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擠出成型技術(shù)的最新發(fā)展

2024-10-28 14:23:18 內(nèi)容管理

1. 5. 1   特殊擠出機(jī)新技術(shù)

我國(guó)目前已開發(fā)出如串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī) 、往復(fù)式銷釘螺桿擠出機(jī) 、行星擠出機(jī) 、帶 熔體齒輪泵的擠出機(jī) 、串聯(lián)式多階擠出機(jī) 、多螺桿擠出機(jī) 、行星螺桿擠出機(jī)等 ,在國(guó)內(nèi)均有 廠家生產(chǎn) ,其中一些還有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利 。華南理工大學(xué)開發(fā)的電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)已系 列化并投放市場(chǎng) 。北京化工大學(xué)開發(fā)的 φ12mm 手提式高速排氣擠出機(jī) 、φ28mm 熔體齒輪泵 擠出機(jī)和 CPJ75/135 串聯(lián)式磨盤擠出機(jī)都是特殊機(jī)的新成 。用于混煉工藝的特殊擠出機(jī)是 未來的發(fā)展方向 ,如串聯(lián)磨盤式螺桿擠出機(jī) 、往復(fù)式銷釘螺桿擠出機(jī) 。在其他方面應(yīng)用的電 磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)是目前世界還沒有的 ,未來也會(huì)有很寬廣的發(fā)展空間。

1) 串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)  串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)如圖 1-13 所示   1-13a 表示串 聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)擠出部分螺桿分為固體輸送段 、熔融混煉段 、排氣段和擠出段 。  1-13b是串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)構(gòu)成示意圖 ,整體由擠出系統(tǒng) 、潤(rùn)滑冷卻和抽真空系統(tǒng) 、加 料系統(tǒng) 、傳動(dòng)系統(tǒng) 、電動(dòng)機(jī)等組成 。圖 1-13c 則是串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)擠出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

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1-13    串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)

1—機(jī)頭   2—加熱器   3—螺桿頭    4—擠出段機(jī)筒   5—擠出段襯套    6—擠出段螺桿   7—排氣段機(jī)筒

8—排氣段動(dòng)盤   9—排氣段襯套    10—定盤冷卻套    11—?jiǎng)颖P    12—螺紋元件   13 、15—?jiǎng)颖P機(jī)筒

14—定盤   16—加料段機(jī)筒   17—加料段螺桿

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)是在端面擠出機(jī)和 T 型擠出機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ,具有如下 特點(diǎn):

1) 在加料段采用大直徑螺桿 ,增強(qiáng)了螺桿的剛性和強(qiáng)度 ,適用于高轉(zhuǎn)矩 、大功率的 擠出。

2) 采用深槽 、大直徑螺桿加料 ,可大幅度的增加產(chǎn)量。

3) 采用多組磨盤反復(fù)研磨物料 ,其破碎 、分散 、剪切 、混合和塑化性能優(yōu)越。

4) 采用組合式結(jié)構(gòu) ,磨盤和螺紋塊的形狀和組合形式可以多種多樣 ,適用范圍廣。

5) 采用可調(diào)節(jié)的磨盤間隙 ,適用于多種物料的加工生產(chǎn)。

6) 由于磨盤兩側(cè)的物料壓力基本處于平衡 ,傳動(dòng)系統(tǒng)承受的軸向壓力較低 , 因此適用 于高壓擠出。

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)的核心部件就是多對(duì)串聯(lián)磨盤 ,  1-14 所示是磨盤的不同結(jié)構(gòu) 型式 。其端面形狀有扇形 、菊形 、臼目形等多種型式 。通過磨盤的旋轉(zhuǎn) ,旋轉(zhuǎn)磨盤與固定磨 盤凸起的頂部螺線的交點(diǎn) O 將向外側(cè)移動(dòng) ,如圖 1-15 所示 ;相反 ,在圖 1-16  ,交點(diǎn) O  內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng) ?;谏鲜龉ぷ髟?/span> ,在入口側(cè)將各旋轉(zhuǎn)磨盤的凸起在相位滯后的方向傾斜 ,而在 出口側(cè)朝相反方向傾斜 ,就會(huì)使得加料段機(jī)筒與螺桿間隙內(nèi)的物料通過旋轉(zhuǎn)磨盤與固定磨盤 之間的間隙 ,被輸送到旋轉(zhuǎn)磨盤的外圓周表面上 ,而再被送到旋轉(zhuǎn)磨盤的另一側(cè)面與固定磨 盤之間的中心線上 。依此類推 ,在磨盤工作區(qū)內(nèi)形成物料的發(fā)散—收劍—發(fā)散—收劍的流動(dòng)狀態(tài) 。在上述的流動(dòng)過程中 ,經(jīng)過數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)磨盤與固定磨盤溝槽的剪切 、破碎 ,完成物料的熔融 、混煉和熔體輸送等過程。

