第五章四川大学高分子流变.ppt

第五章第五章双螺杆挤出机内的流动双螺杆挤出机内的流动.反向啮合双螺杆挤出机内的流动反向啮合双螺杆挤出机内的流动反向啮合双螺杆挤出机内的流动反向啮合双螺杆挤出机内的流动1高速同向（旋转）啮合双螺杆高速同向（旋转）啮合双螺杆高速同向（旋转）啮合双螺杆高速同向（旋转）啮合双螺杆挤出机内的流动挤出机内的流动挤出机内的流动挤出机内的流动2低速同向（旋转）啮合双螺杆低速同向（旋转）啮合双螺杆低速同向（旋转）啮合双螺杆低速同向（旋转）啮合双螺杆挤出机内的流动挤出机内的流动挤出机内的流动挤出机内的流动3非啮合型双螺杆挤出机内的流动非啮合型双螺杆挤出机内的流动非啮合型双螺杆挤出机内的流动非啮合型双螺杆挤出机内的流动4Contents.概述概述双双螺螺杆杆挤挤出出机机1、定义、定义2、主要应用领域、主要应用领域3、分类、分类：一般是指在一根两相交孔组成：一般是指在一根两相交孔组成“”截面的料筒内由两根截面的料筒内由两根相互啮合或相切的阿基米德螺杆构成的挤出装置相互啮合或相切的阿基米德螺杆构成的挤出装置：热敏性塑料的成型，如型材、管材和片材等；：热敏性塑料的成型，如型材、管材和片材等；特种聚合物加工操作，如混料、排气、化学反应等特种聚合物加工操作，如混料、排气、化学反应等Erdmerger分类法分类法Rauwendaal分类法分类法.Erdmerger分类法分类法.Rauwendaal分类法分类法.主要用途：聚氯乙烯加工主要用途：聚氯乙烯加工按螺杆的外形，挤出机分为按螺杆的外形，挤出机分为平行双螺杆平行双螺杆（即圆柱形螺杆）（即圆柱形螺杆）锥形双螺杆锥形双螺杆第一节第一节第一节第一节 反向啮合双螺杆挤出机内的流动反向啮合双螺杆挤出机内的流动反向啮合双螺杆挤出机内的流动反向啮合双螺杆挤出机内的流动.螺杆是挤出机的关键部件。为适应物料在挤出过程中螺杆是挤出机的关键部件。为适应物料在挤出过程中状态的变化，整根螺杆应分为若干区段状态的变化，整根螺杆应分为若干区段分段分段作用作用加料段加料段将干混料定量地输送到塑化段，同时使物料得到少将干混料定量地输送到塑化段，同时使物料得到少许预热许预热塑化段塑化段使物料加热、结团成块使物料加热、结团成块限流段限流段一方面将塑化段和排气段分开；一方面将塑化段和排气段分开；另一方面，有促进塑化的效果另一方面，有促进塑化的效果排气段排气段排出挥发性物质以及预塑化物料中所夹带的气体排出挥发性物质以及预塑化物料中所夹带的气体计量段计量段物料完成塑化过程，并建立起克服口模阻力的压力物料完成塑化过程，并建立起克服口模阻力的压力.一、固体输送一、固体输送输送机理输送机理在两根螺杆的相互啮合处，一根螺杆的螺纹插入另一根在两根螺杆的相互啮合处，一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽中，使连续的螺槽被分为相互间隔的螺杆的螺槽中，使连续的螺槽被分为相互间隔的C型室。型室。螺杆旋转时，随着啮合部分的轴向移动，螺杆旋转时，随着啮合部分的轴向移动，C型室沿着轴向型室沿着轴向移动，螺杆每转一圈，移动，螺杆每转一圈，C型室则向前移一个导程的距离；型室则向前移一个导程的距离；C型室中的物料也被啮合螺纹推向前移型室中的物料也被啮合螺纹推向前移.反向旋转全啮合双螺杆反向旋转全啮合双螺杆：输送过程中不会产生逆流或滞留，因此具有最大的正位移输送：输送过程中不会产生逆流或滞留，因此具有最大的正位移输送正位移输送正位移输送：像齿轮泵一样是强制输送的：像齿轮泵一样是强制输送的紧密啮合反向旋转（紧密啮合反向旋转（CICT）式双螺杆挤出机）式双螺杆挤出机：螺纹外形与螺槽是紧密配合的，整个啮合区的横截面表明两：螺纹外形与螺槽是紧密配合的，整个啮合区的横截面表明两螺杆螺槽制件的空隙相当小，因此螺杆螺槽制件的空隙相当小，因此CICT挤出机可实现较大的正挤出机可实现较大的正位移输送特性位移输送特性.反向旋转式双螺杆挤出机具有滚压式啮合。啮反向旋转式双螺杆挤出机具有滚压式啮合。啮合区的螺杆速度在同一方向。因此进入楔形区合区的螺杆速度在同一方向。因此进入楔形区的物料有强制通过啮合区的倾向。如果两螺杆的物料有强制通过啮合区的倾向。如果两螺杆制件的间隙相当小，则通过啮合区的流动是很制件的间隙相当小，则通过啮合区的流动是很小的。这时在啮合区的入口处产生储存物料的小的。