1. 5. 1   特殊擠出機新技術

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

（1） 串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機  串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機如圖 1-13 所示 ， 圖 1-13a 表示串 聯(lián)式磨盤螺桿擠出機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)式磨盤螺桿擠出機構成示意圖 ，整體由擠出系統(tǒng) 、潤滑冷卻和抽真空系統(tǒng) 、加 料系統(tǒng) 、傳動系統(tǒng) 、電動機等組成 。圖 1-13c 則是串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機擠出系統(tǒng)結構圖。

圖 1-13    串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機

1—機頭   2—加熱器   3—螺桿頭    4—擠出段機筒   5—擠出段襯套    6—擠出段螺桿   7—排氣段機筒

8—排氣段動盤   9—排氣段襯套    10—定盤冷卻套    11—動盤    12—螺紋元件   13 、15—動盤機筒

14—定盤   16—加料段機筒   17—加料段螺桿

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機是在端面擠出機和 T 型擠出機的基礎上發(fā)展起來的 ，具有如下 特點：

1） 在加料段采用大直徑螺桿 ，增強了螺桿的剛性和強度 ，適用于高轉矩 、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） 采用組合式結構 ，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） 由于磨盤兩側的物料壓力基本處于平衡 ，傳動系統(tǒng)承受的軸向壓力較低 ， 因此適用 于高壓擠出。

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機的核心部件就是多對串聯(lián)磨盤 ， 圖 1-14 所示是磨盤的不同結構 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 ，旋轉磨盤與固定磨 盤凸起的頂部螺線的交點 O 將向外側移動 ，如圖 1-15 所示 ；相反 ，在圖 1-16 中 ，交點 O 向 內(nèi)側運動 ?；谏鲜龉ぷ髟?/span> ，在入口側將各旋轉磨盤的凸起在相位滯后的方向傾斜 ，而在 出口側朝相反方向傾斜 ，就會使得加料段機筒與螺桿間隙內(nèi)的物料通過旋轉磨盤與固定磨盤 之間的間隙 ，被輸送到旋轉磨盤的外圓周表面上 ，而再被送到旋轉磨盤的另一側面與固定磨 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—收劍的流動狀態(tài) 。在上述的流動過程中 ，經(jīng)過數(shù)對旋轉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)式磨盤螺桿擠出機的混煉段 起到混煉作用 ，動盤和定盤起到壓縮 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)式磨盤螺桿擠出機主要適用 于塑料要連續(xù)混煉 、制取而用其他螺 桿擠出機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 ， 電子復寫 、傳真用調(diào)色涂 料 ， 陶瓷 、塑料和各種有機混合 物 料 ，磁鋼 、導電塑料 、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   磨盤的結構型式

a） 扇形動盤   b） 菊形動盤   c） 臼目形動盤 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                                     圖 1- 16    物料的收斂流動

      （2） 往復式銷釘螺桿混煉擠出機  又稱布氏混煉機 ， 由瑞士人開發(fā) ，我國有廠家批量生產(chǎn) 。如圖 1-17 所示 ，往復式銷釘螺桿 混煉擠出機基本形式是一臺單螺桿擠出 機 ，螺桿螺紋每圈被切斷成三段 ， 在機 筒內(nèi)壁安置有三排銷釘 ，螺桿每轉一圈 要做一次往復運動 ，被切斷的螺紋與銷 釘間形成相對運動 ，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 ，此機適合生產(chǎn)炭黑母料 并優(yōu)于同向平行雙螺桿擠出機 ，但此機成本較高。

圖 1-17   往復式銷釘螺桿混煉擠出機

      往復式銷釘螺桿混煉擠出機主要由電動機 、傳動系統(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 ，其中擠出和傳動系統(tǒng)是關鍵所在 。往復式銷釘螺桿混煉擠出機與普通單螺 桿擠出機擠出與傳動系統(tǒng)的區(qū)別如圖 1-18 所示。

