張新超，張福國(guó)，史媛媛

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

不同螺桿構(gòu)型對(duì)擠出機(jī)性能影響的試驗(yàn)研究

Experimental study of influence of different screw confi guration in extruder performance

張新超，張福國(guó)，史媛媛

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

通過試驗(yàn)，掌握雙混煉區(qū)的螺桿構(gòu)型和單混煉區(qū)的螺桿構(gòu)型對(duì)同向雙螺桿擠出造粒機(jī)組的功率、模板前壓力、切粒形態(tài)及熔融指數(shù)等參數(shù)的影響，從而為機(jī)組的加工制造、工藝生產(chǎn)及產(chǎn)品性能的調(diào)整提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

擠出造粒機(jī)組；螺桿構(gòu)型；混煉

同向雙螺桿擠出造粒機(jī)組是將乙烯工程中催化聚合而成的聚丙烯或聚乙烯粉料樹脂，根據(jù)工藝要求，與其他輔料按嚴(yán)格的比例均勻混合，通過擠出機(jī)進(jìn)行混煉、塑化、擠出、切粒、干燥和篩分，并最終加工成規(guī)則的顆粒制品。同向雙螺桿混煉擠出造粒機(jī)組是包括樹脂及輔料的計(jì)量、混合、擠出造粒、工藝水與聚合物顆粒分離、粒料的干燥貯存，以及工藝水循環(huán)等具有高技術(shù)含量的全套工藝裝置。具有工藝流程復(fù)雜、配套性強(qiáng)、設(shè)計(jì)、制造、操作難度較大等特點(diǎn)。

目前，用于PP和PE（聚丙烯、聚乙烯）樹脂造粒的大型混煉擠出造粒機(jī)組主要有兩大類：連續(xù)混煉擠出造粒機(jī)組（異向雙支撐）和同向雙螺桿混煉擠出造粒機(jī)組。由于這兩大類機(jī)組的結(jié)構(gòu)特征及混煉特征的不同，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，對(duì)于生產(chǎn)PE物料，國(guó)際范圍內(nèi)基本上以神鋼和日鋼生產(chǎn)的異向雙支撐機(jī)組為選擇主流；而對(duì)于PP物料，世界范圍內(nèi)，98%以上的用戶選擇同向雙螺桿機(jī)組。

螺桿是同向雙螺桿混煉擠出造粒機(jī)組的核心部件之一，需要滿足物料的輸送、混煉、改性、擠出等各方面的要求，螺桿組合構(gòu)型的設(shè)計(jì)一直是擠出機(jī)研究的重點(diǎn)，本文針對(duì)兩種不同螺桿構(gòu)型的試驗(yàn)研究進(jìn)行探討和說明，觀察兩種不同的組合對(duì)擠出機(jī)性能及參數(shù)的影響，從而為機(jī)組的加工制造、工藝生產(chǎn)及產(chǎn)品性能的調(diào)整提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)設(shè)備及條件

本次試驗(yàn)設(shè)備為Φ72同向雙螺桿造粒試驗(yàn)機(jī)（如圖1），主要包括加料稱、加料斗、混煉系統(tǒng)、熔體齒輪泵裝置、換網(wǎng)裝置、水下切粒裝置，機(jī)筒冷卻水裝置及PCW顆粒水系統(tǒng)。

試驗(yàn)參數(shù)：螺桿轉(zhuǎn)速224 r/min，加料量100 kg/ h；物料選用聚丙烯粉料，MFI≈1 g/10 min，無抗氧劑、填充劑。

2 螺桿構(gòu)型

在同向雙螺桿擠出機(jī)中，螺桿常用元件主要有螺紋元件、嚙合塊元件、齒形元件三種，其中螺紋元件主要用于物料的輸送、壓縮、計(jì)量和建壓，嚙合塊元件主要用于物料的分散和混合。通常，根據(jù)工藝要求，不同導(dǎo)程的螺紋元件放置在不同的工藝段，不同厚度和錯(cuò)列角的嚙合元件也會(huì)起到不同的混煉效果。本次試驗(yàn)主要是在同等試驗(yàn)條件下觀察螺桿構(gòu)型中單個(gè)混煉區(qū)和雙個(gè)混煉區(qū)對(duì)擠出造粒機(jī)組主要性能參數(shù)的影響，如圖2所示。

