第五章四川大學(xué)高分子流變

1、2021/8/141第五章第五章雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的流動雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的流動2021/8/1421234Contents2021/8/143概述概述雙雙螺螺桿桿擠擠出出機(jī)機(jī)1、定義、定義2、主要應(yīng)用領(lǐng)域、主要應(yīng)用領(lǐng)域3、分類、分類：一般是指在一根兩相交孔組成：一般是指在一根兩相交孔組成“”“”截面的料筒內(nèi)由兩截面的料筒內(nèi)由兩根相互嚙合或相切的阿基米德螺桿構(gòu)成的擠出裝置根相互嚙合或相切的阿基米德螺桿構(gòu)成的擠出裝置：熱敏性塑料的成型，如型材、管材和片材等；：熱敏性塑料的成型，如型材、管材和片材等；特種聚合物加工操作，如混料、排氣、化學(xué)反應(yīng)等特種聚合物加工操作，如混料、排氣、化學(xué)反應(yīng)等Erdmerger

2、分類法分類法Rauwendaal分類法分類法2021/8/144Erdmerger分類法分類法2021/8/145Rauwendaal分類法分類法2021/8/146主要用途：聚氯乙烯加工主要用途：聚氯乙烯加工按螺桿的外形，擠出機(jī)分為按螺桿的外形，擠出機(jī)分為平行雙螺桿平行雙螺桿（即圓柱形螺桿）（即圓柱形螺桿）錐形雙螺桿錐形雙螺桿2021/8/147螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件。為適應(yīng)物料在擠出過程中螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件。為適應(yīng)物料在擠出過程中狀態(tài)的變化，整根螺桿應(yīng)分為若干區(qū)段狀態(tài)的變化，整根螺桿應(yīng)分為若干區(qū)段分段分段作用作用加料段加料段將干混料定量地輸送到塑化段，同時(shí)使物料得到少將干混料定量地輸送

3、到塑化段，同時(shí)使物料得到少許預(yù)熱許預(yù)熱塑化段塑化段使物料加熱、結(jié)團(tuán)成塊使物料加熱、結(jié)團(tuán)成塊限流段限流段一方面將塑化段和排氣段分開；一方面將塑化段和排氣段分開；另一方面，有促進(jìn)塑化的效果另一方面，有促進(jìn)塑化的效果排氣段排氣段排出揮發(fā)性物質(zhì)以及預(yù)塑化物料中所夾帶的氣體排出揮發(fā)性物質(zhì)以及預(yù)塑化物料中所夾帶的氣體計(jì)量段計(jì)量段物料完成塑化過程，并建立起克服口模阻力的壓力物料完成塑化過程，并建立起克服口模阻力的壓力2021/8/148一、固體輸送一、固體輸送輸送機(jī)理輸送機(jī)理在兩根螺桿的相互嚙合處，一根螺桿的螺紋插入另一根在兩根螺桿的相互嚙合處，一根螺桿的螺紋插入另一根螺桿的螺槽中，使連續(xù)的螺槽被分為相互間

4、隔的螺桿的螺槽中，使連續(xù)的螺槽被分為相互間隔的C型室。型室。螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，隨著嚙合部分的軸向移動，螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，隨著嚙合部分的軸向移動，C型室沿著軸型室沿著軸向移動，螺桿每轉(zhuǎn)一圈，向移動，螺桿每轉(zhuǎn)一圈，C型室則向前移一個(gè)導(dǎo)程的距型室則向前移一個(gè)導(dǎo)程的距離；離；C型室中的物料也被嚙合螺紋推向前移型室中的物料也被嚙合螺紋推向前移2021/8/149反向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿反向旋轉(zhuǎn)全嚙合雙螺桿：輸送過程中不會產(chǎn)生逆流或滯留，因此具有最大的正位移輸送：輸送過程中不會產(chǎn)生逆流或滯留，因此具有最大的正位移輸送正位移輸送正位移輸送：像齒輪泵一樣是強(qiáng)制輸送的：像齒輪泵一樣是強(qiáng)制輸送的緊密嚙合反向旋轉(zhuǎn)（緊密嚙合反向旋轉(zhuǎn)

5、（CICT）式雙螺桿擠出機(jī)）式雙螺桿擠出機(jī)：螺紋外形與螺槽是緊密配合的，整個(gè)嚙合區(qū)的橫截面表明兩：螺紋外形與螺槽是緊密配合的，整個(gè)嚙合區(qū)的橫截面表明兩螺桿螺槽制件的空隙相當(dāng)小，因此螺桿螺槽制件的空隙相當(dāng)小，因此CICT擠出機(jī)可實(shí)現(xiàn)較大的正擠出機(jī)可實(shí)現(xiàn)較大的正位移輸送特性位移輸送特性2021/8/1410反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)具有滾壓式嚙合。嚙反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)具有滾壓式嚙合。嚙合區(qū)的螺桿速度在同一方向。因此進(jìn)入楔形區(qū)合區(qū)的螺桿速度在同一方向。因此進(jìn)入楔形區(qū)的物料有強(qiáng)制通過嚙合區(qū)的傾向。如果兩螺桿的物料有強(qiáng)制通過嚙合區(qū)的傾向。如果兩螺桿制件的間隙相當(dāng)小，則通過嚙合區(qū)的流動是很制件的間隙相當(dāng)小

6、，則通過嚙合區(qū)的流動是很小的。這時(shí)在嚙合區(qū)的入口處產(chǎn)生儲存物料的小的。這時(shí)在嚙合區(qū)的入口處產(chǎn)生儲存物料的料壟，進(jìn)入縫隙的物料將對兩根螺桿產(chǎn)生很大料壟，進(jìn)入縫隙的物料將對兩根螺桿產(chǎn)生很大的壓力，致使螺桿撓曲的壓力，致使螺桿撓曲反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)的嚙合方式反向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)的嚙合方式-滾壓式嚙合滾壓式嚙合CICT擠出機(jī)是低速下運(yùn)行的原因擠出機(jī)是低速下運(yùn)行的原因2021/8/1411二、熔化二、熔化一般是指固態(tài)物質(zhì)在加熱下轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程一般是指固態(tài)物質(zhì)在加熱下轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程1 熔化機(jī)理熔化機(jī)理主要發(fā)源于個(gè)各種間隙的剪切力主要發(fā)源于個(gè)各種間隙的剪切力在固體輸送區(qū)，固體料與料筒和螺桿的熱表面

7、之間的直接接觸在固體輸送區(qū)，固體料與料筒和螺桿的熱表面之間的直接接觸并受到加熱。由于溫度的升高，聚合物與金屬表面之間的摩擦并受到加熱。由于溫度的升高，聚合物與金屬表面之間的摩擦系數(shù)增加，直至粒子被拉入間隙那一點(diǎn)。進(jìn)入間隙的粒子在運(yùn)系數(shù)增加，直至粒子被拉入間隙那一點(diǎn)。進(jìn)入間隙的粒子在運(yùn)動表面之間受到碾磨，產(chǎn)生高的機(jī)械能耗而迅速熔化。通過間動表面之間受到碾磨，產(chǎn)生高的機(jī)械能耗而迅速熔化。通過間隙后，熔體與螺桿一起轉(zhuǎn)動。由于拖曳力的作用，熔體將殘余隙后，熔體與螺桿一起轉(zhuǎn)動。由于拖曳力的作用，熔體將殘余固體床推向嚙合區(qū)固體床推向嚙合區(qū)2021/8/1412此熔化機(jī)理存在的不足：此熔化機(jī)理存在的不足：這

