同向双螺杆挤出机浅析

刘平

啮合同向旋转双螺杆挤出机具有输送效率高、分散混合能力强、自洁性能好、物料在机内停留时间分布均匀和良好的适应性等优点，广泛应用于不同塑料之间、塑料与橡胶之间的共混改性，各种添加剂与塑料共混、玻璃纤维、碳纤维增强塑料等等，是聚合物改性连续混合设备之首选。同向双螺杆挤出机也即啮合型同向旋转平行双螺杆挤出机，是双螺杆挤出机主要类型之一。

一、同向双螺杆挤出机结构特点

第一台商用同向双螺杆挤出机诞生于1939年，现今广泛使用的积木式同向双螺杆挤出机则最早出现在1953年，由Werner & Pfleiderer公司生产的ZSK系列。同向双螺杆挤出机由挤压系统、加料系统、传动系统、加热冷却系统和控制系统等主要部分组成。

1、组合式螺杆

同向双螺杆挤出机最显著的特点是螺杆和机筒都采用“积木式”设计。螺杆由套装在芯轴上的若干元件组成；机筒也是由不同机筒段组成。根据特定的物料、配方和将要制备混合物性能的要求，通过科学组合，将不同类型、不同数目的螺杆元件和机筒元件按一定顺序组合起来，从而高效地完成设定的混合任务。并通过改变螺杆和机筒组合顺序，实现对不同物料、配方的最佳使用效果，达到一机多用、一机多能的目的。此外，积木式设计的另一优点是可以局部更换磨损了的螺纹元件和机筒元件，避免了整个螺杆或筒体的报废，大大降低了维修成本。

2、组合式机筒

模块化设计的机筒，可以通过法兰或拉杆连接，通常小型机采用拉杆连接。机筒通常嵌入双金属衬套以提高机筒内表面的耐磨性能。为实现精确的温度历程，每个机筒上都有单独的加热/冷却设计，从而实现冷却与加热功能的最佳组合。

二、同向双螺杆挤出机挤出过程分析

同向双螺杆挤出机的结构和功能与单螺杆挤出机很相似，但工作原理上存在着很大的差异。主要表现在以下几个方面：强制输送，啮合同向旋转双螺杆，在啮合处两根螺杆运动速度方向相反，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆把物料从间隙中推出，结果使物料从一根螺杆螺槽转到另一根螺杆螺槽中，物料沿着螺杆呈“∞”形向机头方向被强制输送。均化和混合，同向旋转双螺杆在啮合处间隙很小，螺棱和螺槽的速度方向相反，相对速度大，因此啮合区具有很高的剪切速度，剪切力很大，混炼效果远好于单螺杆挤出机和异向旋转双螺杆挤出机。自洁性，同向旋转双螺杆挤出机，由于啮合区螺棱和螺槽的速度方向相反，相对速度大，因此具有相当高的剪切速度，能刮去粘附在螺杆上的任何积料，有非常好的自洁作用，从而使物料的停留时间很短，不易产生局部降解变质。物料的塑化，螺杆间隙的大小对物料塑化质量影响很大。间隙越小，剪切力越大，但通过的物料量减少；间隙越大，通过的物料量增加，但剪切力减小。物料的压缩，同向双螺杆挤出机压缩物料的方法要多得多，综合效应好。加料方式，同向双螺杆挤出机要求均匀定量加料，采用计量饥饿喂料方式。排气，由于是饥饿喂料，可以采用大导程的螺纹输送元件，使螺槽处于未充满状态而处于零压力状态，从而可以设置出排气段。

三、同向双螺杆挤出机优缺点

由于双螺杆挤出机结构设计和加工的复杂性，理论发展还不完善，但同向双螺杆挤出机组合式的设计，可将多种几何形状的螺纹元件和机筒元件进行排列组合，根據经验—理论—实验，从而可以针对不同混合要求，优化设计以适应不同工艺配方的需要，从而使同向双螺杆挤出机具有很强的适应性。主要表现在以下几个方面：混合性能：可以根据需要加入各种各样的螺纹元件，来精密调节剪切/混合，从而使混合强度和混合质量能够得到有效地控制。这是单螺杆挤出机所不能企及的。加工的灵活性：同向双螺杆挤出机通常采用计量饥饿加料，可以在一台机器上灵活地处理多种加工功能。工艺参数得可控性，同向双螺杆挤出机可以得到更好的剪切-时间-温度历程，在更宽的范围内输入机械能，从而可得到更好的产品质量稳定性。工艺生产的高效性，可以处理更多样的原材料和混合配方，而且停机时间短。更高的经济性：由于高的工艺灵活性以及生产率，可以生产更广泛的终端制品，且能够提供高度一致性的产品质量，还可以通过螺杆速度的调节来补偿螺杆的磨损。

双螺杆挤出机可以不同角度分类，按螺杆啮合与否及其转向的异同进行的分类及相应的国际上著名的制造厂商输送机理不同是双螺杆挤出机与单螺杆出之间主要区别之一。双螺杆挤出机因可按多种标准分类从而种类繁多，其工作特性差异很大，无疑同向双螺杆挤出机行业的领跑者颇受广大用户的青睐，尤其是大的驱动功率、高的螺杆转速、进行超高扭矩挤出一直是同向双螺杆挤出机从业人员追求的目标。

（作者单位： 832000 新疆军区农业新技术试验培训基地）