螺桿的擠出機(jī)是塑料成型加工最主要的設(shè)備之一，它通過(guò)外部動(dòng)力傳遞和外部加熱元件的傳熱進(jìn)行塑料的固體輸送、壓實(shí)、熔融、剪切混煉擠出成型。螺桿擠出機(jī)自誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，已由普通螺桿擠出機(jī)發(fā)展為新型螺桿擠出機(jī)。盡管新型螺桿擠出機(jī)種類(lèi)繁多，但就擠出機(jī)理而言，基本是相同的。傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)擠出過(guò)程，是靠機(jī)筒外加熱、固體物料與機(jī)筒、螺桿摩擦力及熔體剪切力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。“摩擦系數(shù)”和“摩擦力”，“粘度”和“剪應(yīng)力”是影響傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)工作性能的主要因素，由于影響“摩擦”和“粘度”的因素十分復(fù)雜，因此，傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)擠出過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)定狀態(tài)，難以控制，對(duì)某些熱穩(wěn)定性差、粘度高的熱敏性塑料尤為突出。自60年代以來(lái)，世界上各國(guó)學(xué)者對(duì)螺桿擠出機(jī)理進(jìn)行了大量研究，也取得了明顯的成就，但由于他們的研究大多局限于傳統(tǒng)塑料擠出成型機(jī)理、機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和換能方式，因而一直未能取得重大突破。傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)所存在的如體積龐大、能耗高、噪音大、產(chǎn)品質(zhì)量提高難等一系列缺點(diǎn)沒(méi)有得到根本解決。
1979年，瞿金平教授在多年教學(xué)、科學(xué)研究實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察思索和理論研究后，在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，大膽提出將振動(dòng)場(chǎng)引入擠出成型全過(guò)程的設(shè)想，并對(duì)傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底變革。經(jīng)過(guò)兩年的艱苦努力，1990年終于研制出第一臺(tái)塑料電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)原理樣機(jī)，原理樣機(jī)采用直接換能方式，將振動(dòng)場(chǎng)引入塑料化擠出全過(guò)程，從原理到機(jī)械結(jié)構(gòu)都完全不同于傳統(tǒng)螺桿擠出機(jī)，克服了傳統(tǒng)設(shè)備的許多缺陷，具有體積小、重量輕、制造成本低、能耗低、噪音小、塑化混煉效果好等優(yōu)點(diǎn)。1990年底，國(guó)家科委火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)中心組織專(zhuān)家們經(jīng)過(guò)考察和答辯后，將其列入1991年國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃預(yù)備項(xiàng)目，進(jìn)行研制開(kāi)發(fā)。1991年7月，系列研究之一的“塑料共擠出設(shè)備的機(jī)電磁一體化研究”獲“霍英東青年教育基金”的資助。在該基金的資助下，對(duì)塑料電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)理共擠復(fù)合機(jī)理進(jìn)行深入研究，在國(guó)內(nèi)外首次提出了聚合物電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出工程原理，建立了比較完善的聚合物動(dòng)態(tài)固體輸送、熔融、熔體輸送數(shù)學(xué)模型，闡明并定量地描述了聚合物動(dòng)態(tài)塑化擠出過(guò)程的基本規(guī)律。依據(jù)新原理研制出國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的“塑料電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出設(shè)備”。
