往复式单螺杆混炼挤出机结构应用
抽象的:
中国首台SJW-70往复式单螺杆混炼挤出机于2000年成功研制。该技术处于国际领先水平,填补了国内空白。该机的问世不仅结束了我国长期以来对进口巴斯捏合式混炼挤出机的依赖,也使我国塑料机械加工水平接近世界先进水平。
1. 概述
江苏新达科技有限公司成功研制出国内首台SJW-70型往复式单螺杆混炼挤出机,并已投入公司用于生产聚酯和聚烯烃纤维用黑色或彩色母粒。该设备已连续运行十余个月,运行稳定。所生产的各种母粒均均匀分散在基体树脂中,尤其是炭黑浓度为30%的黑色母粒,在黑色化纤中分散均匀。
该机器的结构特点如下:螺杆上的螺纹并非连续,每转一圈螺纹中断三次;料筒为分体式,可打开以便快速清理物料;料筒内壁按一定模式安装三排捏合针,可进行调整和更换;带孔的捏合针可配备传感器;螺杆元件根据不同用途以分段式安装在螺杆轴上;料筒可进行加热或冷却等操作。
该机的工作原理是:螺杆连续旋转并按一定规律做轴向往复运动,使物料在螺杆和料筒之间的运动多样化。料筒上的固定销如同第二个螺杆,具有清洁螺杆肋条、输送和分配物料以及分散和混合的功能。物料混合可以沿轴向进行,这与单螺杆或双螺杆挤出机不同。该机的混合、捏合和自清洁效果良好。
该机的主要参数为:螺杆直径:70mm;螺杆长径比(L/D):20:1;螺杆转速40~350 rpm;主电机功率:75KW;根据材料的不同,生产能力可达100~350kg/h。
过去,我国没有一家企业能够生产巴斯捏合式混炼挤出机。现在,江阴新达聚酯塑料有限公司已成功试制出这种混炼机,并于2000年7月10日获得国家轻工业局和江苏省科学技术委员会专家的批准。该机在第十四届上海国际塑料橡胶工业展览会(2000年7月4日至8日)上展出,吸引了数千名参观者。
2. 结构
SJW-70往复式单螺杆混炼挤出机的结构与普通双螺杆挤出机(如图1所示)截然不同。其螺杆上的螺纹并非连续的,而是每旋转一周,螺纹就会中断三次。
料筒为分体式,可快速打开以便清理物料。其内表面设有三排按特定排列方式排列的揉捏齿。这些揉捏齿可以调节和更换。部分揉捏齿为空心,用于安装传感器。螺杆由多个部件组成,并以分段式安装在芯轴上。料筒带有衬里,两者均采用液体介质进行加热或冷却。
3. 工作原理
SJW往复式混炼挤出机与传统的双螺杆和单螺杆挤出机的主要区别在于,其螺杆连续旋转,并按照一定的规律进行轴向往复运动。
这大大增加了螺杆和料筒内物料运动的复杂性。除了楔形区域内物料的正常流动外,还有一小部分物料会回流形成拖流,如下图2所示。
圆筒上的固定齿起到第二根螺杆的作用,对清洁螺杆叶片、输送物料以及物料的分配和混合起到了很大的作用。它与传统螺杆挤出机的不同之处在于,其混合作用发生在轴向而非径向。
4.挤出工艺
往复式挤出机的结构运动复杂,使得其挤出过程与传统的螺杆挤出机有所不同。
物料输送:物料加入螺旋后,螺旋的旋转和往复运动将物料压实。螺旋为间断式,物料中夹带的空气返回进料口排出。熔体中的废气从排气孔排出。
熔体输送:料筒内的物料开始熔化。由于螺杆的往复运动和旋转运动,熔化过程不会像传统挤出机那样形成固体床、熔池或熔环,而是发生带动熔体流动的熔化现象。料筒上的齿穿过螺杆上的不连续螺纹,将熔化的物料带离料筒内壁,并被带入未熔化的物料中。同时,未熔化的物料也被带到料筒内壁。这样,熔化物料和未熔化的物料得以混合,润湿面积增大,总传热面积也随之增大。
5.往复式单螺杆挤出机对物料进行分配混合和分散混合
在传统的螺杆挤出机中,物料很少发生重新取向,因此分布和混合效果不佳。往复式单螺杆挤出机改变了传统挤出机的薄层剪切规律。其机筒上设有齿状结构,可以连续切割并产生新的物料表面,使物料能够进行取向、切割、折叠、重新取向等操作,从而获得良好的混合效果。螺杆旋转一周的剪切过程如下图3所示。