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          熔體泵知識

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          往復式單螺桿混煉擠出機結構特點及其應用

          來源:巴特計量泵、齒輪泵公司 發布時間:2013-11-18 16:37:40 瀏覽次數:

            一、前言

            隨著塑料加工業中高分子材料工業的飛速發展,往復 式單螺桿混煉擠出機的開發應用日趨令人矚目。在擠出行業 中占主要地位的單、雙螺桿擠出機許多方面的性能已經不能滿足共混、填充、增強、增韌等改性的要求。使用往復式單螺桿擠出機生產一些高技術含量、高附加值的產品逐漸成為 一種趨勢。在任何聚合物的加工過程中。賦予聚合物一定的加工特性或賦予制品特定使用性能。常常需要進行不同聚合物之間的共混或聚合物同各種助劑、顏料之間的混合。克服 其分子間可能產生的部分凝膠顆粒或末熔融樹脂。而往復式單螺桿強力混合機恰好具有剪切均勻、高分散、高填充、拉伸熔體等特點。且綜合了單、雙螺桿擠出機的優點。獨一無 二的工作原理,加上一整套的螺紋組合元件及配套設備,使其應用更廣泛,在一部機器上,可以做到混料、混煉、塑化、分散、剪切、拉伸、脫氣、造粒,使得熔體在機器中流動的 界面面積遠遠大于一般的剪切流動。

            二、工作原理

            往復式單螺桿混煉擠出機,在螺桿芯軸上設計獨特的積 木式螺塊在一個螺距內斷開三次,稱為混煉螺塊,對應這些空隙,在機筒內襯套上,排列有三排混煉銷釘,螺桿在徑向旋轉過程中,同時做軸向的往復運動。每轉動一周,軸向運動一次,由于這種特殊的運動方式,以及混揀螺塊和銷釘的 作用,物料不僅在混煉銷釘和不規則梯形混煉塊之間被剪切而且被往復輸送,物料的逆流運動給徑向混合加上了非常有用的軸向混合運動,熔體不斷地被切斷、翻轉、捏合和拉伸,有規律地打斷簡單的層狀剪切混合,不同于普通的單、雙螺桿擠出機。由于在徑向和軸向上的同時混煉,增強了混煉效果,保證了最佳的分散混合和分布混合,因此均化時間 短。另外,混煉銷釘和螺塊的相互嚙合,也提高了機筒的自我清法能力。通過適當的螺塊組合,可保證穩定的工作壓力,不產生無法控制的壓力和溫度波動,防止物料在機筒內產生 降解。由于捏合元件的螺紋是中斷的,所以作用在聚合物上的壓力很小,不產生明顯的溫升。而單、雙螺桿擠出機是在高剪切和高徑向壓力下對簿層聚合物進行剪切,必然使熔體 產生大的溫升,影響物料低溫擠出的原則,同其它機器相比。在直徑相同的條件下。其長徑比較短,扭距在較短的距離上傳遞。因此螺桿扭轉變形小。

            三 結構及用途

            1、主機機筒、螺桿均采用積木式裝配。機筒由多組開孔和 閉孔筒體組成,剖分式的筒體,可快速方便的打開,便于清 洗、檢修;螺桿由套在芯軸上的各種混煉螺塊和輸送螺塊組成。機筒和螺桿可根據物料品種不同、工藝要求的不同,靈 活組成理想形式。

            2、齒輪箱和搖擺箱設計獨特,實現了螺桿在做旋轉運動的 同時,進行軸向的往復運動,螺桿每轉一周,往復運動一次, 螺紋中斷三次,從而產生強烈的混煉效果。其混合作用是在軸向而不是在徑向,且發生在螺紋和銷釘之間。螺槽內全部 物料受到均勻的剪應力,而不是一薄層的物料受到剪切。