串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)的混煉段 起到混煉作用 ,動(dòng)盤和定盤起到壓縮 與剪切作用 ,定盤上的 12 條凹槽展 開排列 ,各凹槽內(nèi)的物料起到重新分 割和置換分配作用。

      串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機(jī)主要適用 于塑料要連續(xù)混煉 、制取而用其他螺 桿擠出機(jī)無法加工的特殊高分子合金 材料和高填充的物料 ,如軟 、硬 PVC 混合材料  電子復(fù)寫 、傳真用調(diào)色涂   陶瓷 、塑料和各種有機(jī)混合   ,磁鋼 、導(dǎo)電塑料 、熱熔涂料 、高 黏度工程塑料 、電池的電極以及粉末 涂料等。

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1-14   磨盤的結(jié)構(gòu)型式

a) 扇形動(dòng)盤   b) 菊形動(dòng)盤   c) 臼目形動(dòng)盤 d) 扇形定盤   e) 菊形定盤   f) 臼目形定盤

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1-15    物料的發(fā)散流動(dòng)                                      1- 16    物料的收斂流動(dòng)

      2) 往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)  又稱布氏混煉機(jī) , 由瑞士人開發(fā) ,我國(guó)有廠家批量生產(chǎn) 。如圖 1-17 所示 ,往復(fù)式銷釘螺桿 混煉擠出機(jī)基本形式是一臺(tái)單螺桿擠出 機(jī) ,螺桿螺紋每圈被切斷成三段 , 在機(jī) 筒內(nèi)壁安置有三排銷釘 ,螺桿每轉(zhuǎn)一圈 要做一次往復(fù)運(yùn)動(dòng) ,被切斷的螺紋與銷 釘間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng) ,其軌跡近似正弦曲 線 ,物料表層不斷被剪切 、被翻新并重 新取向 。因此 ,此機(jī)適合生產(chǎn)炭黑母料 并優(yōu)于同向平行雙螺桿擠出機(jī) ,但此機(jī)成本較高。

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圖 1-17   往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)

      往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)主要由電動(dòng)機(jī) 、傳動(dòng)系統(tǒng) 、擠出系統(tǒng) 、加料系統(tǒng) 、高溫熔體 泵系統(tǒng)或第二階擠出機(jī)和其他輔助裝置 ,如抽真空系統(tǒng) 、加熱系統(tǒng) 、冷卻系統(tǒng) 、潤(rùn)滑系統(tǒng)及 電控系統(tǒng)等組成 ,其中擠出和傳動(dòng)系統(tǒng)是關(guān)鍵所在 。往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)與普通單螺 桿擠出機(jī)擠出與傳動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別如圖 1-18 所示。

往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)配有強(qiáng)制加料和側(cè)向加料裝置 ,使配料 、共混改性和造粒同 時(shí)完成 ,從而使最終制品的工藝過程具有工序少 、流程短 、能耗低 、成本低 、減少環(huán)境污 、不需預(yù)混料等特點(diǎn)。

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1-18   往復(fù)式銷釘螺桿混煉

擠出機(jī)與普通單螺桿擠出機(jī)擠出與傳統(tǒng)系統(tǒng)的區(qū)別

a) 往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)    b) 普通單螺桿擠出機(jī)

        往復(fù)式銷釘螺桿混煉擠出機(jī)具有剪切均勻 、高分散、 高填充 、拉伸熔體等特點(diǎn) ,且綜合了單 、雙螺桿擠出機(jī)的  優(yōu)點(diǎn) ,加上一整套的螺紋元件及配套設(shè)備 ,可在一部機(jī)器  上做到混料 、混煉 、塑化 、分散 、剪切 、拉伸 、脫氣 、造   ,使熔體在機(jī)器中流動(dòng)的界面面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的剪切  流動(dòng) ,是一種新型的塑料混煉加工設(shè)備 ,廣泛用于塑料填   、共混 、改性 、交聯(lián) 、接枝 、色母料 、功能母料 、阻燃  材料 、導(dǎo)電材料 、降解材料 、增塑 、增韌等專用材料的生產(chǎn) 。它的應(yīng)用如下:

       1) 將不同品種 、不同黏度的聚合物共混 ,得到具有 特定用途的嶄新高分子合金材料。

2) 將各種礦物填料加到聚合物熔體中 ,制成性能優(yōu) 良的 、價(jià)格便宜的高填充材料。

3) 制備高濃度色母料粒時(shí) ,對(duì)顏料 、助劑直接計(jì)量 ,無須預(yù)混處理 ,就可得到良好分 散效果的色母料。

4) 生產(chǎn)各種玻璃纖維增強(qiáng)阻燃產(chǎn)品 ,玻璃纖維加入量可達(dá) 50%  質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

5) 適用于各種電纜護(hù)套料 、絕緣料 、交聯(lián)料 、半導(dǎo)體料 、屏蔽料 、導(dǎo)電材料生產(chǎn)。

6) 適用于硬質(zhì)和軟質(zhì)的 PVC 產(chǎn)品 , 以及其他熱敏性材料的生產(chǎn)。

7) 適用于熱塑性彈性體 、熱熔膠的生產(chǎn)。

8) 適用于光降解母料 、生物降解母料 、光生物雙降解母料 、可塑性淀粉材料的生產(chǎn)。

9) 適用于各種功能母料粒 、防老化母料粒 、填充母料粒的生產(chǎn)。

10) 特別適用于各種低煙無鹵 、低煙低鹵阻燃材料的生產(chǎn)。

11) 適用于玻璃纖維增強(qiáng)酚醛模塑料 、脲醛塑料 、環(huán)氧封裝料等熱固性材料的連續(xù)化 生產(chǎn)。

  (3) 行星螺桿擠出機(jī)行星螺桿擠出機(jī)由一根主螺桿和若干根輔助螺桿組成 。主 、輔  螺桿的螺紋都是仿造弧齒錐齒輪的結(jié)構(gòu)互相嚙合 ,其輸送能力和自清潔效果很好 ,能夠連續(xù) 供料  因此用來作聚氯乙烯制品壓延生產(chǎn)線的預(yù)塑化設(shè)備 , 以代替密煉機(jī)或開煉機(jī)改善勞動(dòng)  條件 。但是 ,這種行星式擠出機(jī)對(duì)熔料不能產(chǎn)生足夠的壓力 , 此不能用于擠出制品型坯, 需要另外配一臺(tái)單螺桿擠出機(jī) ,變成如圖 1-19 所示雙階布置行星式擠出機(jī)。

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1-19   雙階布置的行星式擠出機(jī)

1—造粒機(jī)頭   2—計(jì)量段   3—排氣槽    4—第二行星螺桿段   5—第一行星螺桿段    6—加料段   7—配料裝置

行星螺桿擠出機(jī)擁有非常緩和的塑化作用 ,原料分散均勻 ,與傳統(tǒng)壓延生產(chǎn)線配置的開  煉機(jī) 、密煉機(jī)或各種雙螺桿擠出機(jī)相比 ,有清潔 、高效 、節(jié)能 、產(chǎn)能大 、節(jié)約輔料等特點(diǎn), 并能隨時(shí)準(zhǔn)確高效加入輔料 ,快速塑化原料 。行星螺桿擠出機(jī)的特點(diǎn)如下:

1) 在物料擠出量相同的情況下 ,行星螺桿擠出機(jī)完成塑化的時(shí)間為 20 40s ,而普通 單螺桿擠出機(jī)完成塑化的時(shí)間為 40 70s ,雙螺桿擠出機(jī)塑化時(shí)間為 30 60s。

      2) 單位擠出機(jī)的能耗低 。加工硬 PVC ,行星螺桿機(jī)能耗為 288kJ/kg ,單螺桿機(jī)為612kJ/kg ,異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿機(jī)為 432kJ/kg。

    行星螺桿擠出機(jī)在短時(shí)間內(nèi)的物料捏合 、擠壓 、剪切交換的接觸表面積最大 , 目前還沒 有可以比擬的混合系統(tǒng)。

3) 由于行星軋輥的數(shù)量多 、長(zhǎng)度大 ,齒形軋輥的總嚙合次數(shù)非常高 ,最高可達(dá) 30  /min ,這就大大增加了對(duì)物料的捏合 、擠壓 、剪切和攪拌次數(shù)。

4) 行星螺桿擠出機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是可在機(jī)筒不充滿物料 ,甚至機(jī)筒只有 10% 的原料時(shí)也 能正常塑化加工 ,所以試模調(diào)機(jī)投入少量料也可進(jìn)行工作。