8、一機(jī)理使反向嚙合的擠出機(jī)具有很短的熔化區(qū)，只有幾個(gè)腔室。這一機(jī)理使反向嚙合的擠出機(jī)具有很短的熔化區(qū)，只有幾個(gè)腔室。對于實(shí)用目的，一般可以假定：熔化是瞬時(shí)發(fā)生的，熔化區(qū)的長度對于實(shí)用目的，一般可以假定：熔化是瞬時(shí)發(fā)生的，熔化區(qū)的長度可以略而不計(jì)可以略而不計(jì)對于不粘附壁面的材料，上述機(jī)理會出現(xiàn)偏差對于不粘附壁面的材料，上述機(jī)理會出現(xiàn)偏差在這種情況下，間隙的機(jī)械作用不足，擠出機(jī)的熔化區(qū)要更長些。在這種情況下，間隙的機(jī)械作用不足，擠出機(jī)的熔化區(qū)要更長些。一般認(rèn)為，此情況的熔化機(jī)理是受簡單的熱穿透控制的一般認(rèn)為，此情況的熔化機(jī)理是受簡單的熱穿透控制的2021/8/14132 硬硬PVC的熔化的熔化100

9、份份PVC樹脂樹脂2.5份二堿式硬脂酸鉛份二堿式硬脂酸鉛0.4份硬脂酸鈣份硬脂酸鈣0.3份蠟份蠟實(shí)驗(yàn)原料：實(shí)驗(yàn)原料：實(shí)驗(yàn)儀器：錐形雙螺桿擠出機(jī)實(shí)驗(yàn)儀器：錐形雙螺桿擠出機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯坑矊?shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯坑睵VC的熔化的熔化2021/8/1414實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果首先，在宏觀上首先，在宏觀上，從螺槽取樣分析，可識別固體床和熔體池的特性，從螺槽取樣分析，可識別固體床和熔體池的特性對于所研究的加工條件范圍，熔化發(fā)生很突然，它是在熔化區(qū)對于所研究的加工條件范圍，熔化發(fā)生很突然，它是在熔化區(qū)開始的一個(gè)開始的一個(gè)C形室內(nèi)形室內(nèi)2021/8/1415數(shù)據(jù)表明：數(shù)據(jù)表明：PVC顆粒在熔化前逐漸被壓實(shí)；在熔化后，顆粒

10、在熔化前逐漸被壓實(shí)；在熔化后，將近口模出口處的密度會下降；溫度越高，將近口模出口處的密度會下降；溫度越高，密度則越低。密度則越低。從測定螺槽中物料的熒光強(qiáng)度（從測定螺槽中物料的熒光強(qiáng)度（FI）表明：）表明：FI是隨固體料向計(jì)量區(qū)移動而增大，在發(fā)是隨固體料向計(jì)量區(qū)移動而增大，在發(fā)生熔化前，達(dá)到最大值；接著，在熔化時(shí)生熔化前，達(dá)到最大值；接著，在熔化時(shí)則突然降低，直達(dá)模唇前；但隨溫度升高則突然降低，直達(dá)模唇前；但隨溫度升高而增大而增大2021/8/1416其次，在微觀上其次，在微觀上，一個(gè)肉眼可見的，一個(gè)肉眼可見的PVC樹脂粉粒具有復(fù)雜的粒子層次形態(tài)樹脂粉粒具有復(fù)雜的粒子層次形態(tài)包括包括在加工時(shí)，

11、粉狀顆粒受到破壞而產(chǎn)生連續(xù)的分子網(wǎng)格的變化在加工時(shí)，粉狀顆粒受到破壞而產(chǎn)生連續(xù)的分子網(wǎng)格的變化附聚物附聚物初級粒子初級粒子初級粒核初級粒核原始微粒原始微粒2021/8/1417A、纏結(jié)論者假定，分子纏結(jié)可提供網(wǎng)格形成的連接點(diǎn)、纏結(jié)論者假定，分子纏結(jié)可提供網(wǎng)格形成的連接點(diǎn)B、PVC粒子破換論者認(rèn)為，粒子破換論者認(rèn)為，PVC熔化過程可定義為初級粒子之間邊熔化過程可定義為初級粒子之間邊界消除的過程。界消除的過程。在較低溫度下，由于熱和剪切作用，顆粒崩潰成初級粒子；在較低溫度下，由于熱和剪切作用，顆粒崩潰成初級粒子；隨著溫度的升高，初級粒子可部分粉碎；隨著溫度的升高，初級粒子可部分粉碎；當(dāng)加工溫度更高

12、時(shí)，初級粒子可全部被粉碎，晶體熔化，邊界消失，當(dāng)加工溫度更高時(shí)，初級粒子可全部被粉碎，晶體熔化，邊界消失，形成三維網(wǎng)絡(luò)形成三維網(wǎng)絡(luò)C、結(jié)晶論者認(rèn)為，、結(jié)晶論者認(rèn)為，PVC的初級粒子流動單元可以部分熔化，形成的初級粒子流動單元可以部分熔化，形成PVC的自由分子，并可在流動單元的邊界纏結(jié)起來，這些纏結(jié)的分子的自由分子，并可在流動單元的邊界纏結(jié)起來，這些纏結(jié)的分子在冷卻時(shí)可以再結(jié)晶，形成二次微晶并把流動單元連接在一起而成大在冷卻時(shí)可以再結(jié)晶，形成二次微晶并把流動單元連接在一起而成大的三維結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)2021/8/1418說明形成三維網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)弱對流動的影響。說明形成三維網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)弱對流動的影響。：用裝有零

13、長毛細(xì)管的流變儀，在溫度：用裝有零長毛細(xì)管的流變儀，在溫度150和恒定剪切速率下，強(qiáng)的和恒定剪切速率下，強(qiáng)的三維網(wǎng)絡(luò)三維網(wǎng)絡(luò)PVC流動所需擠出壓力高，而弱的三維網(wǎng)絡(luò)則擠出壓力低流動所需擠出壓力高，而弱的三維網(wǎng)絡(luò)則擠出壓力低Summers提出的熔化模型提出的熔化模型2021/8/1419第三，在加工工藝上第三，在加工工藝上，熔化對，熔化對PVC制品的力學(xué)、物理和化學(xué)性能制品的力學(xué)、物理和化學(xué)性能有重要影響。有重要影響。如果熔化不足，制品中會含大量的未融化的初級粒子和附聚物，如果熔化不足，制品中會含大量的未融化的初級粒子和附聚物，致使沖擊強(qiáng)度不夠；致使沖擊強(qiáng)度不夠；如果熔化過度，如果熔化過度，PV

14、C會部分降解，在冷卻時(shí)會產(chǎn)生頗大的內(nèi)應(yīng)力，會部分降解，在冷卻時(shí)會產(chǎn)生頗大的內(nèi)應(yīng)力，這兩者都導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度降低這兩者都導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度降低要獲得良好的力學(xué)性能，顆粒的邊界必須消失，初級粒子至少要部分要獲得良好的力學(xué)性能，顆粒的邊界必須消失，初級粒子至少要部分被粉碎；要達(dá)到最佳力學(xué)性能，必須有適當(dāng)?shù)谋环鬯?；要達(dá)到最佳力學(xué)性能，必須有適當(dāng)?shù)哪z化溫度凝膠化溫度（或熔化度）（或熔化度）2、測定方法：流變法或差式掃描量熱法（、測定方法：流變法或差式掃描量熱法（DSC）1、定義：是指初級粒子的熔化程度、定義：是指初級粒子的熔化程度2021/8/1420凝膠化開始在凝膠化開始在150左右，它受添加劑類型的影響，加

15、工助劑和左右，它受添加劑類型的影響，加工助劑和DOP可促進(jìn)凝膠化，而外潤滑劑則會延緩凝膠化可促進(jìn)凝膠化，而外潤滑劑則會延緩凝膠化將干混料經(jīng)不同溫度滾壓制品在流變儀上測得的硬將干混料經(jīng)不同溫度滾壓制品在流變儀上測得的硬PVC的凝膠化曲線的凝膠化曲線表明表明2021/8/1421為了提高制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，應(yīng)控制硬為了提高制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，應(yīng)控制硬PVC在雙螺桿擠出過程在雙螺桿擠出過程中的凝膠化速率中的凝膠化速率用雙螺桿擠出設(shè)備加工硬用雙螺桿擠出設(shè)備加工硬PVC錐形雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)定錐形雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)定先借助擠出機(jī)的混合和剪切作先借助擠出機(jī)的混合和剪切作用完成預(yù)凝膠化（指顆粒的打用