这时在啮合区的入口处产生储存物料的料垄，进入缝隙的物料将对两根螺杆产生很大料垄，进入缝隙的物料将对两根螺杆产生很大的压力，致使螺杆挠曲的压力，致使螺杆挠曲反向旋转式双螺杆挤出机的啮合方式反向旋转式双螺杆挤出机的啮合方式-滚压式啮合滚压式啮合CICT挤出机是低速下运行的原因挤出机是低速下运行的原因.二、熔化二、熔化一般是指固态物质在加热下转变为液态的过程一般是指固态物质在加热下转变为液态的过程1 熔化机理熔化机理主要发源于个各种间隙的剪切力主要发源于个各种间隙的剪切力在固体输送区，固体料与料筒和螺杆的热表面之间的直接接触在固体输送区，固体料与料筒和螺杆的热表面之间的直接接触并受到加热。由于温度的升高，聚合物与金属表面之间的摩擦并受到加热。由于温度的升高，聚合物与金属表面之间的摩擦系数增加，直至粒子被拉入间隙那一点。进入间隙的粒子在运系数增加，直至粒子被拉入间隙那一点。进入间隙的粒子在运动表面之间受到碾磨，产生高的机械能耗而迅速熔化。通过间动表面之间受到碾磨，产生高的机械能耗而迅速熔化。通过间隙后，熔体与螺杆一起转动。由于拖曳力的作用，熔体将残余隙后，熔体与螺杆一起转动。由于拖曳力的作用，熔体将残余固体床推向啮合区固体床推向啮合区.此熔化机理存在的不足：此熔化机理存在的不足：这一机理使反向啮合的挤出机具有很短的熔化区，只有几个腔室。这一机理使反向啮合的挤出机具有很短的熔化区，只有几个腔室。对于实用目的，一般可以假定：熔化是瞬时发生的，熔化区的长度对于实用目的，一般可以假定：熔化是瞬时发生的，熔化区的长度可以略而不计可以略而不计对于不粘附壁面的材料，上述机理会出现偏差对于不粘附壁面的材料，上述机理会出现偏差在这种情况下，间隙的机械作用不足，挤出机的熔化区要更长些。在这种情况下，间隙的机械作用不足，挤出机的熔化区要更长些。一般认为，此情况的熔化机理是受简单的热穿透控制的一般认为，此情况的熔化机理是受简单的热穿透控制的.2 硬硬PVC的熔化的熔化100份份PVC树脂树脂2.5份二碱式硬脂酸铅份二碱式硬脂酸铅0.4份硬脂酸钙份硬脂酸钙0.3份蜡份蜡实验原料：实验原料：实验仪器：锥形双螺杆挤出机实验仪器：锥形双螺杆挤出机实验目的：研究硬实验目的：研究硬PVC的熔化的熔化.实验结果实验结果首先，在宏观上首先，在宏观上，从螺槽取样分析，可识别固体床和熔体池的特性，从螺槽取样分析，可识别固体床和熔体池的特性对于所研究的加工条件范围，熔化发生很突然，它是在熔化区开对于所研究的加工条件范围，熔化发生很突然，它是在熔化区开始的一个始的一个C形室内形室内.数据表明：数据表明：PVC颗粒在熔化前逐渐被压实；在熔化后，颗粒在熔化前逐渐被压实；在熔化后，将近口模出口处的密度会下降；温度越高，将近口模出口处的密度会下降；温度越高，密度则越低。密度则越低。从测定螺槽中物料的荧光强度（从测定螺槽中物料的荧光强度（FI）表明：）表明：FI是随固体料向计量区移动而增大，在发是随固体料向计量区移动而增大，在发生熔化前，达到最大值；接着，在熔化时生熔化前，达到最大值；接着，在熔化时则突然降低，直达模唇前；但随温度升高则突然降低，直达模唇前；但随温度升高而增大而增大.其次，在微观上其次，在微观上，一个肉眼可见的，一个肉眼可见的PVC树脂粉粒具有复杂的粒子层次形态树脂粉粒具有复杂的粒子层次形态包括包括熔化（凝胶化熔化（凝胶化熔化（凝胶化熔化（凝胶化/塑化）：塑化）：塑化）：塑化）：在加工时，粉状颗粒受到破坏而产生连续的分子网格的变化在加工时，粉状颗粒受到破坏而产生连续的分子网格的变化附聚物附聚物初级粒子初级粒子初级粒核初级粒核原始微粒原始微粒.A、缠结论者假定，分子缠结可提供网格形成的连接点、缠结论者假定，分子缠结可提供网格形成的连接点B、PVC粒子破换论者认为，粒子破换论者认为，PVC熔化过程可定义为初级粒子之间边熔化过程可定义为初级粒子之间边界消除的过程。界消除的过程。在较低温度下，由于热和剪切作用，颗粒崩溃成初级粒子；在较低温度下，由于热和剪切作用，颗粒崩溃成初级粒子；随着温度的升高，初级粒子可部分粉碎；随着温度的升高，初级粒子可部分粉碎；当加工温度更高时，初级粒子可全部被粉碎，晶体熔化，边界消失，当加工温度更高时，初级粒子可全部被粉碎，晶体熔化，边界消失，形成三维网络形成三维网络C、结晶论者认为，、结晶论者认为，PVC的初级粒子流动单元可以部分熔化，形成的初级粒子流动单元可以部分熔化，形成PVC的自由分子，并可在流动单元的边界缠结起来，这些缠结的分子的自由分子，并可在流动单元的边界缠结起来，这些缠结的分子在冷却时可以再结晶，形成二次微晶并把流动单元连接在一起而成大在冷却时可以再结晶，形成二次微晶并把流动单元连接在一起而成大的三维结构的三维结构.