            3、螺紋元件積木式的排列在芯軸上,可根據不同的要求進 行排列組合。機套內襯套上安裝有三排銷釘,銷釘分為六種型號,實心長銷釘用來固定內襯套,增強混煉效果;空心長銷釘作用是固定、混煉、安裝測溫頭,注射液體助劑;平頭長銷釘固定內襯套;平頭銷釘用來堵塞備用孔;實心 銷釘起混煉作用;短實心銷釘對進料口物料進行破碎。隨著螺桿的往復運動,銷釘與每個螺塊的相對運動軌跡呈∞ 曲線,當捏合銷釘通過螺紋間隙時產生軸向物料交換,銷釘在螺桿回轉一圈的過程中,與螺梭側邊的相對運動產 生了對物料的剪切對螺桿和機筒在軸向和徑向進行了清理。這就是往復式混煉擠出機徹底混合、捏合和自潔作用基礎。這些銷釘如同一系列的攪拌器,使物料實現再分布,中斷的螺紋使物料產生回流,使物料承受連續的剪切、取向、切割、折疊、拉伸的過程。一部分熔體重新結合, 一部分熔體再進一步分割,在每個L/D的螺槽中,熔體要經過四次分割,由此可知,往復式擠出機為什么能在非常短的長徑比內實現熔體的有效混合。而且機筒內表面都被 螺紋元作橫掃過,沒有物流死角,具有很好的自潔能力, 較高的輸送效率和穩定均勻的物料停留時間等。

            下面是普通單螺桿擠出機同往復式單螺桿擠出機結構比較

            4、熔體系,作用是將來自擠出機的高溫聚合物熔體增壓、 清壓后流量穩定地送入擠出模頭。無論擠出機內壓力如何變 化,流量如何波動,熔體泵能夠始終供給模頭一定量的物料。齒輪是熔體泵的核心,齒輪的旋轉和嚙合一方面可以擠壓齒 )I 間的熔體,使物料從一端輸送到另一地;另一方面齒輪的嚙合能封閉低壓腔,減少逆流降低加工溫度,有利于建立較高的輸出壓力。我們采用漸開線型斜齒輪,能增加齒輪嚙合 的重合度,嚙合時隨著齒輪不斷的吸入和排出能對物料進行續、平穩的擠壓,減小壓力的波動,達到穩定輸送熔體的目的。同時斜齒輪還具有一定的自潔作用,避免物料的沉積分解。

            在熔體泵外部裝有加熱、冷卻裝置,目的是把溫度控制在一定的范圍內,使其保持最佳的工藝狀態,加熱方式有電加熱和油加熱兩種形式。另外,往復式單螺桿混煉擠機的工作原理及特性決定該機用于塑料成型加工并非其所長,但是,在擠出機后配以熔體泵,同成型模頭連接,將混煉改性 與成型加工合二為一體的嶄新工藝,減少了造粒環節,意味著減少一次投資,降低生產成本,縮短生產周期,節省了能源,熔體省略了二次加工塑化的熱歷程,這一技術的先進性和經濟性是不言而喻的。

            熔體泵上裝有一組壓力傳感器,可以準確地測出其壓力變化,有利于工藝的調整。

            5、準確的計量。,合理的加料方式是嚴格執行配方的關鍵, 也是保證產品質量的第一關,我們根據物料的性能,用戶的需要,配有多種喂料方式,如體積計量、動態失重計量等等,以滿足不同產品的需要。

            6、系統配有強制加料螺桿,側向雙螺桿喂料,防止物料在加料口堆積,以保證各組分物料同時按比例進料,解決了由于預混料而造成的環境污染問題。

            7、該機采用西門子變頻調速裝置,性能優良、可靠。筒體采用電加熱水冷卻(或油加熱油冷卻),配有二級壓力傳感器,六組RKC智能型控溫裝置,雙向PID調節,四組深入機筒內的熔體溫度傳感器。真實地反映各區熔體的實際溫度,另外,有一只多點溫度巡檢儀,所以該設備控溫準確,誤差小。先進的機械、電器聯鎖裝置,具有機械和電器雙重 過載保護,可有效地保護設備及人身安全,設備控制柜上設有模擬顯示圖板,機組各部位轉動情況顯示直觀明確。

