雙螺桿擠出機生產工藝改進研究

么迎輝，馮永紅，吳海軍

（吉化遼源化工有限責任公司，吉林 遼源 136200）

雙螺桿擠出機常用于ABS塑料生產加工中，在實際加工生產過程中，雙螺桿擠出機利用自身優勢性能，提高了物料資源的利用率，減少擠出機內部的物料殘留量。基于生產加工規模不斷擴大，橡膠生產加工行業對雙螺桿擠出機自身的工藝性能提出更高層次的要求，因此，相關研究人員，通過優化改進雙螺桿擠出生產工藝，期望提高產品生產加工質量，推進擠出機生產工藝進步。

1 雙螺桿擠出機工藝性能分析

1.1 輸送原理

單螺桿輸送機理，基于摩擦和黏性拖曳輸送，固體加料段是摩擦輸送、熔體是摩擦和粘性拖曳輸送，雙螺桿輸送機理是強制輸送；非嚙合型雙螺桿在實際工作過程中，不能成形為封閉以及半封閉的型腔，不具備正位移輸送條件，在輸送機理上單雙螺桿相似；嚙合型雙螺桿可成型為封閉或者半封閉的型腔，具備正位移輸送條件，且輸送程度與型腔封閉程度有較強的關聯性。就雙螺桿運行方式看，需要依靠螺套推進物料、捏合塊混煉，通常將推進物料、捏合塊混煉質量和效率作為評定雙螺桿使用性能的重要指標。雙螺桿擠出機在實際運行過程中，螺桿在機筒內轉動并與物料產生一定的摩擦力，保持物料持續推進，異向擠出機主要設計成螺紋式，兩桿之間的間隙越小，剪切的速率會越大，分散混合效果好；反之，間隙越大，剪切速率隨之越小，物料的通過量越大，分布混合效果好；同時，在輸送物料過程中，支持定量加料，并合理控制物料的塑化情況；通過加設排氣口，保證氣體向料斗排料時順暢，基于固體輸送段螺槽未充滿，需要加強壓縮，保證良好的傳熱性，加速熔融，促進排氣。同向的雙螺桿在物料輸送過程中，在嚙合區“C”形室不封閉，并在兩個螺桿之間形成通道，物料沿著其中一根雙螺桿螺槽“C”型室輸送前進，到嚙合區后，返回到前一根螺桿螺槽的“C”型室，同向雙螺桿較比異向雙螺桿物料具有更強的自潔性。雙螺桿擠出機較比單螺桿更具優勢，加料便捷、物料停留時間短、排氣性能好、混合和塑化能力強、低比功率消耗等優勢，可應用的領域較為廣泛，適應于聚合物反應擠出、共混和填充改性、廢塑料再生利用、成型加工HPVC管材、異型材等，材料質量通常較高。

1.2 雙螺桿擠出機生產加工和生產工藝流程

雙螺桿擠出機在實際生產加工中，常用的是ABS塑料，并在電解質凝聚工藝等工藝下完成的，在生產加工中持續改進生產加工工藝，確保更好投入實際應用中，有技術人員在改進過程中，增加了冷卻箱，提高了ABS塑料制品的冷卻速率，避免高溫環境下，ABS塑料內部出現燒焦現象，進而保證ABS塑料產品的質量，滿足實際使用需求。就雙螺桿擠出機生產工藝看，在生產ABS塑料時，借助單螺桿進行加壓，實現物料的輸送，在物料混合段中，添加適量CaCl等凝聚劑進行混合，在凝聚劑混合作用下，促使ABS塑料固化為凝膠顆粒；在物料加工段，對凝膠顆粒進行脫水干燥，并擠出膠繩，通過加設的冷卻箱完成膠體冷卻，最終將其切塊進行包裝。

2 雙螺桿擠出機生產工藝改進方法研究

2.1 冷卻箱改造

設計人員在冷卻箱改造設計過程中，加強對箱體參數的設計，在生產ABS塑料程中，根據ABS塑料生產量進行計算，ABS塑料的規格在700mm×700mm，將ABS塑料進入冷卻箱的溫度設置在75℃，保證冷卻箱在膠體成型前，將溫度控制在25°；冷卻箱結構設計上，設計了排濕風機、主驅動電機、膠帶、鏈條等部件，結合實際生產需要，加強對冷卻箱外尺寸的設計以及寬度和高度設計，根據冷卻箱實際設計需求，嚴格設定尺寸大小，以期提升保冷效果，通過鏈條和支撐桿實現輸送目的，根據實際物料輸送情況對線速進行調整，一般膠帶在冷卻箱內停留的時間為8min，主電機的功率在7.5kw，在冷卻箱內部設計了5臺散熱器，添加了0°的冷凍鹽水，將熱量保持在15×124W，同時，設計人員加設了一臺排濕風機，其功率和風量均滿足實際使用需求。在冷卻箱熱平衡設計上，根據物料換熱量（Q1）進行計算，已知膠帶的厚度在12mm、導熱系數為0.255W/（m·℃）、傳熱系數K=導熱系數÷0.01=25.5W/（m·℃）；膠帶在冷卻箱中的長度為55m，熱面積=帶長×帶寬=55m×0.5m=27.5m2，最終可計算得出Q1=25.5W/m·℃×27.5m2×50℃。

