1. 5. 1   特殊擠出機(jī)新技術(shù)

我國目前已開發(fā)出如串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī) 、往復(fù)式銷釘螺桿擠出機(jī) 、行星擠出機(jī) 、帶 熔體齒輪泵的擠出機(jī) 、串聯(lián)式多階擠出機(jī) 、多螺桿擠出機(jī) 、行星螺桿擠出機(jī)等 ，在國內(nèi)均有 廠家生產(chǎn) ，其中一些還有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利 。華南理工大學(xué)開發(fā)的電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)已系 列化并投放市場(chǎng) 。北京化工大學(xué)開發(fā)的 φ12mm 手提式高速排氣擠出機(jī) 、φ28mm 熔體齒輪泵 擠出機(jī)和 CPJ75/135 串聯(lián)式磨盤擠出機(jī)都是特殊機(jī)的新成果 。用于混煉工藝的特殊擠出機(jī)是 未來的發(fā)展方向 ，如串聯(lián)磨盤式螺桿擠出機(jī) 、往復(fù)式銷釘螺桿擠出機(jī) 。在其他方面應(yīng)用的電 磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)是目前世界還沒有的 ，未來也會(huì)有很寬廣的發(fā)展空間。

（1） 串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)  串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)如圖 1-13 所示 ， 圖 1-13a 表示串 聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)擠出部分螺桿分為固體輸送段 、熔融混煉段 、排氣段和擠出段 。 圖 1-13b是串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)構(gòu)成示意圖 ，整體由擠出系統(tǒng) 、潤滑冷卻和抽真空系統(tǒng) 、加 料系統(tǒng) 、傳動(dòng)系統(tǒng) 、電動(dòng)機(jī)等組成 。圖 1-13c 則是串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)擠出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖 1-13    串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)

1—機(jī)頭   2—加熱器   3—螺桿頭    4—擠出段機(jī)筒   5—擠出段襯套    6—擠出段螺桿   7—排氣段機(jī)筒

8—排氣段動(dòng)盤   9—排氣段襯套    10—定盤冷卻套    11—?jiǎng)颖P    12—螺紋元件   13 、15—?jiǎng)颖P機(jī)筒

14—定盤   16—加料段機(jī)筒   17—加料段螺桿

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)是在端面擠出機(jī)和 T 型擠出機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ，具有如下 特點(diǎn)：

1） 在加料段采用大直徑螺桿 ，增強(qiáng)了螺桿的剛性和強(qiáng)度 ，適用于高轉(zhuǎn)矩 、大功率的 擠出。

2） 采用深槽 、大直徑螺桿加料 ，可大幅度的增加產(chǎn)量。

3） 采用多組磨盤反復(fù)研磨物料 ，其破碎 、分散 、剪切 、混合和塑化性能優(yōu)越。

4） 采用組合式結(jié)構(gòu) ，磨盤和螺紋塊的形狀和組合形式可以多種多樣 ，適用范圍廣。

5） 采用可調(diào)節(jié)的磨盤間隙 ，適用于多種物料的加工生產(chǎn)。

6） 由于磨盤兩側(cè)的物料壓力基本處于平衡 ，傳動(dòng)系統(tǒng)承受的軸向壓力較低 ， 因此適用 于高壓擠出。

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)的核心部件就是多對(duì)串聯(lián)磨盤 ， 圖 1-14 所示是磨盤的不同結(jié)構(gòu) 型式 。其端面形狀有扇形 、菊形 、臼目形等多種型式 。通過磨盤的旋轉(zhuǎn) ，旋轉(zhuǎn)磨盤與固定磨 盤凸起的頂部螺線的交點(diǎn) O 將向外側(cè)移動(dòng) ，如圖 1-15 所示 ；相反 ，在圖 1-16 中 ，交點(diǎn) O 向 內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng) 。基于上述工作原理 ，在入口側(cè)將各旋轉(zhuǎn)磨盤的凸起在相位滯后的方向傾斜 ，而在 出口側(cè)朝相反方向傾斜 ，就會(huì)使得加料段機(jī)筒與螺桿間隙內(nèi)的物料通過旋轉(zhuǎn)磨盤與固定磨盤 之間的間隙 ，被輸送到旋轉(zhuǎn)磨盤的外圓周表面上 ，而再被送到旋轉(zhuǎn)磨盤的另一側(cè)面與固定磨 盤之間的中心線上 。依此類推 ，在磨盤工作區(qū)內(nèi)形成物料的發(fā)散—收劍—發(fā)散—收劍的流動(dòng)狀態(tài) 。在上述的流動(dòng)過程中 ，經(jīng)過數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)磨盤與固定磨盤溝槽的剪切 、破碎 ，完成物料的熔融 、混煉和熔體輸送等過程。