            8、系統配有拉絲水冷切粒,熱切水冷、熱切風冷等幾種切粒方式。可根據材料不同,用戶的要求進行配置。

            9、系統配有雙階式造粒機組,利用等距等深單螺桿擠出機輸送熔體作用是完成塑化和縱向混合,建立穩定的擠出壓力,由于其轉速較低。因而剪切較低,避免物料產主剪切熱,控溫最佳。

            這樣的配置對于一些低發泡、熱敏性產品來講(特別是 PVC產品),系統將混煉和建立壓力兩步工藝分開處理,將熔 體塑化交畢后定壓、定溫、定量地送入擠出模頭切粒,防止熱敏性及剪切敏性物料的降解,具有產量高,產品質量穩定 的特點,混煉過程可優化不受造料工藝影響。在物料進入單螺桿的過程中,設有真空排氣裝置,這種方法排氣因為排氣面積大,物料表面積變化大,有充分的排氣時間,所以比單 階排氣擠出機排氣改果好。

            10、在主機機筒上裝有抽真空裝置和自動排氣裝置、強制 加料料斗上、側向加料上均設有自動排氣裝置,以保證徹底排除物料中的水份及加工過程中產生的各種揮發氣體。

            四、工藝流程

            往復式單螺桿混煉擠出機配有強制加料和側向喂料裝置,使配料、共混改性和造粒同時完成,從而使最終制品的工藝過程具有工序少、流程短、能耗低、成本低、減少環境污染、不需預混料等特點。根據用戶產品的不同,其配置亦有相應不同的這擇,工藝流程有所不同下圖是兩種最基本的工藝流程簡圖:

            五、優點

            往復式單螺桿擠出機具有剪切、取向、切割、折疊、拉五大功能。

            1、獨特的往復式單螺桿和多齒形機筒設計,綜合了單、 雙螺桿擠出機的優點,產品的應用有很大的靈活性,可變的螺紋元件和銷釘,使其應用范圍非常廣泛,適合各種塑料制品加工改性造粒。

            2、同其它機器相比,長徑比為最短,熔體在機筒中停留 時間短,而且可控,減少物料的降解,由于其高分散、 均剪切的作用,在保證物料性能的前題下,對顏料、助 劑的需求量最少,能源消耗最低。

            3、系統特有的往復運動,使物料在一次生產中,可完善地進行混料、混煉、塑化、分散、均化和脫氣的全過程。

            4、抽真空裝置可徹底地脫除產品中的水份以及加工過程中產生的氣體和一些揮發性氣體,這一點對半導體,導電材料和電纜料特別重要。

            5、產品控溫準確,溫差小。通過銷釘測得的是熔體的真 實溫度、溫度曲線均勻工藝參數穩定,可靠。特別適用于一些熱敏材料、對剪切敏感材料的加工。

            6、剖分式機筒、積木式螺桿組合。方便拆裝清洗,可迅速、簡便、安全地進行檢修全部零部件。由于機筒壓力很低,因此內摩擦很小,設備工作時平穩、噪音低。

            7 、系統分別配有自動換網裝置和不停機自動換網裝置, 減輕勞動強度,減少原材料消耗,降低生產成本。

            六、應用

            往復式單螺桿混煉擠出機是一種新型的塑料混煉加工 設備,廣泛應用于各種塑料的填充、共混、改性、交聯、接 枝、色母粒、功能母料、阻燃母料、導電材料、降解母料及 增強、增韌等塑料專用料的生產。

            1、將不用品種的聚合物共混,獲得具有特定用途的、嶄新 的高分子合金材料。

            2、將各種礦物填料加入到聚合物熔體中,制成性能優良, 價格便宜的高填充材料。

            3、制備高濃度色母粒時,對顏料、助劑直接計量,無須預 先處理,既可獲得具有良好分散效果的色母拉,顏料用 量減少,降低生產成本,改善生產環境。

            4、生產各種玻纖增纖、阻燃產品,玻纖加入量達50%。

            5、適用于各種電纜護套料、絕緣料、交聯料、半導體、屏蔽料,導電材料的生產。

            6、硬質和軟質的PVC產品以及其它熱敏材料。

            7、熱塑彈性體,熱熔膠的生產。

            8、可控光降解母料、生物降解母料、光控--生物雙降解母料等等。

            9、適用于各種功能母料、防老化母料、填充母料的生產。

            綜上所述,往復式單螺桿混煉擠出機其特殊的混煉效果、優良的使用性能,已在實踐中得到證明。該機是將混煉和擠出分開設計的,而且全部采用西門子變頻調速裝置和溫控儀表,混煉捏合機機筒內壓力很低,所以耗能少,跟其它同型號擠出機相比,節省能源1/4左右。

