3-5双螺杆挤出机工作原理

PolymerProcessingEngineeringPolymerProcessingEngineeringBeijingUniversityofChemicalTechnologyBeijingUniversityofChemicalTechnology第三章第三章挤出成型（挤出成型（ExtrusionExtrusion））《《聚合物加工工程聚合物加工工程》》第一节第一节概述（录像）概述（录像）第二节第二节单螺杆挤出机的基本结构单螺杆挤出机的基本结构第三节第三节单螺杆挤出理论单螺杆挤出理论第四节第四节排气挤出机的工作原理排气挤出机的工作原理第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理第六节第六节挤出成型工艺挤出成型工艺第五节第五节双螺杆挤出机的结构及工作原理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一、双螺杆挤出机的结构与分类二、双螺杆的工作原理二、双螺杆的工作原理三、双螺杆挤出机中的功能元件三、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四、双螺杆对物料的混炼与塑化五、螺杆的结构参数五、螺杆的结构参数第三章第三章挤出成型（挤出成型（ExtrusionExtrusion））第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机诞生的背景：双螺杆挤出机诞生的背景：¾¾双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的¾¾用单螺杆挤出机加工用单螺杆挤出机加工材材料料：：掺混料（纤维与树脂）掺混料（纤维与树脂）填充、增强材料（填充、增强材料（CaCOCaCO33、、红泥、矿渣等）红泥、矿渣等）出现问题出现问题：：吃料难、熔融难、塑化差吃料难、熔融难、塑化差¾¾7070年代以来，双螺杆挤出机发展十分迅速年代以来，双螺杆挤出机发展十分迅速欧欧洲洲：：100%100%管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工管、板、异型材制品用双螺杆挤出机加工双螺杆挤出机的应用领域：双螺杆挤出机的应用领域：¾¾聚合物反应挤出：聚合物反应挤出：PUPU、、PAPA、、POMPOM、、PMMAPMMA反应成型反应成型为型材、单丝等；为型材、单丝等；TPVTPV的制备等的制备等¾¾共混、填充改性：共混、填充改性：PA/PA/玻纤玻纤、橡塑共混（、橡塑共混（PP/EPDMPP/EPDM、、PP/POEPP/POE等等））、塑塑共混（合金）、塑塑共混（合金）¾¾废塑料再生利用：废塑料再生利用：将形状、比重、品种不同的聚合物将形状、比重、品种不同的聚合物回收、回收、利用利用¾¾成型加工成型加工HPVCHPVC管材、异型材等管材、异型材等第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理11、结构（与单螺杆挤出机相比）、结构（与单螺杆挤出机相比）相同点相同点：：¾¾包括挤压系统、传动系统、加热冷却系统包括挤压系统、传动系统、加热冷却系统¾¾功能基本上与单螺杆挤出机相同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一、双螺杆挤出机的结构与分类第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤压系统作用：双螺杆挤压系统作用：◆◆输送（固体、熔体）：连续、稳定、输送率高输送（固体、熔体）：连续、稳定、输送率高◆◆熔融塑化（固体→熔体）：完全、均匀熔融塑化（固体→熔体）：完全、均匀◆◆增压、排气、均化增压、排气、均化第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理不同点：不同点：¾¾两根螺杆，水平放置两根螺杆，水平放置¾¾机筒内孔为双孔机筒内孔为双孔¾¾有排气系统（螺杆有排气段，机筒有排气口）有排气系统（螺杆有排气段，机筒有排气口）¾¾加料装置，定量加料加料装置，定量加料第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理22、分类、分类（（11）按照螺杆结构特点分类）按照螺杆结构特点分类◆◆平行双螺杆挤出机平行双螺杆挤出机◆◆锥形双螺杆挤出机锥形双螺杆挤出机一、双螺杆挤出机的结构与分类一、双螺杆挤出机的结构与分类第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理平平行行双双螺螺杆杆挤挤出出机机第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理锥锥形形双双螺螺杆杆挤挤出出机机第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理22、分类、分类（（22）按照螺杆相对位置（啮合方式）分类）按照螺杆相对位置（啮合方式）分类◆◆全啮合（全啮合（A=r+RA=r+R））AA--两根螺杆中心距离两根螺杆中心距离◆◆非啮合（非啮合（AA≥≥22RR））（（体现不出双螺杆的优点）体现不出双螺杆的优点）◆◆部分啮合（部分啮合（r+Rr+R≤≤AA≤≤22RR））一、双螺杆挤出机的结构与分类一、双螺杆挤出机的结构与分类第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理全啮合全啮合非啮合非啮合部分啮合部分啮合第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理一、双螺杆挤出机的结构与分类一、双螺杆挤出机的结构与分类22、分类、分类（（33）按照螺纹的旋向与转向分类）按照螺纹的旋向与转向分类◆◆异向双螺杆：异向螺纹、异向转动异向双螺杆：异向螺纹、异向转动（异向向内、异向向外）（异向向内、异向向外）◆◆同向双螺杆：同向双螺杆：同向螺纹、同向转动同向螺纹、同向转动第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理同向同向异向异向双螺杆挤出机的转动方向：双螺杆挤出机的转动方向：◆◆平行双螺杆（异向、同向）平行双螺杆（异向、同向）◆◆锥形双螺杆（异向）锥形双螺杆（异向）第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理锥形锥形平行平行第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理33、双螺杆间的开放和封闭、双螺杆间的开放和封闭物料的流动空间不