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                开槽机简单螺杆超高分子量聚乙烯挤出机的对比研究

                信息来自:超高分子量聚乙烯www.eastpipe.net    发布日期:2012-12-5   浏览次数:105  

                  导读:   挤出成型具有效率高、适应性强、用途广泛等优点,几乎适应于所有的高分子材料的加工,而单螺杆挤出机作为超高分子量聚乙烯管材挤出成型加工中最基本的装备之一,一直以来都得到了足够的认识,在单螺杆挤出理论中固体输送量决定着单螺杆挤出机的产量,且固体输送段消耗的功率比较大,在某些情况下,甚至达到整根螺杆消耗功率的百分之六十左右。因此,

                    挤出成型具有效率高、适应性强、用途广泛等优点,几乎适应于所有的高分子材料的加工,而单螺杆挤出机作为超高分子量聚乙烯管材挤出成型加工中最基本的装备之一,一直以来都得到了足够的认识,在单螺杆挤出理论中固体输送量决定着单螺杆挤出机的产量,且固体输送段消耗的功率比较大,在某些情况下,甚至达到整根螺杆消耗功率的百分之六十左右。因此,单螺杆挤出机的生产效率和挤出特性。
                    单螺杆挤出机中应用最多的是光滑机筒,光滑机筒挤出机的固体输送机理为摩擦拖拽输送,其缺点主要包括;对物理性♂能苛刻,难以实现高粘度、低摩擦系数物料的输送和稳定挤出,产量低,固体输送段建压能力差,比能耗大。针对以上缺陷,德国亚堔工业大学塑料加工研究所的研究人员对如何提高固体输送率进行了一些列的研究,率先于二十世纪七十年代提出了基于强制输送的IKV固体输送理论,并设计了相应的IKL挤出机,它是最早的沟槽机筒挤出机,其典型的机构特征在于机筒家加料段内壁开设有轴向直槽,通过在机筒加料套内壁开槽将↘物料输送过程中的动力由物料与机筒间的外摩擦力转化为物料与物料间的内摩擦力,有效增大了固体塞输送的动力,提高了输送效率,随后研究者又发明了机筒开设螺旋沟槽的单螺杆挤出机,使单螺杆挤出机在生产超高分子量聚乙烯管材的比产量、比能耗上升一个新的台阶。
                针对轴向直槽机简单螺杆挤出机和螺旋沟槽机简单螺杆挤出机的结构特点、固体输送机理和优点进行了详细的对比分析,并对其基础性能进行了对比研究。
                1、 轴向直槽机简单螺杆挤出机
                1、1结构特点
                   固体ξ输送机筒或机筒衬套内壁开设纵向沟槽,纵向沟槽的长度为3-5D沟槽深度大于颗粒的最大尺寸,数值与螺杆直径有关,沿纵向在固体输送段末几件减小为零,沟槽数目大约是螺杆直径的十分之一。
                1、2 输送机理
                    机ξ 筒开设周向直槽,因沟槽深度一般大于固相粒子直径,沟槽螺棱推力小于固相之间内的摩擦力,故乡必然在沟槽与螺槽的界面处被剪断。
                因此固体输送段机筒开设直槽的单螺杆挤出机的固体输送机理,与光滑机筒挤出机一样,均为摩擦拖拽输送。因固体塞被剪断,沟槽界面处的摩擦为固相与固相之间的内摩擦力,沟槽之间的机筒面为固相与机筒之间的外摩擦力,因此剪断面处的摩擦力一部分为外摩擦力,一部分为内摩擦力,剪断面类似》单螺杆挤出机的机筒面,剪断面的摩擦系数可等效为机筒的摩擦系数。
                1、3优缺点
                    当几桶开设轴向直槽后,机筒等效摩擦系数增加,输送动力增强,由此带来的固体输送产量高、建压力强、挤出稳定性好等优点。但存在以下缺点;物料在输送过程中受到强烈的剪切作用,导致固体输送段产生大量的摩擦耗散热,固体输送段需要强制冷却,加大了额外■的能耗,物料输送中产生的高剪切、高摩擦热,导致对不同加工物料的适应性差,因固体塞内部受到较大的周向剪切,固体输送段压力梯度太大,导致机筒加料衬套磨损大,设备成本增加,虽然产量较大→,但挤出机整体减小,却不节能。
                2螺旋沟槽机简单螺杆挤出机
