往复式单螺杆混炼挤出机结构特点及其应用

　　一、前言

　　随着塑料加工业中高分子材料工业的飞速发展，往复 式单螺杆混炼挤出机的开发应用日趋令人瞩目。在挤出行业 中占主要地位的单、双螺杆挤出机许多方面的性能已经不能满足共混、填充、增强、增韧等改性的要求。使用往复式单螺杆挤出机生产一些高技术含量、高附加值的产品逐渐成为 一种趋势。在任何聚合物的加工过程中。赋予聚合物一定的加工特性或赋予制品特定使用性能。常常需要进行不同聚合物之间的共混或聚合物同各种助剂、颜料之间的混合。克服 其分子间可能产生的部分凝胶颗粒或末熔融树脂。而往复式单螺杆强力混合机恰好具有剪切均匀、高分散、高填充、拉伸熔体等特点。且综合了单、双螺杆挤出机的优点。独一无 二的工作原理，加上一整套的螺纹组合元件及配套设备，使其应用更广泛，在一部机器上，可以做到混料、混炼、塑化、分散、剪切、拉伸、脱气、造粒，使得熔体在机器中流动的 界面面积远远大于一般的剪切流动。

　　二、工作原理

　　往复式单螺杆混炼挤出机，在螺杆芯轴上设计独特的积 木式螺块在一个螺距内断开三次，称为混炼螺块，对应这些空隙，在机筒内衬套上，排列有三排混炼销钉，螺杆在径向旋转过程中，同时做轴向的往复运动。每转动一周，轴向运动一次，由于这种特殊的运动方式，以及混拣螺块和销钉的 作用，物料不仅在混炼销钉和不规则梯形混炼块之间被剪切而且被往复输送，物料的逆流运动给径向混合加上了非常有用的轴向混合运动，熔体不断地被切断、翻转、捏合和拉伸，有规律地打断简单的层状剪切混合，不同于普通的单、双螺杆挤出机。由于在径向和轴向上的同时混炼，增强了混炼效果，保证了佳的分散混合和分布混合，因此均化时间 短。另外，混炼销钉和螺块的相互啮合，也提高了机筒的自我清法能力。通过适当的螺块组合，可保证稳定的工作压力，不产生无法控制的压力和温度波动，防止物料在机筒内产生 降解。由于捏合元件的螺纹是中断的，所以作用在聚合物上的压力很小，不产生明显的温升。而单、双螺杆挤出机是在高剪切和高径向压力下对簿层聚合物进行剪切，必然使熔体 产生大的温升，影响物料低温挤出的原则，同其它机器相比。在直径相同的条件下。其长径比较短，扭距在较短的距离上传递。因此螺杆扭转变形小。

　　三 结构及用途

　　1、主机机筒、螺杆均采用积木式装配。机筒由多组开孔和 闭孔筒体组成，剖分式的筒体，可快速方便的打开，便于清 洗、检修；螺杆由套在芯轴上的各种混炼螺块和输送螺块组成。机筒和螺杆可根据物料品种不同、工艺要求的不同，灵 活组成理想形式。

　　2、齿轮箱和摇摆箱设计独特，实现了螺杆在做旋转运动的 同时，进行轴向的往复运动，螺杆每转一周，往复运动一次， 螺纹中断三次，从而产生强烈的混炼效果。其混合作用是在轴向而不是在径向，且发生在螺纹和销钉之间。螺槽内全部 物料受到均匀的剪应力，而不是一薄层的物料受到剪切。