16、完成預(yù)凝膠化（指顆粒的打碎），再用特殊的混合元件使碎），再用特殊的混合元件使物料繼續(xù)凝膠化和均化，最后物料繼續(xù)凝膠化和均化，最后在模唇高溫（在模唇高溫（190）作用）作用下完成凝膠化下完成凝膠化2021/8/1422研究表明，凝膠化度會隨著口模溫度升高而提高研究表明，凝膠化度會隨著口模溫度升高而提高2021/8/1423綜上所述，綜上所述，PVC的熔化決不是在幾個(gè)腔室瞬時(shí)完成的，的熔化決不是在幾個(gè)腔室瞬時(shí)完成的，這對硬這對硬PVC制品生產(chǎn)控制很重要制品生產(chǎn)控制很重要通常，物料在離開口模前的高溫加熱達(dá)到所需凝膠化度，通常，物料在離開口模前的高溫加熱達(dá)到所需凝膠化度，從而保證了制品的沖擊強(qiáng)度從而保

17、證了制品的沖擊強(qiáng)度conclusion2021/8/1424三、熔體流動三、熔體流動式中，式中，i為螺紋頭數(shù)；為螺紋頭數(shù)；N為螺桿轉(zhuǎn)速；為螺桿轉(zhuǎn)速；Uc為為C形室的容積形室的容積熔體在計(jì)量段的流動涉及兩根螺桿嚙合形成的熔體在計(jì)量段的流動涉及兩根螺桿嚙合形成的C形室及其間隙形室及其間隙如果各間隙為零，封閉在如果各間隙為零，封閉在C形室內(nèi)的熔體將全部隨形室內(nèi)的熔體將全部隨C形室運(yùn)動而輸形室運(yùn)動而輸至口模。這時(shí)反向嚙合雙螺桿的擠出量達(dá)到最大值，這時(shí)理論擠至口模。這時(shí)反向嚙合雙螺桿的擠出量達(dá)到最大值，這時(shí)理論擠出量（出量（Qc）為）為2ccQiNUC形室的容積形室的容積式中，式中，Ds為螺桿直徑；為螺

18、桿直徑；H為螺槽深度；為螺槽深度；w為螺紋寬度；為螺紋寬度；為螺旋角為螺旋角/coscsUD Hw2021/8/1425熔體在封閉的熔體在封閉的C形室中流動，沿螺槽方向的速度為形室中流動，沿螺槽方向的速度為vz，橫向速度為，橫向速度為vx沿螺槽流動的速度分布方程為沿螺槽流動的速度分布方程為橫向流動的速度分布方程為橫向流動的速度分布方程為式中，式中， 是螺旋角；是螺旋角；y是螺槽深度（是螺槽深度（H）方向的坐標(biāo)；）方向的坐標(biāo)；V0為料筒為料筒速度（速度（=DN）2222013sincossincoszvyyyVHHH20sin342xvyyVHH2021/8/1426螺槽中的速度分布曲線螺槽中的

19、速度分布曲線這兩種速度分布的相互作用，消除了任何可能的停滯層。這兩種速度分布的相互作用，消除了任何可能的停滯層。而而C形室內(nèi)的環(huán)狀流動有利于傳熱和物料的均化形室內(nèi)的環(huán)狀流動有利于傳熱和物料的均化在螺槽較低部分熔體被螺桿根部拖曳在螺槽較低部分熔體被螺桿根部拖曳向前，同時(shí)在料筒的較高部位熔體則向前，同時(shí)在料筒的較高部位熔體則按相反方向流動，其間有一個(gè)停滯點(diǎn)。按相反方向流動，其間有一個(gè)停滯點(diǎn)。這樣熔體沿螺槽方向形成環(huán)狀流動。這樣熔體沿螺槽方向形成環(huán)狀流動。橫向速度分布與沿螺槽方向類似。橫向速度分布與沿螺槽方向類似。2021/8/1427由于需要機(jī)械間隙，由于需要機(jī)械間隙，C形室不是完全封閉的，甚至緊

20、密嚙形室不是完全封閉的，甚至緊密嚙合的雙螺桿也是這樣。所以在擠出機(jī)有漏流發(fā)生。合的雙螺桿也是這樣。所以在擠出機(jī)有漏流發(fā)生。兩根螺桿嚙合在一起，會形成的間隙兩根螺桿嚙合在一起，會形成的間隙徑向間隙徑向間隙四面體間隙四面體間隙 側(cè)間隙側(cè)間隙螺紋間隙螺紋間隙fctscQtQsQfQ2021/8/1428徑向間隙（即壓延間隙）徑向間隙（即壓延間隙）：是指一根螺桿的螺紋頂部與另一根螺桿螺槽底部（根徑）：是指一根螺桿的螺紋頂部與另一根螺桿螺槽底部（根徑）之間的間隙，通過其間的漏流類似于壓延機(jī)上的作用，故稱之間的間隙，通過其間的漏流類似于壓延機(jī)上的作用，故稱為壓延漏流（為壓延漏流（Qc），可用下式計(jì)算），可

21、用下式計(jì)算34()(2)36(2)2ccccpSwQNRHiRH2021/8/1429側(cè)間隙側(cè)間隙：是指兩根螺桿軸線所形成平面內(nèi)兩根螺桿螺紋面見的間隙，通過此：是指兩根螺桿軸線所形成平面內(nèi)兩根螺桿螺紋面見的間隙，通過此間隙從嚙合區(qū)的上側(cè)邊到下側(cè)邊的流動稱為側(cè)（間隙）漏流（間隙從嚙合區(qū)的上側(cè)邊到下側(cè)邊的流動稱為側(cè)（間隙）漏流（Qs）計(jì)算方程為計(jì)算方程為32522(2)()(tan)()(tan) cos12tantan1 0.630cos0.052cosscsccscscscccQNRHHp HHH2021/8/1430四面體間隙四面體間隙：是指在大多數(shù)雙螺桿式擠出機(jī)中，螺紋側(cè)壁不能垂直于螺槽底

22、部：是指在大多數(shù)雙螺桿式擠出機(jī)中，螺紋側(cè)壁不能垂直于螺槽底部而成一而成一 角，從而使這些螺紋側(cè)壁之間形成的間隙。角，從而使這些螺紋側(cè)壁之間形成的間隙。在緊密嚙合的雙螺桿中，這種間隙近似地為一個(gè)四面體，在接近通在緊密嚙合的雙螺桿中，這種間隙近似地為一個(gè)四面體，在接近通過兩根螺桿軸線的平面時(shí)，這種間隙是非常窄而長，在嚙合區(qū)末端過兩根螺桿軸線的平面時(shí)，這種間隙是非常窄而長，在嚙合區(qū)末端則短而寬則短而寬2021/8/1431四面體間隙對于擠出機(jī)中一根螺桿與另一根螺桿之間物料的混合特別四面體間隙對于擠出機(jī)中一根螺桿與另一根螺桿之間物料的混合特別重要，因?yàn)樗俏锪现苯佑梢桓輻U輸送到另一根螺桿的唯一間隙重

23、要，因?yàn)樗俏锪现苯佑梢桓輻U輸送到另一根螺桿的唯一間隙流經(jīng)此間隙的漏流稱為四面體漏流流經(jīng)此間隙的漏流稱為四面體漏流21.83tan0.00542sctHpRRHtan,2sSwHi 式中，式中， 為側(cè)面角，為側(cè)面角，p為四面體間隙的壓力差為四面體間隙的壓力差2021/8/1432式中，為重疊角，式中，為重疊角，R為螺桿外半徑，為螺桿外半徑，N為螺桿速度；為螺桿速度；S為螺距；為螺距；p為兩個(gè)連續(xù)的為兩個(gè)連續(xù)的C形室空間因口模壓力而產(chǎn)生的壓力差形室空間因口模壓力而產(chǎn)生的壓力差螺紋間隙螺紋間隙：是螺紋頂部與料筒內(nèi)壁之間的間隙，通過此間隙的漏流稱為螺紋漏流：是螺紋頂部與料筒內(nèi)壁之間的間隙，通過此間