说明形成三维网络强弱对流动的影响。说明形成三维网络强弱对流动的影响。：用装有零长毛细管的流变仪，在温度：用装有零长毛细管的流变仪，在温度150和恒定剪切速率下，强的和恒定剪切速率下，强的三维网络三维网络PVC流动所需挤出压力高，而弱的三维网络则挤出压力低流动所需挤出压力高，而弱的三维网络则挤出压力低Summers提出的熔化模型提出的熔化模型.第三，在加工工艺上第三，在加工工艺上，熔化对，熔化对PVC制品的力学、物理和化学性能有制品的力学、物理和化学性能有重要影响。重要影响。如果熔化不足，制品中会含大量的未融化的初级粒子和附聚物，如果熔化不足，制品中会含大量的未融化的初级粒子和附聚物，致使冲击强度不够；致使冲击强度不够；如果熔化过度，如果熔化过度，PVC会部分降解，在冷却时会产生颇大的内应力，会部分降解，在冷却时会产生颇大的内应力，这两者都导致冲击强度降低这两者都导致冲击强度降低要获得良好的力学性能，颗粒的边界必须消失，初级粒子至少要部分被要获得良好的力学性能，颗粒的边界必须消失，初级粒子至少要部分被粉碎；要达到最佳力学性能，必须有适当的粉碎；要达到最佳力学性能，必须有适当的凝胶化温度凝胶化温度（或熔化度）（或熔化度）2、测定方法：流变法或差式扫描量热法、测定方法：流变法或差式扫描量热法（DSC）凝胶化度凝胶化度凝胶化度凝胶化度1、定义：是指初级粒子的熔化程度、定义：是指初级粒子的熔化程度.凝胶化开始在凝胶化开始在150左右，它受添加剂类型的影响，加工助剂和左右，它受添加剂类型的影响，加工助剂和DOP可促进凝胶化，而外润滑剂则会延缓凝胶化可促进凝胶化，而外润滑剂则会延缓凝胶化将干混料经不同温度滚压制品在流变仪上测得的硬将干混料经不同温度滚压制品在流变仪上测得的硬PVC的凝胶化曲线的凝胶化曲线表明表明.为了提高制品的质量和生产效率，应控制硬为了提高制品的质量和生产效率，应控制硬PVC在双螺杆挤出过程在双螺杆挤出过程中的凝胶化速率中的凝胶化速率用双螺杆挤出设备加工硬用双螺杆挤出设备加工硬PVC锥形双螺杆挤出机的温度设定锥形双螺杆挤出机的温度设定先借助挤出机的混合和剪切作先借助挤出机的混合和剪切作用完成预凝胶化（指颗粒的打用完成预凝胶化（指颗粒的打碎），再用特殊的混合元件使碎），再用特殊的混合元件使物料继续凝胶化和均化，最后物料继续凝胶化和均化，最后在模唇高温（在模唇高温（190）作用）作用下完成凝胶化下完成凝胶化.研究表明，凝胶化度会随着口模温度升高而提高研究表明，凝胶化度会随着口模温度升高而提高.综上所述，综上所述，PVC的熔化决不是在几个腔室瞬时完成的，的熔化决不是在几个腔室瞬时完成的，这对硬这对硬PVC制品生产控制很重要制品生产控制很重要通常，物料在离开口模前的高温加热达到所需凝胶化度，通常，物料在离开口模前的高温加热达到所需凝胶化度，从而保证了制品的冲击强度从而保证了制品的冲击强度conclusion.三、熔体流动三、熔体流动式中，式中，i为螺纹头数；为螺纹头数；N为螺杆转速；为螺杆转速；Uc为为C形室的容积形室的容积熔体在计量段的流动涉及两根螺杆啮合形成的熔体在计量段的流动涉及两根螺杆啮合形成的C形室及其间隙形室及其间隙1 1、C C形室形室形室形室如果各间隙为零，封闭在如果各间隙为零，封闭在C形室内的熔体将全部随形室内的熔体将全部随C形室运动而输形室运动而输至口模。这时反向啮合双螺杆的挤出量达到最大值，这时理论挤出至口模。这时反向啮合双螺杆的挤出量达到最大值，这时理论挤出量（量（Qc）为）为C形室的容积形室的容积式中，式中，Ds为螺杆直径；为螺杆直径；H为螺槽深度；为螺槽深度；w为螺纹宽度；为螺纹宽度；为螺旋角为螺旋角.熔体在封闭的熔体在封闭的C形室中流动，沿螺槽方向的速度为形室中流动，沿螺槽方向的速度为vz，横向速度为，横向速度为vx沿螺槽流动的速度分布方程为沿螺槽流动的速度分布方程为横向流动的速度分布方程为横向流动的速度分布方程为式中，式中，是螺旋角；是螺旋角；y是螺槽深度（是螺槽深度（H）方向的坐标；）方向的坐标；V0为料筒为料筒速度（速度（=DN）.螺槽中的速度分布曲线螺槽中的速度分布曲线这两种速度分布的相互作用，消除了任何可能的停滞层。这两种速度分布的相互作用，消除了任何可能的停滞层。