　　3、螺纹元件积木式的排列在芯轴上，可根据不同的要求进 行排列组合。机套内衬套上安装有三排销钉，销钉分为六种型号，实心长销钉用来固定内衬套，增强混炼效果；空心长销钉作用是固定、混炼、安装测温头，注射液体助剂；平头长销钉固定内衬套；平头销钉用来堵塞备用孔；实心 销钉起混炼作用；短实心销钉对进料口物料进行破碎。随着螺杆的往复运动，销钉与每个螺块的相对运动轨迹呈∞ 曲线，当捏合销钉通过螺纹间隙时产生轴向物料交换，销钉在螺杆回转一圈的过程中，与螺梭侧边的相对运动产 生了对物料的剪切对螺杆和机筒在轴向和径向进行了清理。这就是往复式混炼挤出机彻底混合、捏合和自洁作用基础。这些销钉如同一系列的搅拌器，使物料实现再分布，中断的螺纹使物料产生回流，使物料承受连续的剪切、取向、切割、折叠、拉伸的过程。一部分熔体重新结合， 一部分熔体再进一步分割，在每个L／D的螺槽中，熔体要经过四次分割，由此可知，往复式挤出机为什么能在非常短的长径比内实现熔体的有效混合。而且机筒内表面都被 螺纹元作横扫过，没有物流死角，具有很好的自洁能力， 较高的输送效率和稳定均匀的物料停留时间等。

　　下面是普通单螺杆挤出机同往复式单螺杆挤出机结构比较

　　4、熔体系，作用是将来自挤出机的高温聚合物熔体增压、 清压后流量稳定地送入挤出模头。无论挤出机内压力如何变 化，流量如何波动，熔体泵能够始终供给模头一定量的物料。齿轮是熔体泵的核心，齿轮的旋转和啮合一方面可以挤压齿 ）I 间的熔体，使物料从一端输送到另一地；另一方面齿轮的啮合能封闭低压腔，减少逆流降低加工温度，有利于建立较高的输出压力。我们采用渐开线型斜齿轮，能增加齿轮啮合 的重合度，啮合时随着齿轮不断的吸入和排出能对物料进行续、平稳的挤压，减小压力的波动，达到稳定输送熔体的目的。同时斜齿轮还具有一定的自洁作用，避免物料的沉积分解。

　　在熔体泵外部装有加热、冷却装置，目的是把温度控制在一定的范围内，使其保持佳的工艺状态，加热方式有电加热和油加热两种形式。另外，往复式单螺杆混炼挤机的工作原理及特性决定该机用于塑料成型加工并非其所长，但是，在挤出机后配以熔体泵，同成型模头连接，将混炼改性 与成型加工合二为一体的崭新工艺，减少了造粒环节，意味着减少一次投资，降低生产成本，缩短生产周期，节省了能源，熔体省略了二次加工塑化的热历程，这一技术的性和经济性是不言而喻的。

　　熔体泵上装有一组压力传感器，可以准确地测出其压力变化，有利于工艺的调整。

　　5、准确的计量。，合理的加料方式是严格执行配方的关键， 也是保证产品质量的关，我们根据物料的性能，用户的需要，配有多种喂料方式，如体积计量、动态失重计量等等，以满足不同产品的需要。

　　6、系统配有强制加料螺杆，侧向双螺杆喂料，防止物料在加料口堆积，以保证各组分物料同时按比例进料，解决了由于预混料而造成的环境污染问题。

　　7、该机采用西门子变频调速装置，性能优良、可靠。筒体采用电加热水冷却（或油加热油冷却），配有二级压力传感器，六组RKC智能型控温装置，双向PID调节，四组深入机筒内的熔体温度传感器。真实地反映各区熔体的实际温度，另外，有一只多点温度巡检仪，所以该设备控温准确，误差小。的机械、电器联锁装置，具有机械和电器双重 过载保护，可有效地保护设备及人身安全，设备控制柜上设有模拟显示图板，机组各部位转动情况显示直观明确。

　　8、系统配有拉丝水冷切粒，热切水冷、热切风冷等几种切粒方式。可根据材料不同，用户的要求进行配置。

　　9、系统配有双阶式造粒机组，利用等距等深单螺杆挤出机输送熔体作用是完成塑化和纵向混合，建立稳定的挤出压力，由于其转速较低。因而剪切较低，避免物料产主剪切热，控温佳。

