開槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)的對比研究

《開槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)的對比研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、中國石材網(wǎng)（stone365）開槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)的對比研究　　　　擠出成型具有生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣等優(yōu)點(diǎn)，幾乎適應(yīng)于所有高分子材料的加工。而單螺桿擠出機(jī)作為聚合物擠出成型加工中最基本的裝備之一，一直以來都得到了足夠的重視。在單螺桿擠出理論中，固體輸送量決定著單螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量，且固體輸送段消耗的功率比較大，在某些情況下，甚至達(dá)到整根螺桿消耗功率的60%左右。因此，單螺桿擠出機(jī)固體輸送段的性能直接決定了單螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)效率和擠出特性?！　温輻U擠出機(jī)中應(yīng)用最多的是光滑機(jī)筒，光滑機(jī)筒擠出機(jī)的固體輸送機(jī)理為摩擦拖曳輸送，其缺點(diǎn)主要包括：（1

2、）對物料性能要求苛刻，難以實(shí)現(xiàn)高黏度、低摩擦系數(shù)物料的輸送和穩(wěn)定擠出；（2）產(chǎn)量低，固體輸送段建壓能力差；（3）比能耗大。針對上述缺陷，德國亞琛工業(yè)大學(xué)塑料加工研究所和BASF的研究人員對如何提高固體輸送率進(jìn)行了一系列研究，率先于20世紀(jì)70年代提出了基于強(qiáng)制輸送的IKV固體輸送理論，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的IKV擠出機(jī)。IKV擠出機(jī)是最早的溝槽機(jī)筒擠出機(jī)，其典型結(jié)構(gòu)特征在于機(jī)筒加料段內(nèi)壁開設(shè)有軸向直槽，通過在機(jī)筒加料套內(nèi)壁開槽將物料輸送過程中的動(dòng)力由物料與機(jī)筒間的外摩擦力轉(zhuǎn)化為物料與物料間的內(nèi)摩擦力，有效增大了固體塞輸送的動(dòng)力，提高了輸送效率。隨后研究者

3、又發(fā)明了機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽的單螺桿擠出機(jī)，使單螺桿擠出機(jī)的比產(chǎn)量（Q1′）、比能耗（N1）上升一個(gè)新的臺(tái)階。　　筆者針對軸向直槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)和螺旋溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、固體輸送機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析，并對其擠出性能進(jìn)行了對比研究?！　?　軸向直槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)　　1．1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　固體輸送機(jī)筒或機(jī)筒襯套內(nèi)壁開設(shè)縱向溝槽，縱向溝槽的長度為3～5D（D為螺桿直徑），溝槽深度大于顆粒的最大尺寸，數(shù)值與螺桿直徑有關(guān)，沿縱向在固體輸送段末端逐漸減小為零，溝槽數(shù)目大約是螺桿直徑的1∕10，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示?！　喜蹤M向截面形狀一

4、般為三角形、半圓形、矩形、倒梯形、鋸齒形，其中以矩形溝槽為主。　　圖1　開設(shè)軸向直槽的機(jī)筒襯套結(jié)構(gòu)示意圖　　1．2　輸送機(jī)理　　機(jī)筒開設(shè)軸向直槽，因溝槽深度一般大于固相　　粒子直徑，溝槽螺棱推力小于固相之間的內(nèi)摩擦力，固相必然在溝槽與螺槽的界面處被剪斷，剪斷面如圖2所示。　　圖2　固體輸送段機(jī)筒開設(shè)軸向直槽的輸送模型因此，固體輸送段機(jī)筒開設(shè)直槽的單螺桿擠出機(jī)的固體輸送機(jī)理與光滑機(jī)筒擠出機(jī)一樣，均為摩擦拖曳輸送。因固體塞被剪斷，溝槽界面處的摩擦力為固相與固相之間內(nèi)摩擦力，溝槽之間的機(jī)筒面為固相與機(jī)筒之間的外摩擦力，因此，剪斷面處的摩擦力一部分為外摩

5、擦力，一部分為內(nèi)摩擦力，剪斷面類似單螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒面，剪斷面的摩擦系數(shù)可等效為機(jī)筒的摩擦系數(shù)。因此，機(jī)筒開設(shè)軸向直槽的單螺桿擠出機(jī)的等效機(jī)筒摩擦系數(shù)為［5］：　　式中：fz為機(jī)筒等效摩擦系數(shù)；n為機(jī)筒襯套開設(shè)的溝槽數(shù)目；b為溝槽寬度；Db為螺桿外徑；fb為塑料固相與機(jī)筒的摩擦系數(shù)；fi為塑料固相與固相之間的內(nèi)摩擦系數(shù)?！　≡谀Σ镣弦份斔椭校斔蛣?dòng)力為等效機(jī)筒面的摩擦拖曳力，因固相的內(nèi)摩擦系數(shù)約為外摩擦系數(shù)的5倍［5］，當(dāng)機(jī)筒開設(shè)軸向直槽后，機(jī)筒的等效摩擦系數(shù)可顯著提高，因此，輸送動(dòng)力得到加強(qiáng)，輸送效率得到提高，這也是機(jī)筒開設(shè)軸向直槽可提高單螺桿

6、擠出機(jī)固體輸送效率的根本原因?！　?．3　優(yōu)缺點(diǎn)中國石材網(wǎng)（stone365）　　當(dāng)機(jī)筒開設(shè)軸向直槽后，機(jī)筒等效摩擦系數(shù)增加，輸送動(dòng)力增強(qiáng)，由此帶來固體輸送產(chǎn)量高、建壓能力強(qiáng)、擠出穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。但存在以下缺點(diǎn)：（1）物料在輸送過程中受到強(qiáng)烈的剪切作用，導(dǎo)致固體輸送段產(chǎn)生大量的摩擦耗散熱，固體輸送段需要強(qiáng)制冷卻，加大了額外的能耗；（2）物料輸送中產(chǎn)生的高剪切、高摩擦熱，導(dǎo)致對不同加工物料的適應(yīng)性差；（3）因固體塞內(nèi)部受到較大的周向剪切，固體輸送段壓力梯度太大，導(dǎo)致機(jī)筒加料襯套磨損大，設(shè)備成本增加；（4）雖然產(chǎn)量較大，但擠出機(jī)整體的Q1′減小

7、，N1加大，不節(jié)能。　　2　螺旋溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)　　2．1　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)　　固體輸送機(jī)筒或機(jī)筒襯套內(nèi)壁開設(shè)螺旋溝槽，溝槽螺紋旋向與螺桿螺紋旋向相反。溝槽螺紋升角范圍為0<θ<90°，一般情況下取30°<θ<60°，溝槽深度小于粒子直徑，溝槽寬度大于粒子直徑，螺棱較窄，溝槽數(shù)目在滿足機(jī)筒襯套強(qiáng)度的要求下盡量較多，溝槽橫向截面形狀以矩形溝槽為主。結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示?！　?，2—溝槽螺棱推進(jìn)面及背面；3，4—螺槽螺棱推進(jìn)面及背面圖3　固體輸送段機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽的結(jié)構(gòu)示意圖2．2　輸送機(jī)理固體輸送段機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽時(shí)，因溝槽深度小于粒子直徑，固體塞一部

8、分嵌在機(jī)筒襯套溝槽內(nèi)，一部分嵌在螺桿螺槽內(nèi)，如圖3所示。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，固體塞在機(jī)筒襯套溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面的共同推動(dòng)下，類似在