而而C形室内的环状流动有利于传热和物料的均化形室内的环状流动有利于传热和物料的均化在螺槽较低部分熔体被螺杆根部拖曳在螺槽较低部分熔体被螺杆根部拖曳向前，同时在料筒的较高部位熔体则向前，同时在料筒的较高部位熔体则按相反方向流动，其间有一个停滞点。按相反方向流动，其间有一个停滞点。这样熔体沿螺槽方向形成环状流动。这样熔体沿螺槽方向形成环状流动。横向速度分布与沿螺槽方向类似。横向速度分布与沿螺槽方向类似。.由于需要机械间隙，由于需要机械间隙，C形室不是完全封闭的，甚至紧密啮形室不是完全封闭的，甚至紧密啮合的双螺杆也是这样。所以在挤出机有漏流发生。合的双螺杆也是这样。所以在挤出机有漏流发生。2 2、间隙及其漏流、间隙及其漏流、间隙及其漏流、间隙及其漏流两根螺杆啮合在一起，会形成的间隙两根螺杆啮合在一起，会形成的间隙径向间隙径向间隙四面体间隙四面体间隙 侧间隙侧间隙螺纹间隙螺纹间隙.径向间隙（即压延间隙）径向间隙（即压延间隙）：是指一根螺杆的螺纹顶部与另一根螺杆螺槽底部（根径）：是指一根螺杆的螺纹顶部与另一根螺杆螺槽底部（根径）之间的间隙，通过其间的漏流类似于压延机上的作用，故称之间的间隙，通过其间的漏流类似于压延机上的作用，故称为压延漏流（为压延漏流（Qc），可用下式计算），可用下式计算.侧间隙侧间隙：是指两根螺杆轴线所形成平面内两根螺杆螺纹面见的间隙，通过此：是指两根螺杆轴线所形成平面内两根螺杆螺纹面见的间隙，通过此间隙从啮合区的上侧边到下侧边的流动称为侧（间隙）漏流（间隙从啮合区的上侧边到下侧边的流动称为侧（间隙）漏流（Qs）计算方程为计算方程为.四面体间隙四面体间隙：是指在大多数双螺杆式挤出机中，螺纹侧壁不能垂直于螺槽底部：是指在大多数双螺杆式挤出机中，螺纹侧壁不能垂直于螺槽底部而成一而成一 角，从而使这些螺纹侧壁之间形成的间隙。角，从而使这些螺纹侧壁之间形成的间隙。在紧密啮合的双螺杆中，这种间隙近似地为一个四面体，在接近通在紧密啮合的双螺杆中，这种间隙近似地为一个四面体，在接近通过两根螺杆轴线的平面时，这种间隙是非常窄而长，在啮合区末端过两根螺杆轴线的平面时，这种间隙是非常窄而长，在啮合区末端则短而宽则短而宽.四面体间隙对于挤出机中一根螺杆与另一根螺杆之间物料的混合特别四面体间隙对于挤出机中一根螺杆与另一根螺杆之间物料的混合特别重要，因为它是物料直接由一根螺杆输送到另一根螺杆的唯一间隙重要，因为它是物料直接由一根螺杆输送到另一根螺杆的唯一间隙流经此间隙的漏流称为四面体漏流流经此间隙的漏流称为四面体漏流式中，式中，为侧面角，为侧面角，p为四面体间隙的压力差为四面体间隙的压力差.式中，为重叠角，式中，为重叠角，R为螺杆外半径，为螺杆外半径，N为螺杆速度；为螺杆速度；S为螺距；为螺距；p为两个连续的为两个连续的C形室空间因口模压力而产生的压力差形室空间因口模压力而产生的压力差螺纹间隙螺纹间隙：是螺纹顶部与料筒内壁之间的间隙，通过此间隙的漏流称为螺纹漏流：是螺纹顶部与料筒内壁之间的间隙，通过此间隙的漏流称为螺纹漏流.3 3、挤出量、挤出量、挤出量、挤出量由于双螺杆啮合过程中存在四个间隙，从而产生四种漏流。因此，由于双螺杆啮合过程中存在四个间隙，从而产生四种漏流。因此，双螺杆挤出机的实际挤出量（双螺杆挤出机的实际挤出量（Q）必然较理论挤出量（）必然较理论挤出量（Qc）低，）低，即实际挤出量为即实际挤出量为.改变四面体间隙（以螺纹壁面角改变四面体间隙（以螺纹壁面角 表示）表示）压延间隙（压延间隙（）螺纹间隙（螺纹间隙（）侧间隙（侧间隙（）等对牛顿流体充满挤出段的无因次挤出量（等对牛顿流体充满挤出段的无因次挤出量（Q/2iNUc）-无因次口模压力（无因次口模压力（p/N）特性线的影响）特性线的影响挤出量与压力的关系极大依赖于螺杆的几何形状挤出量与压力的关系极大依赖于螺杆的几何形状对于螺杆几何形状对挤出量的影响对于螺杆几何形状对挤出量的影响.第二节第二节第二节第二节 高速同向（旋转）啮合型高速同向（旋转）啮合型高速同向（旋转）啮合型高速同向（旋转）啮合型 双螺杆挤出机内的流动双螺杆挤出机内的流动双螺杆挤出机内的流动双螺杆挤出机内的流动同同同同向向向向啮啮啮啮合合合合双双双双螺螺螺螺杆杆杆杆挤挤挤挤出出出出机机机机3、功能、功能：输送、熔化、分配混合和分散混合、熔体脱出挥发物以及加压：输送、熔化、分配混合和分散混合、熔体脱出挥发物以及加压1、主要用途、主要用途：特种聚合物加工操作（混料、脱气和化学反应）：特种聚合物加工操作（混料、脱气和化学反应）2、螺杆结构的组成、螺杆结构的组成：螺纹元件、控合盘元件和齿形元件等螺杆元件：螺纹元件、控合盘元件和齿形元件等螺杆元件.