆与熔体泵配合有助于在保证质量下降低能耗

HLMI:大载荷下的熔指

Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

计量段组合设计需要考虑21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用径向温度分布物料流线螺杆头的影响

轴向温度分布常规螺杆头容易造成出口处熔体温度分布的不均匀，内外最大温差可达80℃。机头出现有几个孔经常断条或料条扭曲的主要原因。

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

混合型螺杆头的设计21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用

径向温度分布均化出口熔体温度，降低内外温差降低熔体温度促进混合物料流线新型螺杆头的运用

轴向温度

分布

7.

螺杆组合的注意事项21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

两芯轴相位为90度Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

防止损坏或磨损21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

同向双螺杆的分离力21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

不同元件产生分离力比较21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

向内挤压力的产生21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

螺杆组合-芯轴变形的补偿21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

芯轴的变形及磨损21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用专题：比能耗SEIInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用比能耗（SEI）

表示加工过程中单位重量物料被输入了多少能量

通常是指由电机所输入的机械能

SEI是表征加工工艺优劣和设备性能的重要指标

SEI大于加工过程最少所需的能量，小于物料能够承

受的能量

单位为kWh/kg21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用聚合物共混体系聚烯烃加工-有熔体泵聚烯烃加工-无熔体泵ABS.PVC工程塑料合金（PC/ABS,PC/PBT）PP,PBT常规填充/增强PA,PET常规填充/增强白色/颜色母粒黑色母粒PP高填充改性基线基线反应加工，脱挥聚合（TPU,POM)）高浓度聚合物溶液

其他共混体系

粉末涂料

墨粉

食品加工

吸音材料

洗涤剂

胶粘剂

活性炭基线

比能耗

Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering不同加工过程的比能耗SEI

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

比能耗计算121/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

比能耗计算221/11/2009

比能耗与工艺21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用

产量越低，比能耗越高（转速恒定）

转速越高，比能耗越高（产量恒定）Institute

of

Polymer

Processing

and

EngineeringInstitute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用比能耗变化趋势-固定转速

物料所能承受的最大输入能量完成熔融、混合所需的最基本的能量Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009比能耗变化趋势-两个转速

扭

矩

低

限双螺杆共混改性原理及应用

加

料

限

制Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用比能耗变化趋势-可调转速Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009

双螺杆共混改性原理及应用专题：工艺参数Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用工艺参数-扭矩（电机负载）转速恒定时，提高产量，扭矩增加产量恒定时，提高转速，扭矩降低

双螺杆共混改性原理及应用Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering

工艺参数-温度分布21/11/2009Institute

of

Polymer

Processing

and

Engineering21/11