24、隙的漏流稱為螺紋漏流32(2)326fffNSNSSQRwpwHi2021/8/1433由于雙螺桿嚙合過程中存在四個(gè)間隙，從而產(chǎn)生四種漏流。因此，由于雙螺桿嚙合過程中存在四個(gè)間隙，從而產(chǎn)生四種漏流。因此，雙螺桿擠出機(jī)的實(shí)際擠出量（雙螺桿擠出機(jī)的實(shí)際擠出量（Q）必然較理論擠出量（）必然較理論擠出量（Qc）低，）低，即實(shí)際擠出量為即實(shí)際擠出量為222 ()ctfcsQiNUQQi QQ2021/8/1434改變四面體間隙（以螺紋壁面角改變四面體間隙（以螺紋壁面角 表示）表示）壓延間隙（壓延間隙（ ）螺紋間隙（螺紋間隙（ ）側(cè)間隙（側(cè)間隙（ ）等對牛頓流體充滿擠出段的無因次擠出量（等對牛頓流體充滿擠

25、出段的無因次擠出量（Q/2iNUc）-無因次口模壓力（無因次口模壓力（p/N）特性線的影響）特性線的影響擠出量與壓力的關(guān)系極大依賴于螺桿的幾何形狀擠出量與壓力的關(guān)系極大依賴于螺桿的幾何形狀fcs對于螺桿幾何形狀對擠出量的影響對于螺桿幾何形狀對擠出量的影響2021/8/14353、功能、功能：輸送、熔化、分配混合和分散混合、熔體脫出揮發(fā)物以及加壓：輸送、熔化、分配混合和分散混合、熔體脫出揮發(fā)物以及加壓1、主要用途、主要用途：特種聚合物加工操作（混料、脫氣和化學(xué)反應(yīng)）：特種聚合物加工操作（混料、脫氣和化學(xué)反應(yīng)）2、螺桿結(jié)構(gòu)的組成、螺桿結(jié)構(gòu)的組成：螺紋元件、控合盤元件和齒形元件等螺桿元件：螺紋元件、

26、控合盤元件和齒形元件等螺桿元件2021/8/1436組合式螺桿料筒組合式螺桿料筒2021/8/14374、螺桿元件及其主要功能、螺桿元件及其主要功能螺紋是左旋的，其輸送方向與擠出方向相反螺紋是左旋的，其輸送方向與擠出方向相反首先，螺紋元件是輸送物料的元件首先，螺紋元件是輸送物料的元件正向螺紋元件正向螺紋元件反向螺紋元件反向螺紋元件正向螺紋元件正向螺紋元件定義：螺紋是右旋的，其輸送方向與擠出機(jī)方向相同，但其螺定義：螺紋是右旋的，其輸送方向與擠出機(jī)方向相同，但其螺紋頂部寬度、螺紋頭數(shù)、導(dǎo)程和嚙合程度可以變化紋頂部寬度、螺紋頭數(shù)、導(dǎo)程和嚙合程度可以變化實(shí)例：螺槽和螺紋頂部寬近似相等的螺紋元件；螺紋頂

27、部寬度實(shí)例：螺槽和螺紋頂部寬近似相等的螺紋元件；螺紋頂部寬度很小、緊密配合的自潔式螺紋元件，是目前最流行而有較強(qiáng)的很小、緊密配合的自潔式螺紋元件，是目前最流行而有較強(qiáng)的輸送作用，由它組裝的擠出機(jī)稱為緊密自潔同向旋轉(zhuǎn)式擠出機(jī)輸送作用，由它組裝的擠出機(jī)稱為緊密自潔同向旋轉(zhuǎn)式擠出機(jī)反向螺紋元件反向螺紋元件2021/8/1438正向螺紋元件正向螺紋元件2021/8/1439第二，捏合盤元件是剪切元件第二，捏合盤元件是剪切元件它的剪切作用強(qiáng)度取決于它有幾個(gè)突棱、形狀、尺寸精度及其它的剪切作用強(qiáng)度取決于它有幾個(gè)突棱、形狀、尺寸精度及其與料筒之間的間隙，也取決于由捏合盤所組成的捏合塊的特征與料筒之間的間隙，

28、也取決于由捏合盤所組成的捏合塊的特征參數(shù)，它包括總長度、捏合盤數(shù)量、捏合盤間的錯列角參數(shù)，它包括總長度、捏合盤數(shù)量、捏合盤間的錯列角分類分類定義定義說明說明正向捏合塊正向捏合塊錯列安裝的控合盤形成的螺錯列安裝的控合盤形成的螺旋角與正向螺紋元件的螺旋旋角與正向螺紋元件的螺旋方向一致方向一致輸送方向與擠輸送方向與擠出方向一致出方向一致反向捏合塊反向捏合塊錯列安裝的捏合盤形成的螺錯列安裝的捏合盤形成的螺旋角與反向螺紋元件的螺旋旋角與反向螺紋元件的螺旋方向一致方向一致物料輸送方向物料輸送方向與擠出方向相與擠出方向相反反中性捏合塊中性捏合塊對二頭捏合盤，錯列角為對二頭捏合盤，錯列角為9090；對三頭捏合

29、盤，錯列；對三頭捏合盤，錯列角為角為6060而形成的捏合塊而形成的捏合塊對物料無軸向?qū)ξ锪蠠o軸向輸送能力輸送能力捏捏合合塊塊的的分分類類2021/8/1440正向捏合塊正向捏合塊應(yīng)注意的是，捏合盤不能單個(gè)使用，而是成對使用和成串使用應(yīng)注意的是，捏合盤不能單個(gè)使用，而是成對使用和成串使用2021/8/1441它們是由一個(gè)或系列帶齒的盤組成，將一根螺桿上的齒形盤它們是由一個(gè)或系列帶齒的盤組成，將一根螺桿上的齒形盤插入另一根螺桿的兩齒形盤之間插入另一根螺桿的兩齒形盤之間第三，齒形元件是一類混合元件第三，齒形元件是一類混合元件直盤齒形元件直盤齒形元件 斜盤齒形元件斜盤齒形元件2021/8/1442在非

30、交錯區(qū)，齒可進(jìn)行分流，增加界面，有利于分配混合；在非交錯區(qū)，齒可進(jìn)行分流，增加界面，有利于分配混合；在交錯區(qū)，兩根螺桿上的齒形盤可以對料流進(jìn)行剪切，有利在交錯區(qū)，兩根螺桿上的齒形盤可以對料流進(jìn)行剪切，有利于分配混合。于分配混合。如果兩根螺桿上的齒形盤元件的間隙很小，因相互間的相對如果兩根螺桿上的齒形盤元件的間隙很小，因相互間的相對速度很大，會產(chǎn)生很高的剪切速率，則有利于分散混合速度很大，會產(chǎn)生很高的剪切速率，則有利于分散混合2021/8/1443第四，新型螺桿元件是有特定功能的，如大螺紋元件等第四，新型螺桿元件是有特定功能的，如大螺紋元件等用有限類型和數(shù)量的螺桿元件與料筒元件所組合的同向嚙合型