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)的混煉段 起到混煉作用 ，動(dòng)盤和定盤起到壓縮 與剪切作用 ，定盤上的 12 條凹槽展 開排列 ，各凹槽內(nèi)的物料起到重新分 割和置換分配作用。

      串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)主要適用 于塑料要連續(xù)混煉 、制取而用其他螺 桿擠出機(jī)無法加工的特殊高分子合金 材料和高填充的物料 ，如軟 、硬 PVC 混合材料 ， 電子復(fù)寫 、傳真用調(diào)色涂 料 ， 陶瓷 、塑料和各種有機(jī)混合 物 料 ，磁鋼 、導(dǎo)電塑料 、熱熔涂料 、高 黏度工程塑料 、電池的電極以及粉末 涂料等。

圖 1-14   磨盤的結(jié)構(gòu)型式

a） 扇形動(dòng)盤   b） 菊形動(dòng)盤   c） 臼目形動(dòng)盤 d） 扇形定盤   e） 菊形定盤   f） 臼目形定盤

圖 1-15    物料的發(fā)散流動(dòng)                                     圖 1- 16    物料的收斂流動(dòng)

      （2） 往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)  又稱布氏混煉機(jī) ， 由瑞士人開發(fā) ，我國有廠家批量生產(chǎn) 。如圖 1-17 所示 ，往復(fù)式銷釘螺桿 混煉擠出機(jī)基本形式是一臺(tái)單螺桿擠出 機(jī) ，螺桿螺紋每圈被切斷成三段 ， 在機(jī) 筒內(nèi)壁安置有三排銷釘 ，螺桿每轉(zhuǎn)一圈 要做一次往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，被切斷的螺紋與銷 釘間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng) ，其軌跡近似正弦曲 線 ，物料表層不斷被剪切 、被翻新并重 新取向 。因此 ，此機(jī)適合生產(chǎn)炭黑母料 并優(yōu)于同向平行雙螺桿擠出機(jī) ，但此機(jī)成本較高。

圖 1-17   往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)

      往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)主要由電動(dòng)機(jī) 、傳動(dòng)系統(tǒng) 、擠出系統(tǒng) 、加料系統(tǒng) 、高溫熔體 泵系統(tǒng)或第二階擠出機(jī)和其他輔助裝置 ，如抽真空系統(tǒng) 、加熱系統(tǒng) 、冷卻系統(tǒng) 、潤滑系統(tǒng)及 電控系統(tǒng)等組成 ，其中擠出和傳動(dòng)系統(tǒng)是關(guān)鍵所在 。往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)與普通單螺 桿擠出機(jī)擠出與傳動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別如圖 1-18 所示。

往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)配有強(qiáng)制加料和側(cè)向加料裝置 ，使配料 、共混改性和造粒同 時(shí)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(huán)境污染 、不需預(yù)混料等特點(diǎn)。

圖 1-18   往復(fù)式銷釘螺桿混煉

擠出機(jī)與普通單螺桿擠出機(jī)擠出與傳統(tǒng)系統(tǒng)的區(qū)別

a） 往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)    b） 普通單螺桿擠出機(jī)

        往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)具有剪切均勻 、高分散、 高填充 、拉伸熔體等特點(diǎn) ，且綜合了單 、雙螺桿擠出機(jī)的  優(yōu)點(diǎn) ，加上一整套的螺紋元件及配套設(shè)備 ，可在一部機(jī)器  上做到混料 、混煉 、塑化 、分散 、剪切 、拉伸 、脫氣 、造  粒 ，使熔體在機(jī)器中流動(dòng)的界面面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的剪切  流動(dòng) ，是一種新型的塑料混煉加工設(shè)備 ，廣泛用于塑料填  充 、共混 、改性 、交聯(lián) 、接枝 、色母料 、功能母料 、阻燃  材料 、導(dǎo)電材料 、降解材料 、增塑 、增韌等專用材料的生產(chǎn) 。它的應(yīng)用如下：