由圖2可以看出，此次試驗(yàn)兩種螺桿構(gòu)型在輸送段和計(jì)量段螺桿構(gòu)型一致，構(gòu)型1中混煉段分為兩部分，中間螺紋元件起到輸送和過渡的作用，構(gòu)型2中混煉段為一整段。

圖1 Φ72同向雙螺桿造粒試驗(yàn)機(jī)流程示意圖

圖2 螺桿構(gòu)型圖

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，記錄兩種不同構(gòu)型螺桿組合運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.1 電流及功率

本次記錄電流及功率包括主電機(jī)及機(jī)筒加熱器兩部分，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 電流及功率數(shù)值表

由表1可知，加工物料時(shí)，螺桿構(gòu)型1中電流及功率略大于螺桿構(gòu)型2。

3.2 切粒機(jī)模板前壓力

由表2可知，螺桿構(gòu)型1的模板前壓力略大于螺桿構(gòu)型2。

表2 切粒機(jī)模板前壓力

3.3 物料塑化、造粒情況

機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，取粒子樣品，如圖3，兩種粒態(tài)無明顯差異、基本相同。

圖3 螺桿構(gòu)型加工粒態(tài)圖

3.4 物料前后熔指變化

兩種螺桿組合下，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，取粒子樣品，按照GB/T3682—2008，測(cè)定其熔融指數(shù)，測(cè)試條件：2.16 kg，230 ℃，數(shù)據(jù)結(jié)果如表3。

表3 物料熔融指數(shù)數(shù)據(jù)表 g/10 min

熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀型號(hào)：SRZ-400D液晶顯示熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀。

由以上數(shù)據(jù)，螺桿構(gòu)型1加工粒料熔融指數(shù)略低于粉料熔指，而螺桿構(gòu)型2加工粒料熔指大于粉料熔融指數(shù)。

4 結(jié)論

（1）構(gòu)型1螺桿的電流及功率（能耗）略大于構(gòu)型2螺桿，兩段混煉區(qū)的螺桿組合比單個(gè)混煉區(qū)的螺粒料熔指略低于粉料熔指（可能由于測(cè)量誤差及其他因素造成），構(gòu)型2螺桿加工粒料熔指大于粉料熔指，構(gòu)型2螺桿的剪切、降解能力大于構(gòu)型1螺桿。

由以上結(jié)論可以看出，單個(gè)混煉區(qū)構(gòu)型螺桿的剪切能力比雙混煉區(qū)構(gòu)型螺桿要強(qiáng)，對(duì)物料的塑化及混煉效果較好；雙混煉區(qū)構(gòu)型螺桿的能耗偏高，輸送能力較強(qiáng)，容易造成模板前壓力較高，給減速箱和水下切粒裝置帶來較大壓力，不利于機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，綜合以上各點(diǎn)認(rèn)為，對(duì)于用于PP生產(chǎn)的雙螺桿混煉擠出造粒機(jī)來說，單個(gè)混煉區(qū)螺桿構(gòu)型優(yōu)于雙混煉區(qū)的構(gòu)型螺桿。

根據(jù)在小型實(shí)驗(yàn)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究，參數(shù)調(diào)整，比例放大，為我們大型擠出機(jī)的加工制造、工藝生產(chǎn)及產(chǎn)品性能的調(diào)整提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

5 結(jié)束語

目前，大型擠出機(jī)設(shè)備正向高產(chǎn)量、高效率、低能耗的方向發(fā)展，同向雙螺桿擠出理論的研究也在不斷深化，本次僅對(duì)螺桿組合中兩種形式混煉段進(jìn)行了初步試驗(yàn)。螺桿作為同向雙螺桿混煉擠出造粒機(jī)組核心部件之一，螺桿構(gòu)型對(duì)機(jī)組能耗、物料混煉效果、生產(chǎn)能力、擠出穩(wěn)定性等有著直接的影響。因此，對(duì)大型混煉擠出造粒機(jī)組螺桿組合的研究任重道遠(yuǎn)，我們還會(huì)根據(jù)市場(chǎng)和生產(chǎn)的需要對(duì)擠出機(jī)的性能和功能擴(kuò)展深挖潛力，進(jìn)行更深的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。

[1] 耿孝正.雙螺桿擠出機(jī)及其應(yīng)用.中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.

TQ330.43

1009-797X（2016）04-0003-03

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.002

張新超（1990-），男，本科，畢業(yè)于青島科技大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)，主要從事擠出機(jī)研發(fā)與設(shè)計(jì)工作。

2014-03-14