通過在雙螺桿擠出機中增設冷卻箱，實現對雙螺桿擠出機生產工藝層面的改進和優化，在實際擠出生產過程中，冷卻箱內增設濕度控制排風裝置，大大降低了ABS塑料產品冷量損失，并在隔熱板安裝作用下，形成循環風，保證產品處于良好的分離狀態下，散熱效果明顯；冷卻箱內的鏈條，優化了ABS塑料產品傳輸方式，通過調節主電機頻率，實現冷卻箱與雙螺桿擠出機同步運行；在支撐桿支持下，拉近了ABS塑料產品與接觸箱距離，防止黏連現象的發生，切實滿足實際生產需要，實現ABS塑料產品生產質量提升的目標，保證ABS塑料產品生產的多樣化，拓寬了雙螺桿擠出機應用范圍和領域。

2.2 雙螺桿擠出機側加料裝置改進

為提升雙螺桿擠出機整體性能，設計人員加強對擠出機側加料裝置的改進，傳統的側加料裝置在上游設置了排氣口，在雙螺桿旋轉力支持下，將物料輸送至擠出機內部，物料沿著螺桿繼續向前推進，受熱熔融，在捏合元件作用下進行混煉，通過實踐分析，設計人員發現，物料量加大情況下，一側加料口處填滿了物料，另一側加料口留有部分空間；在整個填料過程中，夾雜了空氣，嚴重影響填料量；基于此，設計人員根據側料口填料情況進行改進設計，主要設計思路為：一是減少填料過程中夾雜的空氣；二是在一側加料口保持一定的自由空間，確保優化改進后的側加料口滿足實際填料需求。

（1）減少填料過程中夾雜的空氣。設計人員在側加料口上游設置了排氣口，將原有的螺桿更換為導程螺桿，將側加料料斗劃分為兩個部分，前部分用以排氣、后部分用來加料，導程螺桿在填料輸送過程中，支持填料壓實，順利將夾雜的空氣通過前部分料斗排出，最終通過側加料口上游排氣口將空氣排出。

（2）一側加料口保留自由空間。設計人員以期通過增加一側加料口自由空間，滿足實際填料量需求，基于此，在現有的螺桿基礎上設計了大導程螺桿元件，在組螺桿側加料口上游設置了非對稱螺桿元件，在螺桿側加料口的一側設計了反向輸送元件，在另一側設計了反向開槽元件，當擠出機進行物料輸送時，物料進入主加料口，并進入擠出機，沿著螺桿繼續向前輸送，受熱熔融，當物料到達非對稱元件時，處于熔融的狀態，物料在非對稱元件作用下，分布狀態發生明顯的變化，一側加料口進行反向輸送，另一側同步進行反向輸送，在物料反向輸送過程中，其中一側加料口在反向輸送元件作用下，形成空腔，大大提升了側加料裝置填料加入量，優化了傳統雙螺桿擠出機生產工藝，提高產品加工質量，具有實際投入生產應用的可行性。

（3）加強涂覆級聚丙烯工藝改進。一般情況下，成品涂覆級聚丙烯溶體流動速率在25～45g/10min，波動的范圍較大，原生產工藝通常采用的是降解母料制備、涂覆級聚丙烯制備兩種工藝方法；采用降解母料制備過程中，是將聚丙烯與引發劑相混合，時間一般在4～6min，在雙螺桿擠出機中進行連續的塑化、擠出，在冷卻水槽、風干機作用下，將物料輸送至切粒機，并將篩選出的成品作為母料；在涂覆級聚丙烯制備過程中，將成品物料與聚丙烯原料進行混合攪拌，在雙螺桿擠出機中進行連續塑化、熔融，將擠出的熔融物料在冷卻水槽中進行冷卻和風干，并通過切粒機進行切塊。設計人員在現有的工藝基礎上進行改進。將原有的單喂料模式改造為雙料口同時進料模式，組成“雙喂料系統”，在實際改造過程中，發現喂料系統下的墊片在震動作用下發生位移，在二次改造中增加了固定支架，切實解決了震動位移問題，優化了填料流程和環節，實現了主料在一定溫度下混合、擠出、剪切等目標，生產加工后的產品質量較高。

3 結語

綜上所述，雙螺桿擠出機生產工藝改進，大大提升了物料生產加工效率和質量，優化了工藝流程。傳統的雙螺桿擠出機本身具有明顯的性能優勢，為進一步提升雙螺桿擠出機生產工藝性能，設計人員基于多角度進行設計改造，優化工藝生產過程，切實解決雙螺桿擠出機當前生產工藝上的難點，大大提升了生產效率。