       1） 將不同品種 、不同黏度的聚合物共混 ，得到具有 特定用途的嶄新高分子合金材料。

2） 將各種礦物填料加到聚合物熔體中 ，制成性能優(yōu) 良的 、價(jià)格便宜的高填充材料。

3） 制備高濃度色母料粒時(shí) ，對(duì)顏料 、助劑直接計(jì)量 ，無須預(yù)混處理 ，就可得到良好分 散效果的色母料。

4） 生產(chǎn)各種玻璃纖維增強(qiáng)阻燃產(chǎn)品 ，玻璃纖維加入量可達(dá) 50% （ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

5） 適用于各種電纜護(hù)套料 、絕緣料 、交聯(lián)料 、半導(dǎo)體料 、屏蔽料 、導(dǎo)電材料生產(chǎn)。

6） 適用于硬質(zhì)和軟質(zhì)的 PVC 產(chǎn)品 ， 以及其他熱敏性材料的生產(chǎn)。

7） 適用于熱塑性彈性體 、熱熔膠的生產(chǎn)。

8） 適用于光降解母料 、生物降解母料 、光生物雙降解母料 、可塑性淀粉材料的生產(chǎn)。

9） 適用于各種功能母料粒 、防老化母料粒 、填充母料粒的生產(chǎn)。

10） 特別適用于各種低煙無鹵 、低煙低鹵阻燃材料的生產(chǎn)。

11） 適用于玻璃纖維增強(qiáng)酚醛模塑料 、脲醛塑料 、環(huán)氧封裝料等熱固性材料的連續(xù)化 生產(chǎn)。

  （3） 行星螺桿擠出機(jī)行星螺桿擠出機(jī)由一根主螺桿和若干根輔助螺桿組成 。主 、輔  螺桿的螺紋都是仿造弧齒錐齒輪的結(jié)構(gòu)互相嚙合 ，其輸送能力和自清潔效果很好 ，能夠連續(xù) 供料 ， 因此用來作聚氯乙烯制品壓延生產(chǎn)線的預(yù)塑化設(shè)備 ， 以代替密煉機(jī)或開煉機(jī)改善勞動(dòng)  條件 。但是 ，這種行星式擠出機(jī)對(duì)熔料不能產(chǎn)生足夠的壓力 ， 因此不能用于擠出制品型坯， 需要另外配一臺(tái)單螺桿擠出機(jī) ，變成如圖 1-19 所示雙階布置行星式擠出機(jī)。

圖 1-19   雙階布置的行星式擠出機(jī)

1—造粒機(jī)頭   2—計(jì)量段   3—排氣槽    4—第二行星螺桿段   5—第一行星螺桿段    6—加料段   7—配料裝置

行星螺桿擠出機(jī)擁有非常緩和的塑化作用 ，原料分散均勻 ，與傳統(tǒng)壓延生產(chǎn)線配置的開  煉機(jī) 、密煉機(jī)或各種雙螺桿擠出機(jī)相比 ，有清潔 、高效 、節(jié)能 、產(chǎn)能大 、節(jié)約輔料等特點(diǎn)， 并能隨時(shí)準(zhǔn)確高效加入輔料 ，快速塑化原料 。行星螺桿擠出機(jī)的特點(diǎn)如下：

1） 在物料擠出量相同的情況下 ，行星螺桿擠出機(jī)完成塑化的時(shí)間為 20 ～40s ，而普通 單螺桿擠出機(jī)完成塑化的時(shí)間為 40 ～70s ，雙螺桿擠出機(jī)塑化時(shí)間為 30 ～60s。

      2） 單位擠出機(jī)的能耗低 。加工硬 PVC ，行星螺桿機(jī)能耗為 288kJ/kg ，單螺桿機(jī)為612kJ/kg ，異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿機(jī)為 432kJ/kg。

    行星螺桿擠出機(jī)在短時(shí)間內(nèi)的物料捏合 、擠壓 、剪切交換的接觸表面積最大 ， 目前還沒 有可以比擬的混合系統(tǒng)。

3） 由于行星軋輥的數(shù)量多 、長度大 ，齒形軋輥的總嚙合次數(shù)非常高 ，最高可達(dá) 30 萬 次/min ，這就大大增加了對(duì)物料的捏合 、擠壓 、剪切和攪拌次數(shù)。

4） 行星螺桿擠出機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是可在機(jī)筒不充滿物料 ，甚至機(jī)筒只有 10% 的原料時(shí)也 能正常塑化加工 ，所以試模調(diào)機(jī)投入少量料也可進(jìn)行工作。