行星螺桿擠出機(jī)在塑料壓延生產(chǎn)中大顯身手 ,主要用在 PVC 膜片生產(chǎn)中 。 目前正在延 伸到下列產(chǎn)品中 :橡膠及彈性體硫化裝置 、粉末涂裝用漆料生產(chǎn)裝置 、造粒系統(tǒng)( 改性功 能材料 ,如木塑料造粒)、單段及雙段塑化裝置 、聚酯膜片生產(chǎn)線的塑化 、食品藥品混煉合  、實(shí)驗(yàn)室用擠出機(jī) 、化工作業(yè)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的混合物 、干燥與脫氣 、聚縮反應(yīng)。

       行星 螺 桿 擠 出 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 如 圖 1-20所示 ,這種擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng) 分為以下兩部分 ,第一部分為常規(guī) 的單螺桿擠出機(jī)的加料段 ,第二部 分為安裝在加料段出料端一側(cè)的行 星塑化 段 , 也 是 擠 出 機(jī) 的 關(guān) 鍵 部 分 ,主要有主螺桿 、行星螺桿和在 機(jī)筒內(nèi)圓周面上精確加工有相同模 數(shù) 、相應(yīng) 螺 旋 角 的 嚙 合 齒 面 組 合 ( 內(nèi)齒套)。主螺桿從調(diào)速電動(dòng)機(jī)經(jīng)專用減速箱通過加料段螺桿獲取動(dòng)力旋轉(zhuǎn) 。在主螺桿的四周規(guī)則排列著與之滾動(dòng)嚙合的小直 徑的行星螺桿 ,螺桿的數(shù)目隨行星螺桿擠出機(jī)的公稱直徑而變化 ,一般為 7 ~18 根不等 。小 螺桿與機(jī)筒內(nèi)壁上的內(nèi)齒面精準(zhǔn)嚙合 。當(dāng)擠出機(jī)運(yùn)行時(shí) ,主螺桿的螺旋齒面推動(dòng)周邊小螺桿 自轉(zhuǎn)并圍繞其公轉(zhuǎn) 。公轉(zhuǎn)的軌道即內(nèi)齒套的齒面 。小螺桿因此稱為行星螺桿 。組成的擠出塑化系統(tǒng)統(tǒng)稱為行星螺桿擠出機(jī)。

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1-20   行星螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

a—加料方向   b—物料運(yùn)動(dòng)方向    c—行星螺桿    d—主螺桿

主螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí) ,行星螺桿被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn) ,如  1-21 所示 。齒輪在定向旋轉(zhuǎn)的時(shí)候 ,被動(dòng) 旋轉(zhuǎn)的行星螺桿沿軸向受力 ,為防止它沿著軸 向旋出 ,在行星塑化段的出料口模處設(shè)置有高 強(qiáng)度 、耐磨的止動(dòng)環(huán) , 以確保行星螺桿軸向定 位的可靠性。

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1-21   行星螺桿擠出機(jī)螺桿運(yùn)動(dòng)示意圖

行星螺桿擠出機(jī)的核心件是行星螺桿 ,它  是一個(gè)具有極大齒寬的螺旋角為 45° 的齒輪, 當(dāng)主螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí) ,各行星螺桿如同軋輥在中心  螺桿和內(nèi)齒套組成的雙側(cè)齒面的滾道上滾動(dòng), 如同一根浮動(dòng)在被碾壓材料上的軋輥 。在這一  過程中材料被一個(gè)個(gè)行星軋輥的齒面抓住 ,被  帶入相應(yīng)的齒隙并沿螺旋齒面不斷軸向遞送,拉出時(shí)即成了薄層并被止動(dòng)環(huán)及切刀層合并切成小段 。這種薄層反復(fù)連續(xù)滾出的過程在整個(gè) 混合過程中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度調(diào)整 。這就是行星螺桿擠出機(jī)( 又叫行星軋輥擠出機(jī)) 能夠?qū)?/span> 現(xiàn)材料混合柔和高效而又溫控精確 、 自清潔效果最 、廢料最少的根源 。溫控調(diào)節(jié)是通過中 心螺桿心部和內(nèi)齒套夾層的循環(huán)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。



參考文獻(xiàn): 《塑料擠出機(jī)頭典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試模調(diào)機(jī)經(jīng)驗(yàn)匯編》 陳澤成 、陳斌 編著