何亚东-双螺杆课件.pptx

InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用一.双螺杆的形成、分类及评价InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering挤出机的输送机理21/11/2009InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering多功能集成21/11/2009InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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•……InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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。InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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1800rpm1957年WP开发的首台ZSK自洁双螺杆挤出机（竖排）2007年K展上WP-ZSKMEGAvolumePLUS76双螺杆共混改性原理及应用Coperion-WP的发展50年InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用LeistritzZSEMAXX系列，高扭矩和高容积ZSE50MAXX目前最高的比扭矩15.0Nm/cm³容积率Do/Di=1.66产率1,400kg/hInstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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。InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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2.41InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009双螺杆共混改性原理及应用螺纹头数与容积率关系InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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）InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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InstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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%LeistrizeZSE500-600rpm最大136kg/h@600rpmCWPZSK40Mc0-1200rpm362kg/h@800rpm最大约453kg/h@1000rpmInstituteofPolymerProcessingandEngineering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MI2050%85%15%CWPZSK25WLE0-1200rpm最大63kg/h@1200rpmInstituteofPolymerProcessingandEngineeringCWPZSK40SC0-600rpm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：LeistrizeZSE500-600rpm最大136kg/h@600rpm21/11/2009CWPZSK40Mc0-1200rpm362kg/h@800rpm最大约453kg/h@1000rpmInstituteofPolymerProcessingandEngineering3）线性低密度聚乙烯抗静电母料LLDPE290kg/h配方：LLDPEMI1280%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%LeistrizeZSE500-600rpm最大136kg/h@600rpm21/11/2009CWPZSK40Mc0-1200rpm362kg/h@800rpm料条冷却能力受限制最大约453kg/h@1000rpmInstituteofPolymerProcessingandEngineeringPBT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1800rpmInstituteofPolymerProcessingandEngineeringInstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009容积率-比扭矩双螺杆共混改性原理及应用转速-产量CWPInstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009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1200rpmInstituteofPolymerProcessingandEngineering21/11/2009Leistrize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1.4.3ZSE-27比较研究ZSE-27HP系列螺杆外径27mm双螺杆共混改性原理及应用ZSE-27MaXX系列螺杆外径28.3mm螺槽深度4.5mm螺杆跟径17.6mm自由容积10.3ml/D其他参数：螺杆长径比40中心距23mm螺杆转速1280rpm电机功率50HP交流相同温度设定21/11/2009螺槽深度5.7mm螺杆跟径16.8mm自由容积14.3ml/D试验材料体系：#1:PE粉料MFI=12#2:HDPE粒料MFI=0.9#3:PLA,NatureWorks2002DInstituteofPolymerProcessingandEn