行星螺桿擠出機(jī)在塑料壓延生產(chǎn)中大顯身手 ，主要用在 PVC 膜片生產(chǎn)中 。 目前正在延 伸到下列產(chǎn)品中 ：橡膠及彈性體硫化裝置 、粉末涂裝用漆料生產(chǎn)裝置 、造粒系統(tǒng)（ 改性功 能材料 ，如木塑料造粒）、單段及雙段塑化裝置 、聚酯膜片生產(chǎn)線的塑化 、食品藥品混煉合 成 、實(shí)驗(yàn)室用擠出機(jī) 、化工作業(yè)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的混合物 、干燥與脫氣 、聚縮反應(yīng)。

       行星 螺 桿 擠 出 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 如 圖 1-20所示 ，這種擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng) 分為以下兩部分 ，第一部分為常規(guī) 的單螺桿擠出機(jī)的加料段 ，第二部 分為安裝在加料段出料端一側(cè)的行 星塑化 段 ， 也 是 擠 出 機(jī) 的 關(guān) 鍵 部 分 ，主要有主螺桿 、行星螺桿和在 機(jī)筒內(nèi)圓周面上精確加工有相同模 數(shù) 、相應(yīng) 螺 旋 角 的 嚙 合 齒 面 組 合 （ 內(nèi)齒套）。主螺桿從調(diào)速電動(dòng)機(jī)經(jīng)專用減速箱通過加料段螺桿獲取動(dòng)力旋轉(zhuǎn) 。在主螺桿的四周規(guī)則排列著與之滾動(dòng)嚙合的小直 徑的行星螺桿 ，螺桿的數(shù)目隨行星螺桿擠出機(jī)的公稱直徑而變化 ，一般為 7 ～18 根不等 。小 螺桿與機(jī)筒內(nèi)壁上的內(nèi)齒面精準(zhǔn)嚙合 。當(dāng)擠出機(jī)運(yùn)行時(shí) ，主螺桿的螺旋齒面推動(dòng)周邊小螺桿 自轉(zhuǎn)并圍繞其公轉(zhuǎn) 。公轉(zhuǎn)的軌道即內(nèi)齒套的齒面 。小螺桿因此稱為行星螺桿 。組成的擠出塑化系統(tǒng)統(tǒng)稱為行星螺桿擠出機(jī)。

圖 1-20   行星螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

a—加料方向   b—物料運(yùn)動(dòng)方向    c—行星螺桿    d—主螺桿

主螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí) ，行星螺桿被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) ，如 圖 1-21 所示 。齒輪在定向旋轉(zhuǎn)的時(shí)候 ，被動(dòng) 旋轉(zhuǎn)的行星螺桿沿軸向受力 ，為防止它沿著軸 向旋出 ，在行星塑化段的出料口模處設(shè)置有高 強(qiáng)度 、耐磨的止動(dòng)環(huán) ， 以確保行星螺桿軸向定 位的可靠性。

圖 1-21   行星螺桿擠出機(jī)螺桿運(yùn)動(dòng)示意圖

行星螺桿擠出機(jī)的核心件是行星螺桿 ，它  是一個(gè)具有極大齒寬的螺旋角為 45° 的齒輪， 當(dāng)主螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí) ，各行星螺桿如同軋輥在中心  螺桿和內(nèi)齒套組成的雙側(cè)齒面的滾道上滾動(dòng)， 如同一根浮動(dòng)在被碾壓材料上的軋輥 。在這一  過程中材料被一個(gè)個(gè)行星軋輥的齒面抓住 ，被  帶入相應(yīng)的齒隙并沿螺旋齒面不斷軸向遞送，拉出時(shí)即成了薄層并被止動(dòng)環(huán)及切刀層合并切成小段 。這種薄層反復(fù)連續(xù)滾出的過程在整個(gè) 混合過程中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度調(diào)整 。這就是行星螺桿擠出機(jī)（ 又叫行星軋輥擠出機(jī)） 能夠?qū)?/span> 現(xiàn)材料混合柔和高效而又溫控精確 、 自清潔效果最佳 、廢料最少的根源 。溫控調(diào)節(jié)是通過中 心螺桿心部和內(nèi)齒套夾層的循環(huán)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn): 《塑料擠出機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試模調(diào)機(jī)經(jīng)驗(yàn)匯編》 陳澤成 、陳斌 編著