组合式螺杆料筒组合式螺杆料筒.4、螺杆元件及其主要功能、螺杆元件及其主要功能同同同同向向向向啮啮啮啮合合合合双双双双螺螺螺螺杆杆杆杆挤挤挤挤出出出出机机机机螺纹是左旋的，其输送方向与挤出方向相反螺纹是左旋的，其输送方向与挤出方向相反首先，螺纹元件是输送物料的元件首先，螺纹元件是输送物料的元件正向螺纹元件正向螺纹元件反向螺纹元件反向螺纹元件正向螺纹元件正向螺纹元件定义：螺纹是右旋的，其输送方向与挤出机方向相同，但其螺定义：螺纹是右旋的，其输送方向与挤出机方向相同，但其螺纹顶部宽度、螺纹头数、导程和啮合程度可以变化纹顶部宽度、螺纹头数、导程和啮合程度可以变化实例：螺槽和螺纹顶部宽近似相等的螺纹元件；螺纹顶部宽度实例：螺槽和螺纹顶部宽近似相等的螺纹元件；螺纹顶部宽度很小、紧密配合的自洁式螺纹元件，是目前最流行而有较强的很小、紧密配合的自洁式螺纹元件，是目前最流行而有较强的输送作用，由它组装的挤出机称为紧密自洁同向旋转式挤出机输送作用，由它组装的挤出机称为紧密自洁同向旋转式挤出机反向螺纹元件反向螺纹元件.正向螺纹元件正向螺纹元件.第二，捏合盘元件是剪切元件第二，捏合盘元件是剪切元件它的剪切作用强度取决于它有几个突棱、形状、尺寸精度及其它的剪切作用强度取决于它有几个突棱、形状、尺寸精度及其与料筒之间的间隙，也取决于由捏合盘所组成的捏合块的特征与料筒之间的间隙，也取决于由捏合盘所组成的捏合块的特征参数，它包括总长度、捏合盘数量、捏合盘间的错列角参数，它包括总长度、捏合盘数量、捏合盘间的错列角分类分类定义定义说明说明正向捏合块正向捏合块错列安装的控合盘形成的螺错列安装的控合盘形成的螺旋角与正向螺纹元件的螺旋旋角与正向螺纹元件的螺旋方向一致方向一致输送方向与挤输送方向与挤出方向一致出方向一致反向捏合块反向捏合块错列安装的捏合盘形成的螺错列安装的捏合盘形成的螺旋角与反向螺纹元件的螺旋旋角与反向螺纹元件的螺旋方向一致方向一致物料输送方向物料输送方向与挤出方向相与挤出方向相反反中性捏合块中性捏合块对二头捏合盘，错列角为对二头捏合盘，错列角为9090；对三头捏合盘，错列；对三头捏合盘，错列角为角为6060而形成的捏合块而形成的捏合块对物料无轴向对物料无轴向输送能力输送能力捏捏合合块块的的分分类类.正向捏合块正向捏合块应注意的是，捏合盘不能单个使用，而是成对使用和成串使用应注意的是，捏合盘不能单个使用，而是成对使用和成串使用.它们是由一个或系列带齿的盘组成，将一根螺杆上的齿形盘它们是由一个或系列带齿的盘组成，将一根螺杆上的齿形盘插入另一根螺杆的两齿形盘之间插入另一根螺杆的两齿形盘之间第三，齿形元件是一类混合元件第三，齿形元件是一类混合元件直盘齿形元件直盘齿形元件 斜盘齿形元件斜盘齿形元件.在非交错区，齿可进行分流，增加界面，有利于分配混合；在非交错区，齿可进行分流，增加界面，有利于分配混合；在交错区，两根螺杆上的齿形盘可以对料流进行剪切，有利在交错区，两根螺杆上的齿形盘可以对料流进行剪切，有利于分配混合。于分配混合。如果两根螺杆上的齿形盘元件的间隙很小，因相互间的相对如果两根螺杆上的齿形盘元件的间隙很小，因相互间的相对速度很大，会产生很高的剪切速率，则有利于分散混合速度很大，会产生很高的剪切速率，则有利于分散混合.第四，新型螺杆元件是有特定功能的，如大螺纹元件等第四，新型螺杆元件是有特定功能的，如大螺纹元件等用有限类型和数量的螺杆元件与料筒元件所组合的同向啮合型用有限类型和数量的螺杆元件与料筒元件所组合的同向啮合型双螺杆挤出机，不仅要具有不同功能的螺杆区段，而且在整体双螺杆挤出机，不仅要具有不同功能的螺杆区段，而且在整体上能达到所要求的混合效果上能达到所要求的混合效果.一固体输送固体输送固体物料经计量装置落入加料口后，左边那根螺杆将物料代入固体物料经计量装置落入加料口后，左边那根螺杆将物料代入楔形区楔形区，物料受到压缩，然后被另一根螺杆拾起，物料受到压缩，然后被另一根螺杆拾起这个过程是靠摩擦力来向前输送的这个过程是靠摩擦力来向前输送的固体物料的运动过程固体物料的运动过程可造成物料可造成物料扭转约束扭转约束，从而，从而减少物料螺槽中的转动，增减少物料螺槽中的转动，增加轴向输送加轴向输送1 输送机理输送机理.正位移输送正位移输送:由于螺纹顶部有一定宽度，物料受阻而有利于正位移输送由于螺纹顶部有一定宽度，物料受阻而有利于正位移输送随单位长度上螺纹头数的选择而变化。