　　这样的配置对于一些低发泡、热敏性产品来讲（特别是 PVC产品），系统将混炼和建立压力两步工艺分开处理，将熔 体塑化交毕后定压、定温、定量地送入挤出模头切粒，防止热敏性及剪切敏性物料的降解，具有产量高，产品质量稳定 的特点，混炼过程可优化不受造料工艺影响。在物料进入单螺杆的过程中，设有真空排气装置，这种方法排气因为排气面积大，物料表面积变化大，有充分的排气时间，所以比单 阶排气挤出机排气改果好。

　　10、在主机机筒上装有抽真空装置和自动排气装置、强制 加料料斗上、侧向加料上均设有自动排气装置，以保证彻底排除物料中的水份及加工过程中产生的各种挥发气体。

　　四、工艺流程

　　往复式单螺杆混炼挤出机配有强制加料和侧向喂料装置，使配料、共混改性和造粒同时完成，从而使终制品的工艺过程具有工序少、流程短、能耗低、成本低、减少环境污染、不需预混料等特点。根据用户产品的不同，其配置亦有相应不同的这择，工艺流程有所不同下图是两种基本的工艺流程简图：

　　五、优点

　　往复式单螺杆挤出机具有剪切、取向、切割、折叠、拉五大功能。

　　1、独特的往复式单螺杆和多齿形机筒设计，综合了单、 双螺杆挤出机的优点，产品的应用有很大的灵活性，可变的螺纹元件和销钉，使其应用范围非常广泛，适合各种塑料制品加工改性造粒。

　　2、同其它机器相比，长径比为短，熔体在机筒中停留 时间短，而且可控，减少物料的降解，由于其高分散、 均剪切的作用，在保证物料性能的前题下，对颜料、助 剂的需求量少，能源消耗低。

　　3、系统特有的往复运动，使物料在一次生产中，可完善地进行混料、混炼、塑化、分散、均化和脱气的全过程。

　　4、抽真空装置可彻底地脱除产品中的水份以及加工过程中产生的气体和一些挥发性气体，这一点对半导体，导电材料和电缆料特别重要。

　　5、产品控温准确，温差小。通过销钉测得的是熔体的真 实温度、温度曲线均匀工艺参数稳定，可靠。特别适用于一些热敏材料、对剪切敏感材料的加工。

　　6、剖分式机筒、积木式螺杆组合。方便拆装清洗，可迅速、简便、安全地进行检修全部零部件。由于机筒压力很低，因此内摩擦很小，设备工作时平稳、噪音低。

　　7 、系统分别配有自动换网装置和不停机自动换网装置， 减轻劳动强度，减少原材料消耗，降低生产成本。

　　六、应用

　　往复式单螺杆混炼挤出机是一种新型的塑料混炼加工 设备，广泛应用于各种塑料的填充、共混、改性、交联、接 枝、色母粒、功能母料、阻燃母料、导电材料、降解母料及 增强、增韧等塑料专用料的生产。

　　1、将不用品种的聚合物共混，获得具有特定用途的、崭新 的高分子合金材料。

　　2、将各种矿物填料加入到聚合物熔体中，制成性能优良， 价格便宜的高填充材料。

　　3、制备高浓度色母粒时，对颜料、助剂直接计量，无须预 先处理，既可获得具有良好分散效果的色母拉，颜料用 量减少，降低生产成本，改善生产环境。

　　4、生产各种玻纤增纤、阻燃产品，玻纤加入量达50％。

　　5、适用于各种电缆护套料、绝缘料、交联料、半导体、屏蔽料，导电材料的生产。

　　6、硬质和软质的PVC产品以及其它热敏材料。

　　7、热塑弹性体，热熔胶的生产。

　　8、可控光降解母料、生物降解母料、光控--生物双降解母料等等。

　　9、适用于各种功能母料、防老化母料、填充母料的生产。

　　综上所述，往复式单螺杆混炼挤出机其特殊的混炼效果、优良的使用性能，已在实践中得到证明。该机是将混炼和挤出分开设计的，而且全部采用西门子变频调速装置和温控仪表，混炼捏合机机筒内压力很低，所以耗能少，跟其它同型号挤出机相比，节省能源1/4左右。

