混合機和屏障型螺桿

文/ Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland

由于某些原因，很多屏障型螺桿與高剪切混合機一起使用，但事實上，分配式混合機是一個更好的選擇。

用于單螺桿擠出機的混合裝置有許多類型。它們以一種增加熔融能力的主要分散裝置或剪切裝置，或者是一種再分配裝置（其混合基本上是通過多次分割熔體，在整個部件上分配作為層的微量組分而實現）來進行區分。所有的混合機都必須具備這兩種功能中的一些能力。

這些混合裝置的使用會影響螺桿的整體性能。剪切混合機比較常見的類型是“艾根型混合機”和“勒魯瓦型混合機”，它們的歷史可以追溯到20世紀60年代末。勒魯瓦型混合機因擠出傳奇人物布魯斯馬多克（Bruce Maddock）在聯合碳化物公司時在其上面進行的工作而被俗稱為“馬多克型混合機”或“UCC混合機”。

現在，一種螺帶式馬多克型混合機（如圖1所示）已被開發出來，它兼具兩種設計的特點，從應用的廣泛性來看，這種混合機位居行業領先地位。

艾根型和馬多克型混合機最初被開發出來，是為了提高傳統螺桿（非屏障型）的熔融質量。在各種應用中，它們被用于加工許多不同的聚合物，但在加工結晶聚合物（主要是聚烯烴）時其真正價值得到了凸顯。由于顯著提高了產量和熔融質量，它們一經問世，幾乎立即被市場所接受。

圖1 較新的馬多克型混合機兼具原始馬多克型混合機和艾根型混合機的設計特點。涂黑的區域是倒陷或間隙區域，聚合物必須通過該處并承受大量的剪切

1961年，在推出這些混合機之前，Geyer在Uniroyal公司開發了一種用于橡膠加工的屏障型螺桿設計。不久以后，它的熔體/固體分離概念在熱塑性聚合物加工中進行了試驗，在大約10年內，屏障型螺桿成為當時最先進的技術之一。屏障型螺桿不需要補充混合機，因為可以在屏障段中控制和完成熔融，所以避免了對高剪切混合機的需求。

然而在今天，即在便理論上已經不必為屏障型螺桿配備高剪切混合機，但是在相當多的時候人們還是這樣做了，這一現象令人費解。

如果設計得當，一旦物料通過這些螺桿上的屏障段，就應該完全熔融。在大多數情況下，在屏障段后面添加一臺分散或剪切混合機會不必要地增加熔體溫度，且由于壓力降的增大會降低產出，并使擠出和隨后的冷卻過程產生更大的能量需求。一般，為使溫度、顏色或添加劑分布均勻化，同時盡量減少熔體溫度的額外增加和產量下降，一臺分配式混合機是一個更好的選擇。

分配式混合機有很多種類，具體的選擇取決于混合物的屬性、每個組分的比例和螺桿L/D。一些較常見的分配式混合機如圖2所示。

薩克斯頓型混合機通過將熔

圖2 分配式混合機通常是屏障型螺桿的理想選擇，對于這些常見的設計都各有優缺點

體分割成許多料道實現混合，其中斷的螺紋方便了這些料道之間的混合。但基本上，這種設計依賴于和計量段相同的混合原則，并且主要對熱均勻化的效果最顯著。這類設備的優點是可以被設計成擁有非常低的壓力降。

針型混合機可以多次分割熔體，根據針和行的數量，形成指數式分割。這種類型的混合機可以盡可能地減少混合中的層流限制，并通過形成無限數量的層混合不同黏度的材料。其缺點是會產生一個巨大的壓力降。

菠蘿型混合機像針型混合機一樣分割熔體，但在不同的角度把這些分割匯集起來進行混沌混合。它們在加入顏色時是非常有用的。

不管混合機類型如何，分配式似乎能比分散剪切型混合機更好地與屏障型螺桿相匹配，除了在一些情況下，如對于小到足以通過粗糙屏障段粒子的強剪切有特定要求時。