同物料的流动空间不同第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理捏合盘捏合盘双双螺螺杆杆挤挤出出机机的的类类型型二、双螺杆挤出机的工作原理二、双螺杆挤出机的工作原理11、输送机理、输送机理◆◆单螺杆输送机理：由摩擦和粘性拖曳输送单螺杆输送机理：由摩擦和粘性拖曳输送固体（加料段）：摩擦输送（固体（加料段）：摩擦输送（ffss↓↓、、ffbb↑↑））熔体（计量段）：摩擦和粘性拖曳输送熔体（计量段）：摩擦和粘性拖曳输送◆◆双螺杆输送机理：强制输送双螺杆输送机理：强制输送((正位移输送）正位移输送）不同类型双螺杆：正位移输送能力不同不同类型双螺杆：正位移输送能力不同输送机理有差异输送机理有差异第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理二、双螺杆挤出机的工作原理二、双螺杆挤出机的工作原理◆◆非啮合型双螺杆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，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。其输送机理与单螺杆相似。◆◆啮合型双螺杆的工作原理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，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。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。只讨论全啮合式双螺杆挤出机输送机理。第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理11、输送机理（全啮合型）、输送机理（全啮合型）（（11）异向双螺杆对物料的输送机理）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，异向旋转共轭纵横向全封闭的矩形螺槽，异向旋转①①特点（形成特点（形成CC形室沿螺杆轴向移动）形室沿螺杆轴向移动）第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理分开看：分开看：两根旋向不同的双螺杆两根旋向不同的双螺杆合着看：合着看：啮合区啮合区一根螺杆螺棱插入另一根螺槽中，把两个一根螺杆螺棱插入另一根螺槽中，把两个连续的螺旋通道分割成一段段的封闭连续的螺旋通道分割成一段段的封闭““CC””形室，室数与螺纹圈数相同。形室，室数与螺纹圈数相同。动动作：作：螺杆转动，螺杆转动，““CC””形室前移（轴向移动）形室前移（轴向移动）螺杆转动一圈，螺杆转动一圈，““CC””形室前移一个导程的形室前移一个导程的距离。距离。（（11）异向双螺杆对物料的输送机理）异向双螺杆对物料的输送机理第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理（（11）异向双螺杆对物料的输送机理）异向双螺杆对物料的输送机理②②CC形室沿螺杆轴向移动的速度为：形室沿螺杆轴向移动的速度为：VVLL＝＝tt··nn，其中，其中tt为螺杆导程，为螺杆导程，nn为螺杆转速为螺杆转速异向全啮合双螺杆挤出机的理论挤出量：异向全啮合双螺杆挤出机的理论挤出量：QQ＝＝2n2n··VV，，其中其中VV为单个为单个CC型小室的体积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。产量不能达到理论产量。第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理（（11）异向双螺杆对物料的输送机理）异向双螺杆对物料的输送机理③③异向全啮合双螺杆啮合处的相对速度异向全啮合双螺杆啮合处的相对速度具有良好的自洁性具有良好的自洁性第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理VVrArA＝＝22ππ··n(n(RRbb--RRss))VVrArA为为AA点处两螺杆侧间隙间的相对速度点处两螺杆侧间隙间的相对速度RRbb为螺杆外半径为螺杆外半径RRss为为螺杆内半径螺杆内半径异向向内：异向向内：在加料口物料被拉入螺槽，螺槽空间暴露少，易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。产生反压力，即螺杆分离力。（（11）异向双螺杆对物料的输送）异向双螺杆对物料的输送机理机理异向向外：异向向外：在加料口不断腾出空间，使物料不断进入螺槽，在加料口不断腾出空间，使物料不断进入螺槽，即进入即进入““CC””形室，然后随着形室，然后随着““CC””形室向前输送。形室向前输送。④④旋向的影响旋向的影响第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理（（11）异向双螺杆对物料的输送）异向双螺杆对物料的输送机理机理⑤⑤两螺杆间存在间隙，两螺杆产生分离力更大。两螺杆间存在间隙，两螺杆产生分离力更大。第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理两螺杆主要设计成螺纹式：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：两螺杆之间的间隙：¾¾间隙越小，剪切速率越大，分散混合效果好间隙越小，剪切速率越大，分散混合效果好,,但但两螺杆的分离力大。两螺杆的分离力大。¾¾间隙越大，剪切速率越小，但通过量越大，分间隙越大，剪切速率越小，但通过量越大，分布混合效果好。布混合效果好。⑥⑥异向双螺杆挤出机的设计及操作特点异向双螺杆挤出机的设计及操作特点（（11）异向双螺杆对物料的输送机理）异向双螺杆对物料的输送机理第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理定量加料：定量加料：控制物料的塑化情况，熔融与单螺杆相似控制物料的塑化情况，熔融与单螺杆相似加设排气口：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。难，必须设置排气口。⑥⑥异向双螺杆挤出机的设计及操作特点异向双螺杆挤出机的设计及操作特点第五节第五节双螺杆挤出机的工作原理双螺杆挤出机的工作原理加强压缩：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，更好排气。热，加速熔融，更好排气。压缩方式：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。向螺纹等。⑥⑥异向双螺杆挤出机的设计及操作特点