雙螺桿市場(chǎng)創(chuàng)新技術(shù)趨勢(shì)：雙螺桿加工技術(shù)已經(jīng)成為塑料加工業(yè)應(yīng)用極為普遍的一種加工手段，相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)也極為激烈。如何在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地?不同供應(yīng)商紛紛推出各有特色的創(chuàng)新技術(shù)以贏得市場(chǎng)。高速、高產(chǎn)量高速、高效、節(jié)能一直是近年來(lái)國(guó)際塑料機(jī)械不斷改進(jìn)的主旋律。高速和高產(chǎn)量可使投資者以較低的投入獲得高額的回報(bào)。但是，螺桿轉(zhuǎn)速高速化帶來(lái)一系列極待解決的問(wèn)題：如物料在螺桿內(nèi)停留時(shí)間短，容易引起物料混煉塑化不均;過(guò)高剪切可能造成物料急驟升溫和熱分解;可能出現(xiàn)擠出穩(wěn)定性問(wèn)題;需要高性能輔機(jī)和精密控制系統(tǒng)與之配套;螺桿與機(jī)筒的磨損問(wèn)題以及減速傳動(dòng)箱設(shè)計(jì)問(wèn)題等。因此，針對(duì)高速化可能帶來(lái)的問(wèn)題提供解決方案，便是雙螺桿供應(yīng)商技術(shù)創(chuàng)新的重要方向之一。德國(guó)貝爾斯托夫(Berstorff)公司推出的新型雙螺桿擠出機(jī)-ZEUTX系列，性能與眾不同之處在于擁有優(yōu)異的螺桿直徑/生產(chǎn)率比。螺桿設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速達(dá)1200rpm，扭矩大，擠出產(chǎn)能在100～3500kg/h之間?？赏瑫r(shí)進(jìn)行物料的混煉、反應(yīng)、排氣等工序。機(jī)筒和螺桿采用了模塊式設(shè)計(jì)，能滿足各種特殊工藝要求，具備優(yōu)異的加工工藝靈活性，還配有ZSEF型側(cè)邊喂料器，可實(shí)現(xiàn)高的固體顆粒輸送率，切粒機(jī)可匹配不同的產(chǎn)率和材料加工。
為了適應(yīng)高速、高產(chǎn)的需要，該擠出機(jī)擁有多處改進(jìn)。裝備了筒式加熱器，可在極短時(shí)間內(nèi)完成擠出機(jī)的升溫工作，最高加熱溫度可達(dá)450℃;冷卻流道設(shè)計(jì)真正實(shí)現(xiàn)了逆向流冷卻，優(yōu)化了冷卻系統(tǒng);配置了“弓形夾緊裝置”，更換機(jī)筒的時(shí)間可比傳統(tǒng)螺栓連接型更快;機(jī)筒采用了帶有專(zhuān)利的高頻淬火硬化工藝，賦予極佳的耐磨性能，從而省去了昂貴的耐磨襯套;另外，還配備有該公司的高級(jí)工藝控制系統(tǒng)。多功能化在功能方面，雙螺桿擠出機(jī)已不再局限于高分子材料的成型和混煉，其用途已拓展到食品、飼料、炸藥、建材、包裝、紙漿和陶瓷等領(lǐng)域。此外，將混煉造粒與擠出成型工序合二為一的“一步法直接擠出工藝”也非常具有吸引力。
WPC(木塑復(fù)合材料)用于戶外應(yīng)用，如作甲板鋪板和柵欄已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，特別是在美國(guó)。辛辛那提公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了Fiberex系列，并不斷使它最佳化以用于WPC成型。第四代Fiberex，具有一個(gè)加長(zhǎng)的、耐磨加工單元，能充分滿足顧客的不同要求，并達(dá)到高的產(chǎn)量。在去年的NPE展覽會(huì)上，辛辛那提公司演示了整條Fiberex中試生產(chǎn)線，生產(chǎn)線配有一臺(tái)生產(chǎn)量為200 kg/h(440 lb/h)的Fiberex T58擠出成型機(jī)，用于成型加工75 %木粉填充量的PP配混物。生產(chǎn)線制造一種用于家具工業(yè)的異型材，壁厚2.5mm，擠出定型速度2m/min。大型化和精密化實(shí)現(xiàn)擠出成型設(shè)備的大型化可以降低生產(chǎn)成本，對(duì)于大型雙螺桿造粒機(jī)組、吹膜機(jī)組、管材組更是如此。在中國(guó)，大型化設(shè)備長(zhǎng)期依賴于進(jìn)口，現(xiàn)正在進(jìn)行大型雙螺桿造粒機(jī)組國(guó)產(chǎn)化研究。精密化可以提高產(chǎn)品的含金量，如多層復(fù)合共擠薄膜。