国产SJW—70型往复式单螺杆混炼挤出机结构特点及其应用

关键词:

往复式单螺杆混炼挤出机

摘要:

新达 SJW-70 型往复式单螺杆混炼挤出机于 2000 年研制成功。该项技术属国际先进，填补国内空白。

江阴市新达涤塑有限公司研制成功SJW-70型脉动式螺杆混炼挤出机， 并已投人该公司聚酯、聚烯烃纤维用黑色或彩色色母料生产中，连续运行十个多月，机器运转稳定，所生产的各色色母料在基体树脂中分散均匀，尤其是碳黑浓度达30%的黑色母料，在黑色化纤纤维中分散均匀。

该机的结构特点为：螺杆上的螺纹不是连续的，螺纹每一圈中断三次；机筒是剖分式的，可打开进行快速清理物料；机筒内表面按一定规律安装着三排捏合销，可以调整、更换；带孔的销钉可装传感器；螺纹块按不同用途以积木形式套在螺杆芯轴上以及筒可以加热或冷却等。

该机的工作原理为：螺杆在连续旋转的同 时还按一定规律做轴向往复运动，以便使物料在螺杆和机筒之间的运动多样化；机筒上的固定销如同第二根螺杆，具有清扫螺棱、物料输送及分布、分散混合作用。物料混合作用可在轴向发生，这一点有别于单螺杆或双螺杆挤出机。该机的混合、捏合和自洁作用良好。

该机的主要参数为：螺杆直径：70mm; 螺杆长径比(L/d):20:1;螺杆转速40～350RPM; 主机功率：75KW; 生产能力依据物料不同可达100～350kg/h。

过去我国不能制造Co Kneader类混炼挤出机，现在江阴新达涤塑有限公司已试制成功这种混炼机，并在2000年7月10日由国家轻工局和江苏省科委通过专家鉴定。该机在第十四届国际塑料橡胶工业展览会(上海， 2000年7月4日—8日)期间展出，吸引了上千名观众。

SJW-70混炼挤出机在结构上与普通双 螺杆有很大不同，(如图1中所示）。其螺杆上的螺纹不是连续的，螺杆每转一圈，螺纹中断三次。

机筒是剖分式的，可快速打开清理物料。 其内表面按一定规律装着三排捏合齿，这些齿可以调整更换，有的齿是中空的，以便安装传感器。螺杆由不同元件组成，以积木块形式套在芯轴上。机筒有夹套，两者都用液体介质进行加热或冷却。

Figure 1: 普通单螺杆与往复式单螺杆的比较

(a) 普通单螺杆

(b) 往复式单螺杆

SJW往复式混炼挤出机与常规双螺杆、单螺杆挤出机的主要区别是螺杆在连续旋转的同时，还按一定规律作轴向往复运动。这就使物料在螺杆和机筒中的运动大为复杂，物料除在楔形区中正常流动外，还有一小部分发生倒流，形成拖曳流。如下面图2所示。

机筒上的固定齿如同第二根螺杆，它有很大作用、能清扫螺棱，输送物料，并对物料进行分布和分散混合。它不同于常规螺杆挤出机的是混合作用是在轴向而不是在径向发生的。

往复式挤出机结构运动的复杂性，使发生在其中的挤出过程不同于常规螺杆挤出机。

物料输送：当物料加入到螺杆后、螺杆的回转和往复使得物料压实，螺杆是间断的，物料中夹带的空气回到加料口排出。熔融中的废气体由排气孔排出。

熔体输送：机筒内物料开始熔融，由于螺杆的往复和回转运动，熔融过程不会发生像在常规挤出机中形成固体床、熔池或环结的现象，发生拖曳下熔体移走的熔融。机筒上的齿通过螺杆上的间断螺纹时，已熔融的物料离开机筒内表面被拉到未融的物料中，同时，新鲜的未熔物料被带到机筒内表面处。这样，就使已熔的未熔物料进行了掺混，使湿润表面加大，增加了总的传热面积。

熔体输送：机筒内物料开始熔融，由于螺杆的往复和回转运动，熔融过程不会发生像在常规挤出机中形成固体床、熔池或环结的现象，发生拖曳下熔体移走的熔融。机筒上的齿通过螺杆上的间断螺纹时，已熔融的物料离开机筒内表面被拉到未融的物料中，同时，新鲜的未熔物料被带到机筒内表面处。这样，就使已熔的未熔物料进行了掺混，使湿润表面加大，增加了总的传热面积。