　　用往复式单螺杆混炼挤出机生产黑色母料，碳黑含量高达50％，而且对原材料没有特殊的要求，不需预处理。例如 选用N330 制成的黑色母料应用在吹膜上，不需加偶联剂， 聚乙烯蜡用量减少。仍能达到均匀分布分散的效果：选用 N330 制成PET黑色母料可以应用在涤纶纺丝上，因此可降低产品配方成本。

　　用往复式单螺杆混炼挤出机进行工程塑料的改性，可以赋予工程塑料更好的性能，改进其自身的某些缺点，降低成本，改善加工性能，短玻纤增强聚烯烃，玻纤加入量达40%，而且混炼效果好于双螺杆，因为双螺杆剪切强度较大。玻纤的平均有效长度短。

　　往复式单螺杆混炼挤出机特别适用于各种填充改性，由于该设备配置有两个强制加料料斗，可将大量的填料分两部分分别加入，不需要预混料。而且可以避免大量填料同基料一同加入而引起的扭矩增大。填充困难。这是双螺杆所不具备的特殊功能，因此可以生产一些填充量大、难填充的产品。特殊的螺杆结构和运动形式又能将其很好的分散，PE填充轻 体碳酸钙填充量达200％。无机填充改性阻燃材料，是未来阻 燃料的发展方向，用往复机生产无机填充阻燃料可用国产的氢氧化镁、氢氧化铝代替价格昂贵的进口料，而且填充量达 60%-70% 阻燃效果明显，完全可满足用户的要求。

　　往复式单螺杆混炼挤出机广泛应用于各种通讯电缆料、 光缆料、普通民用电缆料、交联电缆料等的生产，众所周知 电缆料的生产要有非常准确的控温，塑化均匀，以利于放线生产。通过往复机的销钉可以测到熔体的真实温度，完全可 以做到精准控温，这也是双螺杆无法做到的，而且多组喂料 可队减少预混料工序，避免人为杂质的混入而影响产品质量。对交联料，设备特有的销钉结构可将硅烷等液体交联剂 定量加入（配合液体注射泵共同使用）。

　　实际应用如江苏常州红梅色母粒厂和卓润塑料公司生产的高浓度通用PE黑色母料（炭黑含量30% 一50%）；苏州兆丰塑 料厂生产的PVC电缆料；台商独资的亚特曼公司的橡胶改性料；苏州虹利公司的滑石粉填充（滑石粉含量30%--50%）和 玻纤增强料（玻纤含量30%--40%）；旺达化工厂生产的玻纤增强热固性酚醛模塑料；台商独资的和旺塑胶布业有限公司 热熔胶、弹性体箱包料等等。

　　特别值得一提的是，往复式单螺杆混炼挤出机可以用于热固性玻纤增强酚醛塑料的连续化生产， 玻纤添加量可达到50％以上，总的填料比例可达到70％以上， 产品质量完全可满足模塑料的生产要求，而且超过间歇法生产的产品质量。解决了间歇法生产中无法克服的缺点。创立了热固性材料加工生产新工艺--往复机连续化生产玻纤增强酚醛模塑料，为加速热固性材料的研究、发展、应用提供了有利的基础。

　　实践证明，往复式单螺杆混炼挤出机是一种新型的塑料挤出设备，国内尚属首创，该机的诞生，结束了我国往复机 长期依赖进口的历史，为广大用户提供了一种高性能的塑料加工设备。为塑料工业的发展做出了巨大的贡献。

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