楔形角越大，扭转约束越随单位长度上螺纹头数的选择而变化。楔形角越大，扭转约束越大，从一根螺杆向另一根螺杆传送物料的楔形区横截面减小也越大大，从一根螺杆向另一根螺杆传送物料的楔形区横截面减小也越大螺纹顶部狭窄的螺杆对扭转约束贡献很小，而螺纹顶部宽阔的螺螺纹顶部狭窄的螺杆对扭转约束贡献很小，而螺纹顶部宽阔的螺杆会引起物料流动方向急剧变化，出现较大的扭转约束杆会引起物料流动方向急剧变化，出现较大的扭转约束影响楔形区扭转约束的因素影响楔形区扭转约束的因素输送角输送角：是指螺杆轴的垂直线与物料实际输送方向之间的夹角。：是指螺杆轴的垂直线与物料实际输送方向之间的夹角。它是描述固体物料在挤出机中的流动行为它是描述固体物料在挤出机中的流动行为.一般认为同向啮合型双螺杆挤出机既具有一定的正位移输送能一般认为同向啮合型双螺杆挤出机既具有一定的正位移输送能力，也有摩擦、黏性拖曳输送，其输送机理介于单螺杆挤出机力，也有摩擦、黏性拖曳输送，其输送机理介于单螺杆挤出机和反向全啮合型双螺杆挤出机之间和反向全啮合型双螺杆挤出机之间综上所述综上所述.2 螺纹元件的构型螺纹元件的构型分类分类说明说明单头单头具有高的固体输送能力，因为对楔形区物料有大的具有高的固体输送能力，因为对楔形区物料有大的扭转约束。当物料有足够的内摩擦力时，单头螺纹扭转约束。当物料有足够的内摩擦力时，单头螺纹改进了加料性能，从而增加了输送能力改进了加料性能，从而增加了输送能力双头双头具有深螺槽，导致单位长度上的自由体积大，平均具有深螺槽，导致单位长度上的自由体积大，平均剪切速率低，它用于表观黏度低的物料，含玻璃纤剪切速率低，它用于表观黏度低的物料，含玻璃纤维组分的物料，以及对剪切或温度敏感的物料维组分的物料，以及对剪切或温度敏感的物料三头三头具有较浅的螺槽，较高的平均剪切速率和较好的热具有较浅的螺槽，较高的平均剪切速率和较好的热传递，它不宜用于对剪切敏感的材料或玻璃纤维增传递，它不宜用于对剪切敏感的材料或玻璃纤维增强工艺强工艺.螺纹元件的导程及螺纹旋向也影响输送性能螺纹元件的导程及螺纹旋向也影响输送性能可见，增大正向螺纹元件的导程，会加快输送，但建压能力会有可见，增大正向螺纹元件的导程，会加快输送，但建压能力会有所下降。至于左旋螺纹元件，若将其设置在某一位置，可以形成所下降。至于左旋螺纹元件，若将其设置在某一位置，可以形成对熔体池的密封，建立压力，以及促进熔化和增强混合的作用对熔体池的密封，建立压力，以及促进熔化和增强混合的作用.二二 熔化熔化熔化是同向啮合型双螺杆挤出过程中一个重要阶段，它涉及固熔化是同向啮合型双螺杆挤出过程中一个重要阶段，它涉及固体料如何转变为熔体料，也涉及用怎样的螺杆构型使固体物料体料如何转变为熔体料，也涉及用怎样的螺杆构型使固体物料均匀而快速地熔化均匀而快速地熔化1 熔化机理熔化机理塑化段螺杆构型多样，加之熔化过程的复杂性，研究者所提出的塑化段螺杆构型多样，加之熔化过程的复杂性，研究者所提出的熔化机理并不一致。例如：熔化机理并不一致。例如：BurkhardtToddCurryPotenteBusby.BurkhardtBurkhardt认为认为认为认为在双螺杆挤出机中的熔化与单螺杆由以下相似之处在双螺杆挤出机中的熔化与单螺杆由以下相似之处固体熔结和熔体膜的形成发生于料筒内壁，同时在固体物料固体熔结和熔体膜的形成发生于料筒内壁，同时在固体物料中产生内摩擦中产生内摩擦推进螺纹的一侧将熔体刮下，同时熔体膜在螺纹顶部与料筒推进螺纹的一侧将熔体刮下，同时熔体膜在螺纹顶部与料筒之间的间隙区一级控和块顶部区域受到剪切应力的作用之间的间隙区一级控和块顶部区域受到剪切应力的作用物料在推进螺纹一侧堆积，并在料筒和螺纹间的辊压作用下物料在推进螺纹一侧堆积，并在料筒和螺纹间的辊压作用下受到剪切受到剪切固体物料混入熔体池中而熔化，熔体被挤压进固体粒之间而固体物料混入熔体池中而熔化，熔体被挤压进固体粒之间而实现热熔体与固体物料之间的热传递实现热熔体与固体物料之间的热传递.ToddTodd用剖分式料筒对控合块中聚合物的熔化过程进行研究，他用剖分式料筒对控合块中聚合物的熔化过程进行研究，他认为熔化是由于粒子间相互摩擦所产生的热能所引起的。由于认为熔化是由于粒子间相互摩擦所产生的热能所引起的。由于螺杆旋转引起容积截面的压缩和膨胀，从而产生了受压固体床螺杆旋转引起容积截面的压缩和膨胀，从而产生了受压固体床的强迫振荡流动，进而引起粒子间的摩擦。