劉平

嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機具有輸送效率高、分散混合能力強、自潔性能好、物料在機內(nèi)停留時間分布均勻和良好的適應(yīng)性等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于不同塑料之間、塑料與橡膠之間的共混改性，各種添加劑與塑料共混、玻璃纖維、碳纖維增強塑料等等，是聚合物改性連續(xù)混合設(shè)備之首選。同向雙螺桿擠出機也即嚙合型同向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出機，是雙螺桿擠出機主要類型之一。

一、同向雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)特點

第一臺商用同向雙螺桿擠出機誕生于1939年，現(xiàn)今廣泛使用的積木式同向雙螺桿擠出機則最早出現(xiàn)在1953年，由Werner & Pfleiderer公司生產(chǎn)的ZSK系列。同向雙螺桿擠出機由擠壓系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等主要部分組成。

1、組合式螺桿

同向雙螺桿擠出機最顯著的特點是螺桿和機筒都采用“積木式”設(shè)計。螺桿由套裝在芯軸上的若干元件組成；機筒也是由不同機筒段組成。根據(jù)特定的物料、配方和將要制備混合物性能的要求，通過科學(xué)組合，將不同類型、不同數(shù)目的螺桿元件和機筒元件按一定順序組合起來，從而高效地完成設(shè)定的混合任務(wù)。并通過改變螺桿和機筒組合順序，實現(xiàn)對不同物料、配方的最佳使用效果，達到一機多用、一機多能的目的。此外，積木式設(shè)計的另一優(yōu)點是可以局部更換磨損了的螺紋元件和機筒元件，避免了整個螺桿或筒體的報廢，大大降低了維修成本。

2、組合式機筒

模塊化設(shè)計的機筒，可以通過法蘭或拉桿連接，通常小型機采用拉桿連接。機筒通常嵌入雙金屬襯套以提高機筒內(nèi)表面的耐磨性能。為實現(xiàn)精確的溫度歷程，每個機筒上都有單獨的加熱/冷卻設(shè)計，從而實現(xiàn)冷卻與加熱功能的最佳組合。

二、同向雙螺桿擠出機擠出過程分析

同向雙螺桿擠出機的結(jié)構(gòu)和功能與單螺桿擠出機很相似，但工作原理上存在著很大的差異。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：強制輸送，嚙合同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿，在嚙合處兩根螺桿運動速度方向相反，一根螺桿要把物料拉入嚙合間隙，而另一根螺桿把物料從間隙中推出，結(jié)果使物料從一根螺桿螺槽轉(zhuǎn)到另一根螺桿螺槽中，物料沿著螺桿呈“∞”形向機頭方向被強制輸送。均化和混合，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿在嚙合處間隙很小，螺棱和螺槽的速度方向相反，相對速度大，因此嚙合區(qū)具有很高的剪切速度，剪切力很大，混煉效果遠好于單螺桿擠出機和異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機。自潔性，同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機，由于嚙合區(qū)螺棱和螺槽的速度方向相反，相對速度大，因此具有相當高的剪切速度，能刮去粘附在螺桿上的任何積料，有非常好的自潔作用，從而使物料的停留時間很短，不易產(chǎn)生局部降解變質(zhì)。物料的塑化，螺桿間隙的大小對物料塑化質(zhì)量影響很大。間隙越小，剪切力越大，但通過的物料量減少；間隙越大，通過的物料量增加，但剪切力減小。物料的壓縮，同向雙螺桿擠出機壓縮物料的方法要多得多，綜合效應(yīng)好。加料方式，同向雙螺桿擠出機要求均勻定量加料，采用計量饑餓喂料方式。排氣，由于是饑餓喂料，可以采用大導(dǎo)程的螺紋輸送元件，使螺槽處于未充滿狀態(tài)而處于零壓力狀態(tài)，從而可以設(shè)置出排氣段。

三、同向雙螺桿擠出機優(yōu)缺點

由于雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工的復(fù)雜性，理論發(fā)展還不完善，但同向雙螺桿擠出機組合式的設(shè)計，可將多種幾何形狀的螺紋元件和機筒元件進行排列組合，根據(jù)經(jīng)驗—理論—實驗，從而可以針對不同混合要求，優(yōu)化設(shè)計以適應(yīng)不同工藝配方的需要，從而使同向雙螺桿擠出機具有很強的適應(yīng)性。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：混合性能：可以根據(jù)需要加入各種各樣的螺紋元件，來精密調(diào)節(jié)剪切/混合，從而使混合強度和混合質(zhì)量能夠得到有效地控制。這是單螺桿擠出機所不能企及的。加工的靈活性：同向雙螺桿擠出機通常采用計量饑餓加料，可以在一臺機器上靈活地處理多種加工功能。工藝參數(shù)得可控性，同向雙螺桿擠出機可以得到更好的剪切-時間-溫度歷程，在更寬的范圍內(nèi)輸入機械能，從而可得到更好的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。工藝生產(chǎn)的高效性，可以處理更多樣的原材料和混合配方，而且停機時間短。更高的經(jīng)濟性：由于高的工藝靈活性以及生產(chǎn)率，可以生產(chǎn)更廣泛的終端制品，且能夠提供高度一致性的產(chǎn)品質(zhì)量，還可以通過螺桿速度的調(diào)節(jié)來補償螺桿的磨損。

雙螺桿擠出機可以不同角度分類，按螺桿嚙合與否及其轉(zhuǎn)向的異同進行的分類及相應(yīng)的國際上著名的制造廠商輸送機理不同是雙螺桿擠出機與單螺桿出之間主要區(qū)別之一。雙螺桿擠出機因可按多種標準分類從而種類繁多，其工作特性差異很大，無疑同向雙螺桿擠出機行業(yè)的領(lǐng)跑者頗受廣大用戶的青睞，尤其是大的驅(qū)動功率、高的螺桿轉(zhuǎn)速、進行超高扭矩擠出一直是同向雙螺桿擠出機從業(yè)人員追求的目標。

（作者單位： 832000 新疆軍區(qū)農(nóng)業(yè)新技術(shù)試驗培訓(xùn)基地）