31、用有限類型和數(shù)量的螺桿元件與料筒元件所組合的同向嚙合型雙螺桿擠出機(jī)，不僅要具有不同功能的螺桿區(qū)段，而且在整體雙螺桿擠出機(jī)，不僅要具有不同功能的螺桿區(qū)段，而且在整體上能達(dá)到所要求的混合效果上能達(dá)到所要求的混合效果2021/8/1444一固體輸送固體輸送固體物料經(jīng)計(jì)量裝置落入加料口后，左邊那根螺桿將物料代入固體物料經(jīng)計(jì)量裝置落入加料口后，左邊那根螺桿將物料代入楔形區(qū)楔形區(qū)，物料受到壓縮，然后被另一根螺桿拾起，物料受到壓縮，然后被另一根螺桿拾起這個(gè)過程是靠摩擦力來向前輸送的這個(gè)過程是靠摩擦力來向前輸送的固體物料的運(yùn)動過程固體物料的運(yùn)動過程可造成物料可造成物料扭轉(zhuǎn)約束扭轉(zhuǎn)約束，從而，從而減少物料螺槽中

32、的轉(zhuǎn)動，增減少物料螺槽中的轉(zhuǎn)動，增加軸向輸送加軸向輸送1 輸送機(jī)理輸送機(jī)理2021/8/1445正位移輸送正位移輸送:由于螺紋頂部有一定寬度，物料受阻而有利于正位移輸送由于螺紋頂部有一定寬度，物料受阻而有利于正位移輸送隨單位長度上螺紋頭數(shù)的選擇而變化。楔形角越大，扭轉(zhuǎn)約束越隨單位長度上螺紋頭數(shù)的選擇而變化。楔形角越大，扭轉(zhuǎn)約束越大，從一根螺桿向另一根螺桿傳送物料的楔形區(qū)橫截面減小也越大大，從一根螺桿向另一根螺桿傳送物料的楔形區(qū)橫截面減小也越大螺紋頂部狹窄的螺桿對扭轉(zhuǎn)約束貢獻(xiàn)很小，而螺紋頂部寬闊的螺螺紋頂部狹窄的螺桿對扭轉(zhuǎn)約束貢獻(xiàn)很小，而螺紋頂部寬闊的螺桿會引起物料流動方向急劇變化，出現(xiàn)較大的扭

33、轉(zhuǎn)約束桿會引起物料流動方向急劇變化，出現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)約束影響楔形區(qū)扭轉(zhuǎn)約束的因素影響楔形區(qū)扭轉(zhuǎn)約束的因素輸送角輸送角：是指螺桿軸的垂直線與物料實(shí)際輸送方向之間的夾角。：是指螺桿軸的垂直線與物料實(shí)際輸送方向之間的夾角。它是描述固體物料在擠出機(jī)中的流動行為它是描述固體物料在擠出機(jī)中的流動行為2021/8/1446一般認(rèn)為同向嚙合型雙螺桿擠出機(jī)既具有一定的正位移輸送能一般認(rèn)為同向嚙合型雙螺桿擠出機(jī)既具有一定的正位移輸送能力，也有摩擦、黏性拖曳輸送，其輸送機(jī)理介于單螺桿擠出機(jī)力，也有摩擦、黏性拖曳輸送，其輸送機(jī)理介于單螺桿擠出機(jī)和反向全嚙合型雙螺桿擠出機(jī)之間和反向全嚙合型雙螺桿擠出機(jī)之間綜上所述綜上所述

34、2021/8/14472 螺紋元件的構(gòu)型螺紋元件的構(gòu)型分類分類說明說明單頭單頭具有高的固體輸送能力，因?yàn)閷πㄐ螀^(qū)物料有大的具有高的固體輸送能力，因?yàn)閷πㄐ螀^(qū)物料有大的扭轉(zhuǎn)約束。當(dāng)物料有足夠的內(nèi)摩擦力時(shí)，單頭螺紋扭轉(zhuǎn)約束。當(dāng)物料有足夠的內(nèi)摩擦力時(shí)，單頭螺紋改進(jìn)了加料性能，從而增加了輸送能力改進(jìn)了加料性能，從而增加了輸送能力雙頭雙頭具有深螺槽，導(dǎo)致單位長度上的自由體積大，平均具有深螺槽，導(dǎo)致單位長度上的自由體積大，平均剪切速率低，它用于表觀黏度低的物料，含玻璃纖剪切速率低，它用于表觀黏度低的物料，含玻璃纖維組分的物料，以及對剪切或溫度敏感的物料維組分的物料，以及對剪切或溫度敏感的物料三頭三頭具有較

35、淺的螺槽，較高的平均剪切速率和較好的熱具有較淺的螺槽，較高的平均剪切速率和較好的熱傳遞，它不宜用于對剪切敏感的材料或玻璃纖維增傳遞，它不宜用于對剪切敏感的材料或玻璃纖維增強(qiáng)工藝強(qiáng)工藝2021/8/1448螺紋元件的導(dǎo)程及螺紋旋向也影響輸送性能螺紋元件的導(dǎo)程及螺紋旋向也影響輸送性能可見，增大正向螺紋元件的導(dǎo)程，會加快輸送，但建壓能力會有可見，增大正向螺紋元件的導(dǎo)程，會加快輸送，但建壓能力會有所下降。至于左旋螺紋元件，若將其設(shè)置在某一位置，可以形成所下降。至于左旋螺紋元件，若將其設(shè)置在某一位置，可以形成對熔體池的密封，建立壓力，以及促進(jìn)熔化和增強(qiáng)混合的作用對熔體池的密封，建立壓力，以及促進(jìn)熔化和增

36、強(qiáng)混合的作用2021/8/1449二二 熔化熔化熔化是同向嚙合型雙螺桿擠出過程中一個(gè)重要階段，它涉及固熔化是同向嚙合型雙螺桿擠出過程中一個(gè)重要階段，它涉及固體料如何轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w料，也涉及用怎樣的螺桿構(gòu)型使固體物料體料如何轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w料，也涉及用怎樣的螺桿構(gòu)型使固體物料均勻而快速地熔化均勻而快速地熔化1 熔化機(jī)理熔化機(jī)理塑化段螺桿構(gòu)型多樣，加之熔化過程的復(fù)雜性，研究者所提出的塑化段螺桿構(gòu)型多樣，加之熔化過程的復(fù)雜性，研究者所提出的熔化機(jī)理并不一致。例如：熔化機(jī)理并不一致。例如：BurkhardtToddCurryPotenteBusby2021/8/1450在雙螺桿擠出機(jī)中的熔化與單螺桿由以下相似之

37、處在雙螺桿擠出機(jī)中的熔化與單螺桿由以下相似之處固體熔結(jié)和熔體膜的形成發(fā)生于料筒內(nèi)壁，同時(shí)在固體物料固體熔結(jié)和熔體膜的形成發(fā)生于料筒內(nèi)壁，同時(shí)在固體物料中產(chǎn)生內(nèi)摩擦中產(chǎn)生內(nèi)摩擦推進(jìn)螺紋的一側(cè)將熔體刮下，同時(shí)熔體膜在螺紋頂部與料筒推進(jìn)螺紋的一側(cè)將熔體刮下，同時(shí)熔體膜在螺紋頂部與料筒之間的間隙區(qū)一級控和塊頂部區(qū)域受到剪切應(yīng)力的作用之間的間隙區(qū)一級控和塊頂部區(qū)域受到剪切應(yīng)力的作用物料在推進(jìn)螺紋一側(cè)堆積，并在料筒和螺紋間的輥壓作用下物料在推進(jìn)螺紋一側(cè)堆積，并在料筒和螺紋間的輥壓作用下受到剪切受到剪切固體物料混入熔體池中而熔化，熔體被擠壓進(jìn)固體粒之間而固體物料混入熔體池中而熔化，熔體被擠壓進(jìn)固體粒之間而實(shí)