当粒料尺寸较大时，的强迫振荡流动，进而引起粒子间的摩擦。当粒料尺寸较大时，可借以下方式将粒径变小可借以下方式将粒径变小相邻粒子间的研磨相邻粒子间的研磨粒子间局部摩擦所引起的软化和剥层粒子间局部摩擦所引起的软化和剥层粒子在局部高剪切和高拉伸力下完全变形和破碎粒子在局部高剪切和高拉伸力下完全变形和破碎.CurryCurry等人对多种聚合物在控合块中的熔化机理进行了研究等人对多种聚合物在控合块中的熔化机理进行了研究发现无定形聚合物在剪切流动中所引起的黏性耗散下熔化，而结发现无定形聚合物在剪切流动中所引起的黏性耗散下熔化，而结晶性聚合物则经历了固体床的形成、破裂，以及固体床粒子悬浮晶性聚合物则经历了固体床的形成、破裂，以及固体床粒子悬浮于熔体中等几个阶段。熔化的能量来自黏性耗散和料筒的热传导于熔体中等几个阶段。熔化的能量来自黏性耗散和料筒的热传导PotentePotente对物料在不同控合块中的熔化进行研究，提出了一种简化模对物料在不同控合块中的熔化进行研究，提出了一种简化模型：在固体输送区，聚合物粒料在热空气对流作用下预热；假定在型：在固体输送区，聚合物粒料在热空气对流作用下预热；假定在熔化起始点处聚合物粒料被压实并被熔体湿润，然后在等效槽深的熔化起始点处聚合物粒料被压实并被熔体湿润，然后在等效槽深的螺杆中熔化，残留固体集中在螺槽底部，熔体则汇集在残留固体床螺杆中熔化，残留固体集中在螺槽底部，熔体则汇集在残留固体床上方一致到料筒内表面；熔化的主要能量来自黏性耗散上方一致到料筒内表面；熔化的主要能量来自黏性耗散.BusbyBusby对对PC/ABS共混体系的熔化进行了研究，发现在螺纹输送元共混体系的熔化进行了研究，发现在螺纹输送元件中，聚合物可能发生变形或破裂；在大导程螺纹元件中，聚合件中，聚合物可能发生变形或破裂；在大导程螺纹元件中，聚合物粒子的初始变形出现在啮合区或螺纹元件与料筒的间隙中；在物粒子的初始变形出现在啮合区或螺纹元件与料筒的间隙中；在螺槽部分充满区的料筒内表面处发现了熔体膜；当固体粒子被压螺槽部分充满区的料筒内表面处发现了熔体膜；当固体粒子被压实并输送到控合块的啮合区，大量熔化开始发生实并输送到控合块的啮合区，大量熔化开始发生.2 螺杆的构型螺杆的构型将螺纹元件、控合盘、啮合元件及轴向节流阀等适当组合可将螺纹元件、控合盘、啮合元件及轴向节流阀等适当组合可以用来熔化塑料。以用来熔化塑料。熔化给定塑料的最佳构型取决于塑料粒子的大小、比热容、熔点熔化给定塑料的最佳构型取决于塑料粒子的大小、比热容、熔点和熔体的黏度等。其目的是在给定温度下均匀熔化。和熔体的黏度等。其目的是在给定温度下均匀熔化。.在加工黏度分布较宽的物料时，可利用径向节流阀调整熔化段在加工黏度分布较宽的物料时，可利用径向节流阀调整熔化段的效率，这样就不需改变螺杆构型，同时还可提高混合生产线的效率，这样就不需改变螺杆构型，同时还可提高混合生产线的经济效益。的经济效益。为防止高黏度聚合物对螺杆结构产生的剪切破坏，应完全打开为防止高黏度聚合物对螺杆结构产生的剪切破坏，应完全打开节流阀；若采用同样的螺杆构型来加工低粘度物料，必须关闭节流阀；若采用同样的螺杆构型来加工低粘度物料，必须关闭节流阀，以保证加工过程中有足够的能量输入。节流阀，以保证加工过程中有足够的能量输入。另外，要使螺纹周围充满熔化另外，要使螺纹周围充满熔化物料，应在节流阀上游产生一物料，应在节流阀上游产生一个压力区，增加能量耗散。个压力区，增加能量耗散。.三三熔体流动熔体流动输送机理：输送机理：取决于纵向开口的程度。如果纵向开口越大，正位移输送损失越大，取决于纵向开口的程度。如果纵向开口越大，正位移输送损失越大，黏性拖曳机理所起的作用越大；反之，则正位移输送大黏性拖曳机理所起的作用越大；反之，则正位移输送大塑料在计量段的流动涉及熔体输送和螺杆构型塑料在计量段的流动涉及熔体输送和螺杆构型1 熔体输送熔体输送.对于螺纹元件的熔体输送，简化模型是等温牛顿模型，将两螺杆对于螺纹元件的熔体输送，简化模型是等温牛顿模型，将两螺杆轴线的截面内的熔体输送看成是由螺槽区和楔形区来完成的轴线的截面内的熔体输送看成是由螺槽区和楔形区来完成的简化模型简化模型由螺杆表面和料筒内表面界定由螺杆表面和料筒内表面界定由螺杆表面界定由螺杆表面界定.将螺槽和料筒展开，料筒平板以将螺槽和料筒展开，料筒平板以 的速度相对于展开的的速度相对于展开的螺槽运动。螺槽运动。第一，考虑第第一，考虑第I区的熔体输送。区的熔体输送。