            用往復式單螺桿混煉擠出機生產黑色母料,碳黑含量高達50%,而且對原材料沒有特殊的要求,不需預處理。例如 選用N330 制成的黑色母料應用在吹膜上,不需加偶聯劑, 聚乙烯蠟用量減少。仍能達到均勻分布分散的效果:選用 N330 制成PET黑色母料可以應用在滌綸紡絲上,因此可降低產品配方成本。

            用往復式單螺桿混煉擠出機進行工程塑料的改性,可以賦予工程塑料更好的性能,改進其自身的某些缺點,降低成本,改善加工性能,短玻纖增強聚烯烴,玻纖加入量達40%,而且混煉效果好于雙螺桿,因為雙螺桿剪切強度較大。玻纖的平均有效長度短。

            往復式單螺桿混煉擠出機特別適用于各種填充改性,由于該設備配置有兩個強制加料料斗,可將大量的填料分兩部分分別加入,不需要預混料。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。填充困難。這是雙螺桿所不具備的特殊功能,因此可以生產一些填充量大、難填充的產品。特殊的螺桿結構和運動形式又能將其很好的分散,PE填充輕 體碳酸鈣填充量達200%。無機填充改性阻燃材料,是未來阻 燃料的發展方向,用往復機生產無機填充阻燃料可用國產的氫氧化鎂、氫氧化鋁代替價格昂貴的進口料,而且填充量達 60%-70% 阻燃效果明顯,完全可滿足用戶的要求。

            往復式單螺桿混煉擠出機廣泛應用于各種通訊電纜料、 光纜料、普通民用電纜料、交聯電纜料等的生產,眾所周知 電纜料的生產要有非常準確的控溫,塑化均勻,以利于放線生產。通過往復機的銷釘可以測到熔體的真實溫度,完全可 以做到精確控溫,這也是雙螺桿無法做到的,而且多組喂料 可隊減少預混料工序,避免人為雜質的混入而影響產品質量。對交聯料,設備特有的銷釘結構可將硅烷等液體交聯劑 定量加入(配合液體注射泵共同使用)。

            實際應用如江蘇常州紅梅色母粒廠和卓潤塑料公司生產的高濃度通用PE黑色母料(炭黑含量30% 一50%);蘇州兆豐塑 料廠生產的PVC電纜料;臺商獨資的亞特曼公司的橡膠改性料;蘇州虹利公司的滑石粉填充(滑石粉含量30%--50%)和 玻纖增強料(玻纖含量30%--40%);旺達化工廠生產的玻纖增強熱固性酚醛模塑料;臺商獨資的和旺塑膠布業有限公司 熱熔膠、彈性體箱包料等等。

            特別值得一提的是,往復式單螺桿混煉擠出機可以用于熱固性玻纖增強酚醛塑料的連續化生產, 玻纖添加量可達到50%以上,總的填料比例可達到70%以上, 產品質量完全可滿足模塑料的生產要求,而且超過間歇法生產的產品質量。解決了間歇法生產中無法克服的缺點。創立了熱固性材料加工生產新工藝--往復機連續化生產玻纖增強酚醛模塑料,為加速熱固性材料的研究、發展、應用提供了有利的基礎。

            實踐證明,往復式單螺桿混煉擠出機是一種新型的塑料擠出設備,國內尚屬首創,該機的誕生,結束了我國往復機 長期依賴進口的歷史,為廣大用戶提供了一種高性能的塑料加工設備。為塑料工業的發展做出了巨大的貢獻。

          鄭州巴特熔體泵有限公司
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