                2.1固体结构
                    固体输送机筒或机筒衬套内壁开设螺旋沟槽,沟槽螺纹旋向与螺』杆纹旋向相反。沟槽螺纹升角范围为大于0度小于90度,一般情况下取大于30度小于90度,沟槽深度小于粒子直径,沟槽宽度大于粒子直径,螺棱较窄,沟槽数目在满足机筒衬套强度的要求下尽量较多,沟槽横向截面形状以矩形沟槽为主。
                2、2输送机理
                     固体输送段机筒开设螺旋沟槽时,因沟槽深度小于粒子直径,固体塞一部分嵌在机筒衬套沟槽内,一部分嵌在螺杆螺槽内,当螺杆旋转时,固体塞在机筒衬套沟槽螺棱推进面和螺杆螺棱推进面的共同推动下,类似在相对转动的平行弧板▲间沿衬套沟槽螺旋角方向运动,只要固体塞█不会再沟槽和螺槽界面处发生剪切,固体塞不会再沟槽和螺槽界面处发生剪切,固体塞将整体沿沟槽螺旋角方向运动,从而实现正位移输送。
                     螺旋沟槽机筒的固体输送过程类比剪刀模具,螺杆螺棱推进面和衬套螺棱推进面类似剪刀的两刃,固体塞类似被剪得板。对简板而≡言,两刃夹角越小,板则不打滑而容易被剪断。当然两螺棱推进面的夹角也不是越大越好,太大会影响固体输送流率。
                     机筒开设螺旋沟槽的核心思想是避免固体塞发生周向剪切,实现单螺杆挤出机由拖拽输送向正位移输送转变。要想避免固体塞在分界面处被剪断,实现整体固体塞沿沟槽方向正位移输送,则应满足如下边界条件,因此机筒开设螺旋沟槽时沟槽固相和螺槽固相能否完整实现正位移输送,主要由界面剪切力决定。
                     若界面剪切力满足边界条件,则沟槽物料与螺槽物料为整体输送,输送机理为正位移输送,若分界面处发生剪切,则剪断面下层物料将随螺杆运动,是普通的摩擦拖拽输送,输送力是界面内摩擦力剪断面上层物料由于结构尺寸限制,只能卡在衬套沟槽和螺杆螺槽内,上层物料必然为正位移输送。在此种情况下剪断面处的界面相当于下层物料的等效机筒摩擦系数完全为内摩擦系数,输送能力大大增强。总体上,因剪断面上层物料为正位移输送,剪断面下层物料为摩擦拖拽输送,这种情况可称为部分正位移输送。若界面剪切力大于粒子的抗剪强度,则粒子将在沟槽处被剪断,再次情况下只有沟槽内的物料为正位移输送,沟槽一下均为摩擦拖拽输送,这种输送情形可称为假性正位移,这是较差的结构设计,在实际结构设计中应该避免的。
                      固体塞在输送加热中的超高分子量聚乙烯树脂过程中,沟槽固相和螺槽固相没有剪切界面上发生剪切断裂,沟槽中的固体塞与螺槽中的固体塞在机筒衬套沟槽推进面推力和螺杆螺槽推进面推力的作用下作为整体沿机筒衬套沟槽螺旋角方向向前输送,这也充分证明,通过合理的结构设计螺旋沟槽机简单螺杆挤出机固体段可以实现正位移输送。
                2.3 优缺点
                     通过螺旋沟槽机筒的合理设计,可以实现单螺杆挤出过程的正位移输送,从而有效克服传统摩擦拖拽输送带来的缺陷。螺旋沟槽机筒单螺杆挤出机能够〒大幅度提高单螺杆挤出机的产量,但伴随着固体输送产量的大幅度提高,后续功能段无法实现高固体输送率下物料的有效熔融,易造成熔融质量和混炼效果差的缺陷。
                3 挤出性能比
                     相同的螺杆转速下,机筒开设螺旋沟槽的单螺杆挤出机均大于轴向直槽机筒挤出机,而均小于轴向直槽机筒挤出机,这充分说明机筒开设螺旋沟槽的优势,因为两者沟槽机构不同,输送机理不同,由此有巨大差异,另外转速越高这种性能茶几越大。
                结论
                机筒开设轴向直槽的段落感挤出机的输送机理仍为摩擦拖拽输送,通过正确的结构设♂计,可实现螺旋沟槽机简单螺杆挤出机的正位移输送。螺旋沟槽机筒段螺杆挤出机等挤出性能指标方面均远优于轴向直▲槽机简单螺杆挤出机。




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