38、現(xiàn)熱熔體與固體物料之間的熱傳遞實(shí)現(xiàn)熱熔體與固體物料之間的熱傳遞2021/8/1451用剖分式料筒對控合塊中聚合物的熔化過程進(jìn)行研究，他用剖分式料筒對控合塊中聚合物的熔化過程進(jìn)行研究，他認(rèn)為熔化是由于粒子間相互摩擦所產(chǎn)生的熱能所引起的。由于認(rèn)為熔化是由于粒子間相互摩擦所產(chǎn)生的熱能所引起的。由于螺桿旋轉(zhuǎn)引起容積截面的壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生了受壓固體床螺桿旋轉(zhuǎn)引起容積截面的壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生了受壓固體床的強(qiáng)迫振蕩流動，進(jìn)而引起粒子間的摩擦。當(dāng)粒料尺寸較大時(shí)，的強(qiáng)迫振蕩流動，進(jìn)而引起粒子間的摩擦。當(dāng)粒料尺寸較大時(shí)，可借以下方式將粒徑變小可借以下方式將粒徑變小相鄰粒子間的研磨相鄰粒子間的研磨粒子間局部摩

39、擦所引起的軟化和剝層粒子間局部摩擦所引起的軟化和剝層粒子在局部高剪切和高拉伸力下完全變形和破碎粒子在局部高剪切和高拉伸力下完全變形和破碎2021/8/1452等人對多種聚合物在控合塊中的熔化機(jī)理進(jìn)行了研究等人對多種聚合物在控合塊中的熔化機(jī)理進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)無定形聚合物在剪切流動中所引起的黏性耗散下熔化，而結(jié)發(fā)現(xiàn)無定形聚合物在剪切流動中所引起的黏性耗散下熔化，而結(jié)晶性聚合物則經(jīng)歷了固體床的形成、破裂，以及固體床粒子懸浮晶性聚合物則經(jīng)歷了固體床的形成、破裂，以及固體床粒子懸浮于熔體中等幾個(gè)階段。熔化的能量來自黏性耗散和料筒的熱傳導(dǎo)于熔體中等幾個(gè)階段。熔化的能量來自黏性耗散和料筒的熱傳導(dǎo)對物料在不同控

40、合塊中的熔化進(jìn)行研究，提出了一種簡化模對物料在不同控合塊中的熔化進(jìn)行研究，提出了一種簡化模型：在固體輸送區(qū)，聚合物粒料在熱空氣對流作用下預(yù)熱；假定在型：在固體輸送區(qū)，聚合物粒料在熱空氣對流作用下預(yù)熱；假定在熔化起始點(diǎn)處聚合物粒料被壓實(shí)并被熔體濕潤，然后在等效槽深的熔化起始點(diǎn)處聚合物粒料被壓實(shí)并被熔體濕潤，然后在等效槽深的螺桿中熔化，殘留固體集中在螺槽底部，熔體則匯集在殘留固體床螺桿中熔化，殘留固體集中在螺槽底部，熔體則匯集在殘留固體床上方一致到料筒內(nèi)表面；熔化的主要能量來自黏性耗散上方一致到料筒內(nèi)表面；熔化的主要能量來自黏性耗散2021/8/1453對對PC/ABS共混體系的熔化進(jìn)行了研究，發(fā)

41、現(xiàn)在螺紋輸送元共混體系的熔化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在螺紋輸送元件中，聚合物可能發(fā)生變形或破裂；在大導(dǎo)程螺紋元件中，聚合件中，聚合物可能發(fā)生變形或破裂；在大導(dǎo)程螺紋元件中，聚合物粒子的初始變形出現(xiàn)在嚙合區(qū)或螺紋元件與料筒的間隙中；在物粒子的初始變形出現(xiàn)在嚙合區(qū)或螺紋元件與料筒的間隙中；在螺槽部分充滿區(qū)的料筒內(nèi)表面處發(fā)現(xiàn)了熔體膜；當(dāng)固體粒子被壓螺槽部分充滿區(qū)的料筒內(nèi)表面處發(fā)現(xiàn)了熔體膜；當(dāng)固體粒子被壓實(shí)并輸送到控合塊的嚙合區(qū)，大量熔化開始發(fā)生實(shí)并輸送到控合塊的嚙合區(qū)，大量熔化開始發(fā)生2021/8/14542 螺桿的構(gòu)型螺桿的構(gòu)型將螺紋元件、控合盤、嚙合元件及軸向節(jié)流閥等適當(dāng)組合可將螺紋元件、控合盤、嚙合元

42、件及軸向節(jié)流閥等適當(dāng)組合可以用來熔化塑料。以用來熔化塑料。熔化給定塑料的最佳構(gòu)型取決于塑料粒子的大小、比熱容、熔點(diǎn)熔化給定塑料的最佳構(gòu)型取決于塑料粒子的大小、比熱容、熔點(diǎn)和熔體的黏度等。其目的是在給定溫度下均勻熔化。和熔體的黏度等。其目的是在給定溫度下均勻熔化。2021/8/1455在加工黏度分布較寬的物料時(shí)，可利用徑向節(jié)流閥調(diào)整熔化段在加工黏度分布較寬的物料時(shí)，可利用徑向節(jié)流閥調(diào)整熔化段的效率，這樣就不需改變螺桿構(gòu)型，同時(shí)還可提高混合生產(chǎn)線的效率，這樣就不需改變螺桿構(gòu)型，同時(shí)還可提高混合生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益。的經(jīng)濟(jì)效益。為防止高黏度聚合物對螺桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪切破壞，應(yīng)完全打開為防止高黏度聚合物對螺

43、桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪切破壞，應(yīng)完全打開節(jié)流閥；若采用同樣的螺桿構(gòu)型來加工低粘度物料，必須關(guān)閉節(jié)流閥；若采用同樣的螺桿構(gòu)型來加工低粘度物料，必須關(guān)閉節(jié)流閥，以保證加工過程中有足夠的能量輸入。節(jié)流閥，以保證加工過程中有足夠的能量輸入。另外，要使螺紋周圍充滿熔化另外，要使螺紋周圍充滿熔化物料，應(yīng)在節(jié)流閥上游產(chǎn)生一物料，應(yīng)在節(jié)流閥上游產(chǎn)生一個(gè)壓力區(qū)，增加能量耗散。個(gè)壓力區(qū)，增加能量耗散。2021/8/1456三三熔體流動熔體流動輸送機(jī)理：輸送機(jī)理：取決于縱向開口的程度。如果縱向開口越大，正位移輸送損失越大，取決于縱向開口的程度。如果縱向開口越大，正位移輸送損失越大，黏性拖曳機(jī)理所起的作用越大；反之，則正位移

44、輸送大黏性拖曳機(jī)理所起的作用越大；反之，則正位移輸送大塑料在計(jì)量段的流動涉及熔體輸送和螺桿構(gòu)型塑料在計(jì)量段的流動涉及熔體輸送和螺桿構(gòu)型1 熔體輸送熔體輸送2021/8/1457對于螺紋元件的熔體輸送，簡化模型是等溫牛頓模型，將兩螺桿對于螺紋元件的熔體輸送，簡化模型是等溫牛頓模型，將兩螺桿軸線的截面內(nèi)的熔體輸送看成是由螺槽區(qū)和楔形區(qū)來完成的軸線的截面內(nèi)的熔體輸送看成是由螺槽區(qū)和楔形區(qū)來完成的簡化模型簡化模型由螺桿表面和料筒內(nèi)表面界定由螺桿表面和料筒內(nèi)表面界定由螺桿表面界定由螺桿表面界定2021/8/1458將螺槽和料筒展開，料筒平板以將螺槽和料筒展開，料筒平板以 的速度相對于展開的的速度相對于展

45、開的螺槽運(yùn)動。螺槽運(yùn)動。第一，考慮第第一，考慮第I區(qū)的熔體輸送。區(qū)的熔體輸送。假定假定螺槽較淺、頂角也小，則其環(huán)形空間的流動可以簡化成料筒螺槽較淺、頂角也小，則其環(huán)形空間的流動可以簡化成料筒周長周長De的等效單螺桿流動。的等效單螺桿流動。bsVD NcosbzsVD Nmax1(21)2DDbzQiF HWV它在沿螺槽方向的分量它在沿螺槽方向的分量 對物料產(chǎn)生拖曳流動，以對物料產(chǎn)生拖曳流動，以QD表示其表示其流率，則流率，則式中，式中，i為螺紋頭數(shù)，為螺紋頭數(shù)，F(xiàn)D為拖曳流動形狀因子，為拖曳流動形狀因子， Hmax為最大螺槽深度，為最大螺槽深度，W為螺槽寬度為螺槽寬度2021/8/14593m

