同向雙螺桿擠出機淺析

劉平

嚙合同向旋轉雙螺桿擠出機具有輸送效率高、分散混合能力強、自潔性能好、物料在機內停留時間分布均勻和良好的適應性等優點，廣泛應用于不同塑料之間、塑料與橡膠之間的共混改性，各種添加劑與塑料共混、玻璃纖維、碳纖維增強塑料等等，是聚合物改性連續混合設備之首選。同向雙螺桿擠出機也即嚙合型同向旋轉平行雙螺桿擠出機，是雙螺桿擠出機主要類型之一。

一、同向雙螺桿擠出機結構特點

第一臺商用同向雙螺桿擠出機誕生于1939年，現今廣泛使用的積木式同向雙螺桿擠出機則最早出現在1953年，由Werner & Pfleiderer公司生產的ZSK系列。同向雙螺桿擠出機由擠壓系統、加料系統、傳動系統、加熱冷卻系統和控制系統等主要部分組成。

1、組合式螺桿

同向雙螺桿擠出機最顯著的特點是螺桿和機筒都采用“積木式”設計。螺桿由套裝在芯軸上的若干元件組成；機筒也是由不同機筒段組成。根據特定的物料、配方和將要制備混合物性能的要求，通過科學組合，將不同類型、不同數目的螺桿元件和機筒元件按一定順序組合起來，從而高效地完成設定的混合任務。并通過改變螺桿和機筒組合順序，實現對不同物料、配方的最佳使用效果，達到一機多用、一機多能的目的。此外，積木式設計的另一優點是可以局部更換磨損了的螺紋元件和機筒元件，避免了整個螺桿或筒體的報廢，大大降低了維修成本。

2、組合式機筒

模塊化設計的機筒，可以通過法蘭或拉桿連接，通常小型機采用拉桿連接。機筒通常嵌入雙金屬襯套以提高機筒內表面的耐磨性能。為實現精確的溫度歷程，每個機筒上都有單獨的加熱/冷卻設計，從而實現冷卻與加熱功能的最佳組合。

二、同向雙螺桿擠出機擠出過程分析

同向雙螺桿擠出機的結構和功能與單螺桿擠出機很相似，但工作原理上存在著很大的差異。主要表現在以下幾個方面：強制輸送，嚙合同向旋轉雙螺桿，在嚙合處兩根螺桿運動速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿把物料從間隙中推出，結果使物料從一根螺桿螺槽轉到另一根螺桿螺槽中，物料沿著螺桿呈“∞”形向機頭方向被強制輸送。均化和混合，同向旋轉雙螺桿在嚙合處間隙很小，螺棱和螺槽的速度方向相反，相對速度大，因此嚙合區具有很高的剪切速度，剪切力很大，混煉效果遠好于單螺桿擠出機和異向旋轉雙螺桿擠出機。自潔性，同向旋轉雙螺桿擠出機，由于嚙合區螺棱和螺槽的速度方向相反，相對速度大，因此具有相當高的剪切速度，能刮去粘附在螺桿上的任何積料，有非常好的自潔作用，從而使物料的停留時間很短，不易產生局部降解變質。物料的塑化，螺桿間隙的大小對物料塑化質量影響很大。間隙越小，剪切力越大，但通過的物料量減少；間隙越大，通過的物料量增加，但剪切力減小。物料的壓縮，同向雙螺桿擠出機壓縮物料的方法要多得多，綜合效應好。加料方式，同向雙螺桿擠出機要求均勻定量加料，采用計量饑餓喂料方式。排氣，由于是饑餓喂料，可以采用大導程的螺紋輸送元件，使螺槽處于未充滿狀態而處于零壓力狀態，從而可以設置出排氣段。

三、同向雙螺桿擠出機優缺點

由于雙螺桿擠出機結構設計和加工的復雜性，理論發展還不完善，但同向雙螺桿擠出機組合式的設計，可將多種幾何形狀的螺紋元件和機筒元件進行排列組合，根據經驗—理論—實驗，從而可以針對不同混合要求，優化設計以適應不同工藝配方的需要，從而使同向雙螺桿擠出機具有很強的適應性。主要表現在以下幾個方面：混合性能：可以根據需要加入各種各樣的螺紋元件，來精密調節剪切/混合，從而使混合強度和混合質量能夠得到有效地控制。這是單螺桿擠出機所不能企及的。加工的靈活性：同向雙螺桿擠出機通常采用計量饑餓加料，可以在一臺機器上靈活地處理多種加工功能。工藝參數得可控性，同向雙螺桿擠出機可以得到更好的剪切-時間-溫度歷程，在更寬的范圍內輸入機械能，從而可得到更好的產品質量穩定性。工藝生產的高效性，可以處理更多樣的原材料和混合配方，而且停機時間短。更高的經濟性：由于高的工藝靈活性以及生產率，可以生產更廣泛的終端制品，且能夠提供高度一致性的產品質量，還可以通過螺桿速度的調節來補償螺桿的磨損。

雙螺桿擠出機可以不同角度分類，按螺桿嚙合與否及其轉向的異同進行的分類及相應的國際上著名的制造廠商輸送機理不同是雙螺桿擠出機與單螺桿出之間主要區別之一。雙螺桿擠出機因可按多種標準分類從而種類繁多，其工作特性差異很大，無疑同向雙螺桿擠出機行業的領跑者頗受廣大用戶的青睞，尤其是大的驅動功率、高的螺桿轉速、進行超高扭矩擠出一直是同向雙螺桿擠出機從業人員追求的目標。

（作者單位： 832000 新疆軍區農業新技術試驗培訓基地）