熔體齒輪泵作為實(shí)現(xiàn)精密擠出的重要手段應(yīng)加大力度進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。國(guó)際知名供應(yīng)商在大型擠出機(jī)開(kāi)發(fā)方面已有大量成熟的技術(shù)。為了滿足不同客戶的需要，JSW提供從TEX30到TEX400不同規(guī)格的雙螺桿擠出機(jī)。其最大的雙螺桿擠出機(jī)TEX400機(jī)筒直徑443mm，總長(zhǎng)35m，總重量達(dá)320噸。Yanbu國(guó)立石油公司不久前向W&P公司訂購(gòu)了一臺(tái)大型雙螺桿ZSK320擠出機(jī)，包括電機(jī)、造粒機(jī)以及水冷系統(tǒng)，總值超過(guò)2000萬(wàn)歐元。根據(jù)不同聚合物品種與粘度，其產(chǎn)量達(dá)每小時(shí)25-50噸。
奧地利維也納的辛辛那提擠出有限公司在2006年發(fā)運(yùn)給美國(guó)一家客戶一臺(tái)迄今為止世界上最大的異向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出成型機(jī)。這臺(tái)30t的巨型機(jī)器的產(chǎn)量可達(dá)到2000kg/h，是用于高速生產(chǎn)PVC板材的理想設(shè)備。國(guó)內(nèi)科研院所在熔體齒輪泵的研究開(kāi)發(fā)方面也做了大量的工作。北京化工大學(xué)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多個(gè)系列的熔體齒輪泵產(chǎn)品。Krauss-Maffei公司36D系列雙螺桿擠出機(jī)專(zhuān)為PVC加工而設(shè)計(jì)模塊化和專(zhuān)業(yè)化模塊化生產(chǎn)可以適應(yīng)不同用戶的特殊要求，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，爭(zhēng)取更大的市場(chǎng)份額;而專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)可以將擠出成型裝備的各個(gè)系統(tǒng)模塊部件安排定點(diǎn)生產(chǎn)甚至進(jìn)行全球采購(gòu)，這對(duì)保證整機(jī)質(zhì)量、降低成本、加速資金周轉(zhuǎn)都非常有利。制造商通過(guò)增加填料量將明顯降低PVC管材原料費(fèi)用。工程上的挑戰(zhàn)是要保證工藝的穩(wěn)定和產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)。Krauss-Maffei公司36D平行雙螺桿擠出機(jī)專(zhuān)為理想的PVC加工而設(shè)計(jì)。他們實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)量和高制品機(jī)械性能的統(tǒng)一，此外，這些擠出機(jī)可以提供質(zhì)量穩(wěn)定的高品質(zhì)管材。在加工高填充配方方面，利用Krauss-Maffei公司開(kāi)發(fā)的36D雙螺桿擠出機(jī)來(lái)加工PVC排污管材，填充量高達(dá)65份(約40%)的CaCO3也是可行的。直徑在50~500mm的高填充管材主要用于輸送污水。為了使高填充配方加工更容易，擠出機(jī)配置了特殊材料加料、稱(chēng)重和計(jì)量系統(tǒng)。借助于一個(gè)螺旋加料螺桿，將PVC干混料和CaCO3從儲(chǔ)料倉(cāng)輸送到稱(chēng)重計(jì)量裝置的料斗中。料斗中安裝有混合器和攪拌器以防止架橋。此外，所有與材料接觸的計(jì)量裝置表面都有一特殊涂層以防止物料流動(dòng)受阻。從計(jì)量裝置出來(lái)，物料在攪拌器和一個(gè)特殊的雙螺桿加料器作用下就被輸送到位于擠出機(jī)加料口的供料裝置中。智能化和網(wǎng)絡(luò)化在設(shè)備本身的技術(shù)改造之外，先進(jìn)的雙螺桿擠出機(jī)已普遍采用微機(jī)控制，對(duì)整個(gè)擠出過(guò)程的工藝參數(shù)如熔體壓力及溫度、各段機(jī)身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉(zhuǎn)速、喂料量，各種原料的配比、電機(jī)的電流電壓等參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)保證工藝條件的穩(wěn)定、提高產(chǎn)品的精度都極為有利。
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