46、ax(21)12PPiF HWpQz222sin1tantan4cdppdzl式中，式中， 為中心距與螺桿半徑之比，為中心距與螺桿半徑之比，為螺旋角為螺旋角若沿螺槽方向的壓力梯度為若沿螺槽方向的壓力梯度為dp/dz，則沿螺槽方向產(chǎn)生的逆流，則沿螺槽方向產(chǎn)生的逆流，其流率為其流率為若沿螺槽方向的壓力梯度為若沿螺槽方向的壓力梯度為dp/dz，可用沿螺桿軸線方向壓力梯度，可用沿螺桿軸線方向壓力梯度p/l代替，即代替，即c2021/8/1460在在 O1SO2T區(qū)域內(nèi)螺桿制件的自由截面積是兩根螺桿相對位置的函區(qū)域內(nèi)螺桿制件的自由截面積是兩根螺桿相對位置的函數(shù)。如假定數(shù)。如假定Aa為平均自由截面積，則通

47、過這個(gè)區(qū)域的流率為為平均自由截面積，則通過這個(gè)區(qū)域的流率為式中，式中，ka為楔形區(qū)流動系數(shù)，它是螺紋頭數(shù)和為楔形區(qū)流動系數(shù)，它是螺紋頭數(shù)和 的函數(shù)的函數(shù)第二，考慮第第二，考慮第II區(qū)的熔體輸送。區(qū)的熔體輸送。假定流體在假定流體在O1SO2T的自由體積內(nèi)的的自由體積內(nèi)的輸送可以看成由輸送器的兩根螺桿完輸送可以看成由輸送器的兩根螺桿完成的。換言之，螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，流體成的。換言之，螺桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，流體移動距離等于一個(gè)導(dǎo)程（移動距離等于一個(gè)導(dǎo)程（t）。因而）。因而該區(qū)物料的軸向移動速度為該區(qū)物料的軸向移動速度為avNt2312AaaasasstQv ANtk RkR NDc2021/8/1461第三，求

48、出總流率第三，求出總流率Q，即，即式中，式中，CD為拖曳流動系數(shù)；為拖曳流動系數(shù)；CP為逆流系數(shù)；為逆流系數(shù)；A、B為常數(shù)為常數(shù)31( /)/2(/)DAPsDasPsQQQQRN Ck t DCDLPANBP在給定螺紋元件構(gòu)型下，總流率由兩部分組成：在給定螺紋元件構(gòu)型下，總流率由兩部分組成：一部分與螺桿轉(zhuǎn)數(shù)成正比；另一部分與壓力降成正比一部分與螺桿轉(zhuǎn)數(shù)成正比；另一部分與壓力降成正比2021/8/14622 計(jì)量段螺桿的構(gòu)型計(jì)量段螺桿的構(gòu)型熔體充滿螺桿的長度熔體充滿螺桿的長度取決于物料的黏度、螺紋導(dǎo)程、螺桿轉(zhuǎn)速、產(chǎn)量和壓力取決于物料的黏度、螺紋導(dǎo)程、螺桿轉(zhuǎn)速、產(chǎn)量和壓力回溯長度以小螺紋導(dǎo)程或單

49、頭螺紋元件為最短。小螺紋導(dǎo)程回溯長度以小螺紋導(dǎo)程或單頭螺紋元件為最短。小螺紋導(dǎo)程可在單位長度上提供最多的螺紋數(shù)，單頭螺紋元件可提供寬可在單位長度上提供最多的螺紋數(shù)，單頭螺紋元件可提供寬的螺紋頂部以阻止漏流的螺紋頂部以阻止漏流為了獲得一定形狀的擠出物，在計(jì)量段必須建立適當(dāng)壓力。為了獲得一定形狀的擠出物，在計(jì)量段必須建立適當(dāng)壓力。這種壓力來自螺槽連續(xù)充滿的能力這種壓力來自螺槽連續(xù)充滿的能力2021/8/1463四四混合混合基本類型基本類型定義定義實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方式 分散混合分散混合是指固體物料、聚合是指固體物料、聚合物凝膠及液滴等粒子物凝膠及液滴等粒子尺寸減小的過程尺寸減小的過程主要通過剪切力作用主

50、要通過剪切力作用于單個(gè)粒子而獲得于單個(gè)粒子而獲得分配混合分配混合是指使粒子在空間的是指使粒子在空間的分布實(shí)現(xiàn)均勻化分布實(shí)現(xiàn)均勻化主要通過分流、拉伸、主要通過分流、拉伸、扭曲和流體的重新取扭曲和流體的重新取向作用實(shí)現(xiàn)向作用實(shí)現(xiàn)2021/8/1464用于混合的最基本螺桿元件：捏合塊和齒形元件用于混合的最基本螺桿元件：捏合塊和齒形元件捏合塊能夠同時(shí)進(jìn)行分散混合和分配混合捏合塊能夠同時(shí)進(jìn)行分散混合和分配混合混合的相對強(qiáng)度取決于捏合盤的錯列角的混合的相對強(qiáng)度取決于捏合盤的錯列角的大小和寬度大小和寬度2021/8/1465錯列角錯列角越大，兩相鄰盤之間的開口越大，漏流越易產(chǎn)生越大，兩相鄰盤之間的開口越大，

51、漏流越易產(chǎn)生如果是正向捏合塊，增大錯列角，會降低輸送能力，增大充滿度，如果是正向捏合塊，增大錯列角，會降低輸送能力，增大充滿度， 延長停留時(shí)間。延長停留時(shí)間。如果是反向嚙合塊，增大錯列角，會減少輸送的阻礙。如果是反向嚙合塊，增大錯列角，會減少輸送的阻礙。如果是中性捏合塊，開后最大時(shí)會使正向和反向物料輸送平衡。如果是中性捏合塊，開后最大時(shí)會使正向和反向物料輸送平衡。 因此錯列角的大小會影響混合性能因此錯列角的大小會影響混合性能捏合盤捏合盤寬度對混合性能的影響寬度對混合性能的影響錯列角不變，捏合盤寬度增大，分散混合作用增強(qiáng)，而分配混合效錯列角不變，捏合盤寬度增大，分散混合作用增強(qiáng)，而分配混合效果降

52、低。果降低。在盤數(shù)相同下，錯列角、寬度不同的捏合塊對混合性能和輸送能力在盤數(shù)相同下，錯列角、寬度不同的捏合塊對混合性能和輸送能力的影響。的影響。2021/8/1466主要作用：以最小的能量達(dá)到最大的分配混合效果主要作用：以最小的能量達(dá)到最大的分配混合效果TMEZME：有利于物料的分流以及界面的新生：有利于物料的分流以及界面的新生：有利于增大物料的輸送能力：有利于增大物料的輸送能力2021/8/14671 分散混合的螺桿構(gòu)型分散混合的螺桿構(gòu)型分散混合中的變量分散混合中的變量應(yīng)力（關(guān)鍵變量）應(yīng)力（關(guān)鍵變量）應(yīng)力作用于粒子的停留時(shí)間應(yīng)力作用于粒子的停留時(shí)間只有能提供大的剪切應(yīng)力，才能使聚合只有能提供