往復式銷釘螺桿混煉擠出機配有強制加料和側向加料裝置 ，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(huán)境污染 、不需預混料等特點。

圖 1-18   往復式銷釘螺桿混煉

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

a） 往復式銷釘螺桿混煉擠出機    b） 普通單螺桿擠出機

        往復式銷釘螺桿混煉擠出機具有剪切均勻 、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(yōu)點 ，加上一整套的螺紋元件及配套設備 ，可在一部機器  上做到混料 、混煉 、塑化 、分散 、剪切 、拉伸 、脫氣 、造  粒 ，使熔體在機器中流動的界面面積遠遠大于一般的剪切  流動 ，是一種新型的塑料混煉加工設備 ，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 、導電材料 、降解材料 、增塑 、增韌等專用材料的生產(chǎn) 。它的應用如下：

       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 、價格便宜的高填充材料。

3） 制備高濃度色母料粒時 ，對顏料 、助劑直接計量 ，無須預混處理 ，就可得到良好分 散效果的色母料。

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

5） 適用于各種電纜護套料 、絕緣料 、交聯(lián)料 、半導體料 、屏蔽料 、導電材料生產(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） 行星螺桿擠出機行星螺桿擠出機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構互相嚙合 ，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)線的預塑化設備 ， 以代替密煉機或開煉機改善勞動  條件 。但是 ，這種行星式擠出機對熔料不能產(chǎn)生足夠的壓力 ， 因此不能用于擠出制品型坯， 需要另外配一臺單螺桿擠出機 ，變成如圖 1-19 所示雙階布置行星式擠出機。

圖 1-19   雙階布置的行星式擠出機

1—造粒機頭   2—計量段   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 、密煉機或各種雙螺桿擠出機相比 ，有清潔 、高效 、節(jié)能 、產(chǎn)能大 、節(jié)約輔料等特點， 并能隨時準確高效加入輔料 ，快速塑化原料 。行星螺桿擠出機的特點如下：

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

      2） 單位擠出機的能耗低 。加工硬 PVC ，行星螺桿機能耗為 288kJ/kg ，單螺桿機為612kJ/kg ，異向旋轉雙螺桿機為 432kJ/kg。

    行星螺桿擠出機在短時間內(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 30 萬 次/min ，這就大大增加了對物料的捏合 、擠壓 、剪切和攪拌次數(shù)。

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

行星螺桿擠出機在塑料壓延生產(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 、實驗室用擠出機 、化工作業(yè)吸熱反應和放熱反應的混合物 、干燥與脫氣 、聚縮反應。

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

圖 1-20   行星螺桿擠出機結構示意圖

a—加料方向   b—物料運動方向    c—行星螺桿    d—主螺桿

主螺桿旋轉時 ，行星螺桿被帶動旋轉 ，如 圖 1-21 所示 。齒輪在定向旋轉的時候 ，被動 旋轉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置有高 強度 、耐磨的止動環(huán) ， 以確保行星螺桿軸向定 位的可靠性。

圖 1-21   行星螺桿擠出機螺桿運動示意圖

行星螺桿擠出機的核心件是行星螺桿 ，它  是一個具有極大齒寬的螺旋角為 45° 的齒輪， 當主螺桿旋轉時 ，各行星螺桿如同軋輥在中心  螺桿和內(nèi)齒套組成的雙側齒面的滾道上滾動， 如同一根浮動在被碾壓材料上的軋輥 。在這一  過程中材料被一個個行星軋輥的齒面抓住 ，被  帶入相應的齒隙并沿螺旋齒面不斷軸向遞送，拉出時即成了薄層并被止動環(huán)及切刀層合并切成小段 。這種薄層反復連續(xù)滾出的過程在整個 混合過程中實現(xiàn)準確的溫度調(diào)整 。這就是行星螺桿擠出機（ 又叫行星軋輥擠出機） 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)來實現(xiàn)。

參考文獻: 《塑料擠出機頭典型結構設計及試模調(diào)機經(jīng)驗匯編》 陳澤成 、陳斌 編著