常规螺杆挤出机中，物料很少发生再取向，故分布混合不佳。新达往复机改变了常规挤出机的薄层剪切规律，其机筒内设置有齿，能连续切割、产生新的物料表面，使物料经由取向、切割，折叠、再取向等过程，得到很好的混合效果。下面图3中所示为螺杆转动一周的剪切过程。

图3:螺杆转动一周与齿的啮合过程

往复式的分散混合也不同于常规挤出机。常规挤出机的混合作用都是径向发生的，而该往复机的混合却是在轴向实现的，发生在移动螺纹和固定齿之间，能使螺槽内的全部物料受到均匀 的剪应力。如下面图4、图5中所示。

图 4：应力与转速的关系

 图 5：螺槽中的应力分布

由于捏合元件有中断螺纹，故作用在聚合物上的压力很小(见下图6)。齿的存在，影响了拖曳流和压力流，螺杆的旋转和往复使每个齿相对于螺杆按∞形轨迹运动(见前面图2)。机筒内表面都被螺杆元件横扫过，齿和中断螺纹之间的物料，承受连续且脉动的剪切，挤出量呈正弦波 状波动。在很小的流率下，物料的流动实际上是间断的。

总之，往复机在很低的压力下、极短的加工长度和停留时间内，就能对物料实现优异的分布 混合和分散混合。

齿的作用：齿在螺槽内，如同系列搅拌器，经由横扫过螺槽的混合运动，对物料实现多次再分布：齿扫过中断螺纹，使物料不能停留。齿能引起一定轴向回流，消除轴向温度和组分的不均匀。齿提供了某种附加的磨擦剪切表面，部分的弥补了因螺纹间断造成的磨擦剪切表面减少的情况 。

(1)本机与普通挤出机相比、在直径柜同的条件下，它的长径比较小，机器结构紧凑而坚固， 扭矩在较短的螺杆上传递，螺杆扭矩变化小。物料的混合时间短，在机筒内停留的时间相应缩短，剪切均匀，受热史短，物料不易过热而分解。尤其适用于热敏性塑料。

(2)螺杆挤出压力低，甚至无压力产生。

(3)混合捏合性能高，尤其是轴向混合性能好，取向、切割、折叠、再取向，适合于高填充料。

(4)机筒是剖分式的，可打开，易于清理，颜色更换快。

(5)机筒出料口安装传感器，熔体泵压力可根据物料的要求及时调节或锁定。

(6)除主喂料系统外，还配有高精度的侧向加料系统，能满足粉料、粒料、粉料混合等多种状态物料的加工要求。

(7)空的齿除可以测量熔体温度、压力外，还可添加湿物料、膏状粘稠料、胶体、熔体、液体等。

(8)SJW-70型往复式单螺杆挤出机售价仅为进口设备的1/5 。

本机主要适用于各种工程塑料及通用塑料的无机填充(碳酸钙、滑石粉、钛白粉、碳黑等)、橡塑共混、塑料合金、各种母料(防雾、降解、耐候、降温、浓色等)、各种专用改性料(车、船、通讯、家 电、农膜、建材等)、废料回收及制药、食品加工等。主要应用可归纳为以下几点：

(1)可将不同品种聚合物共混，获得具有特定用途的崭新的高分子合金材料。

(2)可将各种矿物填料(如滑石粉、高岭土、碳酸钙)单独计量加入到聚合物熔体中，可方便地地制成性能优良，价格便宜的填充材料。

(3)在制备浓色母粒时，可获得具有良好分散性效果，大大改善生产环境。

(4)可生产各种品级的玻纤增强，阻燃产品。玻纤添加量可达50%。

(5)可进行高效染色生产，有效防止色差、色偏。

(6)可生产各种规格的电缆、绝缘料。

参考文献

1、SJW-70型往复式单螺杆挤出机 塑料改性通迅2000年第二期 P99

2、耿孝正 塑料改性用连续混炼机的现状及发展趋势 塑料改性通迅2000年第二期 P79

3、专利：孔祥明 往复运动挤出机 中国 ZL 99 2 29982 9 1999