假定假定螺槽较浅、顶角也小，则其环形空间的流动可以简化成料筒螺槽较浅、顶角也小，则其环形空间的流动可以简化成料筒周长周长De的等效单螺杆流动。的等效单螺杆流动。它在沿螺槽方向的分量它在沿螺槽方向的分量 对物料产生拖曳流动，以对物料产生拖曳流动，以QD表示其表示其流率，则流率，则式中，式中，i为螺纹头数，为螺纹头数，FD为拖曳流动形状因子，为拖曳流动形状因子，Hmax为最大螺槽深度，为最大螺槽深度，W为螺槽宽度为螺槽宽度.式中，式中，为中心距与螺杆半径之比，为中心距与螺杆半径之比，为螺旋角为螺旋角若沿螺槽方向的压力梯度为若沿螺槽方向的压力梯度为dp/dz，则沿螺槽方向产生的逆流，则沿螺槽方向产生的逆流，其流率为其流率为若沿螺槽方向的压力梯度为若沿螺槽方向的压力梯度为dp/dz，可用沿螺杆轴线方向压力梯度，可用沿螺杆轴线方向压力梯度p/l代替，即代替，即.在在 O1SO2T区域内螺杆制件的自由截面积是两根螺杆相对位置的函区域内螺杆制件的自由截面积是两根螺杆相对位置的函数。如假定数。如假定Aa为平均自由截面积，则通过这个区域的流率为为平均自由截面积，则通过这个区域的流率为式中，式中，ka为楔形区流动系数，它是螺纹头数和为楔形区流动系数，它是螺纹头数和 的函数的函数第二，考虑第第二，考虑第II区的熔体输送。区的熔体输送。假定流体在假定流体在O1SO2T的自由体积内的的自由体积内的输送可以看成由输送器的两根螺杆完输送可以看成由输送器的两根螺杆完成的。换言之，螺杆每转一转，流体成的。换言之，螺杆每转一转，流体移动距离等于一个导程（移动距离等于一个导程（t）。因而）。因而该区物料的轴向移动速度为该区物料的轴向移动速度为.第三，求出总流率第三，求出总流率Q，即，即式中，式中，CD为拖曳流动系数；为拖曳流动系数；CP为逆流系数；为逆流系数；A、B为常数为常数在给定螺纹元件构型下，总流率由两部分组成：在给定螺纹元件构型下，总流率由两部分组成：一部分与螺杆转数成正比；另一部分与压力降成正比一部分与螺杆转数成正比；另一部分与压力降成正比.2 计量段螺杆的构型计量段螺杆的构型熔体充满螺杆的长度熔体充满螺杆的长度取决于物料的黏度、螺纹导程、螺杆转速、产量和压力取决于物料的黏度、螺纹导程、螺杆转速、产量和压力回溯长度以小螺纹导程或单头螺纹元件为最短。小螺纹导程回溯长度以小螺纹导程或单头螺纹元件为最短。小螺纹导程可在单位长度上提供最多的螺纹数，单头螺纹元件可提供宽可在单位长度上提供最多的螺纹数，单头螺纹元件可提供宽的螺纹顶部以阻止漏流的螺纹顶部以阻止漏流为了获得一定形状的挤出物，在计量段必须建立适当压力。为了获得一定形状的挤出物，在计量段必须建立适当压力。这种压力来自螺槽连续充满的能力这种压力来自螺槽连续充满的能力回溯长度回溯长度回溯长度回溯长度.四四混合混合基本类型基本类型定义定义实现方式实现方式 分散混合分散混合是指固体物料、聚合是指固体物料、聚合物凝胶及液滴等粒子物凝胶及液滴等粒子尺寸减小的过程尺寸减小的过程主要通过剪切力作用主要通过剪切力作用于单个粒子而获得于单个粒子而获得分配混合分配混合是指使粒子在空间的是指使粒子在空间的分布实现均匀化分布实现均匀化主要通过分流、拉伸、主要通过分流、拉伸、扭曲和流体的重新取扭曲和流体的重新取向作用实现向作用实现.用于混合的最基本螺杆元件：捏合块和齿形元件用于混合的最基本螺杆元件：捏合块和齿形元件捏合块捏合块捏合块捏合块捏合块能够同时进行分散混合和分配混合捏合块能够同时进行分散混合和分配混合混合的相对强度取决于捏合盘的错列角的混合的相对强度取决于捏合盘的错列角的大小和宽度大小和宽度.错列角错列角越大，两相邻盘之间的开口越大，漏流越易产生越大，两相邻盘之间的开口越大，漏流越易产生如果是正向捏合块，增大错列角，会降低输送能力，增大充满度，如果是正向捏合块，增大错列角，会降低输送能力，增大充满度，延长停留时间。延长停留时间。如果是反向啮合块，增大错列角，会减少输送的阻碍。如果是反向啮合块，增大错列角，会减少输送的阻碍。如果是中性捏合块，开后最大时会使正向和反向物料输送平衡。如果是中性捏合块，开后最大时会使正向和反向物料输送平衡。因此错列角的大小会影响混合性能因此错列角的大小会影响混合性能捏合盘捏合盘宽度对混合性能的影响宽度对混合性能的影响错列角不变，捏合盘宽度增大，分散混合作用增强，而分配混合效错列角不变，捏合盘宽度增大，分散混合作用增强，而分配混合效果降低。果降低。在盘数相同下，错列角、宽度不同的捏合