53、大的剪切應(yīng)力，才能使聚合物熔體中的固體粒子和聚集體破裂。物熔體中的固體粒子和聚集體破裂。為了把混合中所引起的溫度控制在合適范圍內(nèi)，為了把混合中所引起的溫度控制在合適范圍內(nèi)，必須對這些關(guān)鍵部位的料筒進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以必須對這些關(guān)鍵部位的料筒進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以提高物料黏度提高物料黏度 將顏料分散于載體樹脂中的方法將顏料分散于載體樹脂中的方法一次加料法一次加料法分開加料法分開加料法2021/8/1468加料方法：加料方法：先將顏料、載體樹脂和分散劑在高速混合機(jī)中預(yù)混合，然后將預(yù)混料先將顏料、載體樹脂和分散劑在高速混合機(jī)中預(yù)混合，然后將預(yù)混料送到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合造粒送到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合造粒一次

54、加料法一次加料法混合段螺桿構(gòu)成：混合段螺桿構(gòu)成：捏合塊、螺紋元件、捏合塊、反向螺紋元件捏合塊、螺紋元件、捏合塊、反向螺紋元件組成：組成：加料段、熔化段、對孔排氣段、混合段、真空排氣段和計(jì)量段加料段、熔化段、對孔排氣段、混合段、真空排氣段和計(jì)量段2021/8/1469分開加料法分開加料法加料方法：加料方法：載體樹脂由料斗加入，而顏料則由側(cè)加料口進(jìn)入。載體樹脂由料斗加入，而顏料則由側(cè)加料口進(jìn)入?；旌隙温輻U構(gòu)成為：混合段螺桿構(gòu)成為：齒形元件、螺紋元件、齒形元件、螺紋元件、捏合塊、反向螺紋齒形元件、螺紋元件、齒形元件、螺紋元件、捏合塊、反向螺紋元件、螺紋元件、捏合塊、反向螺紋元件元件、螺紋元件、捏合塊

55、、反向螺紋元件2021/8/1470用螺紋元件和捏合盤構(gòu)成的熔化段研究碳酸鈣填充聚丙烯的分散用螺紋元件和捏合盤構(gòu)成的熔化段研究碳酸鈣填充聚丙烯的分散混合效果混合效果實(shí)例實(shí)例填充劑的分散速率在通過擠出機(jī)中填充劑的分散速率在通過擠出機(jī)中部的熔化區(qū)時(shí)顯著增大部的熔化區(qū)時(shí)顯著增大 這是由于捏合盤的限流和聚合物這是由于捏合盤的限流和聚合物從固體轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w的綜合效用，從從固體轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w的綜合效用，從而增強(qiáng)了在熔化區(qū)的剪切作用。而增強(qiáng)了在熔化區(qū)的剪切作用。從排氣口加入填充劑時(shí)，由于沒有從排氣口加入填充劑時(shí)，由于沒有剪切元件的作用，分散效果變小剪切元件的作用，分散效果變小結(jié)果分析結(jié)果分析2021/8/1471

56、2 分配混合的螺桿構(gòu)型分配混合的螺桿構(gòu)型為了實(shí)現(xiàn)分配混合，螺桿構(gòu)型不僅要提供足夠的應(yīng)變，還能使為了實(shí)現(xiàn)分配混合，螺桿構(gòu)型不僅要提供足夠的應(yīng)變，還能使物料不斷重新取向。一般用剪切元件與混合元件相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)物料不斷重新取向。一般用剪切元件與混合元件相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)用雙螺桿擠出機(jī)配置玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物粒料用雙螺桿擠出機(jī)配置玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物粒料實(shí)例實(shí)例12021/8/1472加料過程：加料過程：為使玻璃纖維長度控制在適當(dāng)水平，防止料筒、螺桿磨損和纖維為使玻璃纖維長度控制在適當(dāng)水平，防止料筒、螺桿磨損和纖維折斷，樹脂在第一加料口加入并熔化后，在第二加料口引入玻璃折斷，樹脂在第一加料口加入并熔化

57、后，在第二加料口引入玻璃纖維，切斷后與熔體混合，然后通過計(jì)量段進(jìn)入口模造粒纖維，切斷后與熔體混合，然后通過計(jì)量段進(jìn)入口模造?；旌隙蔚娜蝿?wù)：混合段的任務(wù)：一是必須將纖維束打散，二是要將打散的纖維分配到聚合物中并浸潤一是必須將纖維束打散，二是要將打散的纖維分配到聚合物中并浸潤混合段的組成：混合段的組成：狹窄捏合盤組成的捏合塊和齒形元件狹窄捏合盤組成的捏合塊和齒形元件2021/8/1473實(shí)例實(shí)例2相容聚合物的共混或聚合物與少量低粘度添加劑的混合相容聚合物的共混或聚合物與少量低粘度添加劑的混合必須采用強(qiáng)烈分配混合必須采用強(qiáng)烈分配混合在進(jìn)行螺桿設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在剪切元件之間引入混合元件在進(jìn)行螺桿設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在

58、剪切元件之間引入混合元件2021/8/14742、擠出機(jī)螺桿組成、擠出機(jī)螺桿組成：一般由加料段、塑化段、排氣段和計(jì)量段組成：一般由加料段、塑化段、排氣段和計(jì)量段組成從加料段至計(jì)量段螺槽容積減小，各段螺紋之間可有無螺紋從加料段至計(jì)量段螺槽容積減小，各段螺紋之間可有無螺紋過渡區(qū)，為適應(yīng)過渡區(qū)，為適應(yīng)PVC加工，采用單頭螺紋、深螺槽的螺桿加工，采用單頭螺紋、深螺槽的螺桿1、主要用途、主要用途：聚氯乙烯型材、管材等的擠出：聚氯乙烯型材、管材等的擠出3.螺紋外形螺紋外形：與螺槽外緊密配合，亦即共軛外形：與螺槽外緊密配合，亦即共軛外形2021/8/14754、典型螺桿幾何形狀及輸送特性、典型螺桿幾何形狀及

59、輸送特性共軛螺桿外形顯示出在兩根螺桿之間形成良好的密封共軛螺桿外形顯示出在兩根螺桿之間形成良好的密封嚙合區(qū)的截面顯示出兩根螺桿的螺槽之間有相當(dāng)大的開口。嚙合區(qū)的截面顯示出兩根螺桿的螺槽之間有相當(dāng)大的開口。因此，因此，CICO擠出機(jī)的輸送特性不像擠出機(jī)的輸送特性不像CICT擠出機(jī)那樣呈正向輸送擠出機(jī)那樣呈正向輸送2021/8/1476顯然，對于顯然，對于CICO雙螺桿擠出機(jī)，開口面比受阻面小，壓力上雙螺桿擠出機(jī)，開口面比受阻面小，壓力上升是嚴(yán)重的。這些高壓區(qū)將對螺桿產(chǎn)生橫向力，試圖將螺桿升是嚴(yán)重的。這些高壓區(qū)將對螺桿產(chǎn)生橫向力，試圖將螺桿推開。這些分離力將隨螺桿速度而增大，很顯然，這種分離推開。

60、這些分離力將隨螺桿速度而增大，很顯然，這種分離力不應(yīng)大到使螺桿與料筒接觸，因?yàn)樗鼘?dǎo)致嚴(yán)重磨損。因力不應(yīng)大到使螺桿與料筒接觸，因?yàn)樗鼘?dǎo)致嚴(yán)重磨損。因此，此， CICO擠出機(jī)必須在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)，以免在嚙合區(qū)出現(xiàn)大的擠出機(jī)必須在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)，以免在嚙合區(qū)出現(xiàn)大的壓力峰壓力峰5、CICO擠出機(jī)必須在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)的原因擠出機(jī)必須在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)的原因滑動式嚙合區(qū)，將在物料進(jìn)入嚙合區(qū)滑動式嚙合區(qū)，將在物料進(jìn)入嚙合區(qū)處產(chǎn)生高的壓力區(qū)。壓力上升主要是處產(chǎn)生高的壓力區(qū)。壓力上升主要是因物料進(jìn)入嚙合區(qū)是橫截面減小而引因物料進(jìn)入嚙合區(qū)是橫截面減小而引起的。壓力上升也可因物料進(jìn)入嚙合起的。壓力上升也可因物料進(jìn)入嚙合區(qū)流動反