摘要：本文介绍了国内外多螺杆挤出机在挤出领域的品种、发展现状及应用进展，重点介绍了一字排列、三角形排列的三螺杆挤出机。
关键词：三螺杆；多螺杆；挤出机
前言
近百年来，螺杆挤出机经历了柱塞式、单螺杆式、平行双螺杆式、锥形双螺杆式和多螺杆式的发展，极大地促进了聚合物加工业的发展。目前，多杆挤出技术以其独特的优势，可以弥补单螺杆和双螺杆挤出的缺点和不足，在挤出领域开始受到越来越多的重视。
1 单、双螺杆挤出机的局限性
单螺杆挤出机搅拌功能较弱，难以用于粉末加工。用于混合的双螺杆挤出机不能克服螺杆的低背压，所以主要用于加工低密度塑料材料，而不是高密度透明材料。此外，单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的螺杆端部需要设置，以保证螺杆轴承的质量。由于悬臂结构和非对称载荷的存在，在连续螺杆工作的情况下，动摩擦和结构强度会受到较大的影响。由于塑料导热性差，大直径单螺杆或双螺杆挤出机(大于130mm)由于各螺槽腔加热不均，导致塑化不均匀。这个问题不能通过提高螺杆转速来解决，因为很容易引起局部过热，导致流痕增厚。虽然可以通过适当提高螺杆的长径比来解决，但也存在一定的局限性，进一步增加了螺杆悬臂所带来的诸多负面影响。
2 三螺杆挤出机
三螺杆挤出机具有塑化能力强、混合性能好、双螺杆挤出机自清洗性能好等优点。与双螺旋桨相比，每转一次混合螺杆数量增加，物料均质、挤出、剪切、混合、熔融、分散设备的混合能力更强，尤其有利于多级、多系统物料的混合改性和连续挤出成型。三螺杆挤出机螺杆在机筒内的排列顺序为字排、V排和三角排三种。螺旋啮合面积呈指数增长，滚剪面积呈指数增长。螺杆能有效地挤压和粉碎使用中的物料。揉捏，滚动和伸展。正是这种高效的揉捏作用，使三螺杆无单螺杆或双螺杆大直径大长径比，可同等直径或大长径比的单螺杆或双螺杆挤出机具有相同的质量和生产效率输出。因此，三螺杆挤出机具有混合效率高、结构紧凑、经济性好等优点。三螺杆挤出机作为挤出机领域的另一匹黑马，在聚合物共混改性、高亮度涂料的制备和新型方便食品的制备等方面取得了很大的进展。
2.1 呈一字型排列的三螺杆
(1)等长、等直径的三螺杆挤出机通常旋转方向相同。与同方向双螺杆挤出机相比，网孔面积至少增加了一倍，使得物料在圆筒内的运动更加复杂，混合效果更加强烈。材料添加到桶后通过定量给料机，它可以从一个螺旋螺杆螺旋槽的螺旋槽的第二个螺丝，然后到第三层螺杆螺旋槽，所以它可以得到相同或更好的混合效应的双螺杆长径比大的和小的宽高比。该三螺杆可用于各种热塑性塑料的科研和工业生产，如废气挥发、稳定着色、多组分均质、共混造粒或塑料合金的研制。此外，日本还拥有三螺杆挤出机三螺杆长度和直径字线专利，用于食品加工。(2)三螺杆单螺杆、双螺杆、三螺杆挤出机，如长度、直径等排列在一个字内，要支承所有质量的螺杆，只能将轴承组一端的螺杆。这种悬臂结构使螺杆端部突起质量对另一端的轴承座产生较大的不对称载荷。在动摩擦条件下，螺杆的连续运行将对轴承的结构强度产生重大影响，导致轴承早期失效。三螺杆挤出机，其中主螺杆直径较大，而较小直径的两个辅助螺杆布置在两侧，主辅螺杆反向旋转。与单螺杆和双螺杆相比，也可以安排在同一个词的长度和直径、设置辅助压力的面积扩大，不仅加强收缩效应，提高塑化效果，也使大直径螺杆轴承中间甚至熊的力量，以提高轴承的使用寿命。在增加产量的同时，也降低了能源消耗，以实现更好的盈利。(3)三颗不同长度和直径的螺丝。日本专利介绍一种用于食品加工的不同长度和直径的三螺杆挤出机。两颗主螺钉的长度、直径和旋转方向相同。第三副螺杆短，旋转方向相反。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆辅助螺钉的直径可以等于或大于主螺钉的直径。在食品加工中，不可避免地要添加大量的水。天然材料与水的混合物形成水合面团，其粘度体现在面团的效果上，使得螺杆材料的添加极为困难。对于具有非晶态、块状或粘性流体的材料尤其如此。三螺杆挤出机在解决不同性能物料的进给问题上具有独特的优势。主辅螺丝无啮合，增加了两颗螺丝之间的进给空间，便于大型物料的夹紧。主辅螺杆的反向旋转可获得较强的挤出、破碎、轧制和缠绕，从而获得高效稳定的进给功能。由于食品加工中主要原料与辅料在形状、尺寸、流量性能等方面差异较大，为了获得有效的喂料性能，保证部分辅料的稳定性，需要分别设置主入口和辅助入口。主给料口在主、辅螺钉之间略靠近辅助螺钉，辅助给料口位于两个主螺钉的啮合部位。它的位置和数量可以根据原材料和加工目的而改变。
2.2 螺杆呈三角形排布
根据啮合与非啮合以及不同的旋转方式，三颗螺钉的三角排列可形成五种排列方式。整个网倒立三棱的螺纹数为单根或三根，这是不均匀的，因为任何双螺纹三棱的相位都会引起干涉。由于三种螺旋槽倒字型布置的啮合在垂直方向和水平方向都是开的，螺旋槽面积的横截面变化较大，不可避免地会迫使物料或沿纵向从一个螺旋流向另一个通道。三颗螺丝可互换；或由横槽由螺旋槽垂直经螺旋槽进入另一个螺旋槽，在三螺杆之间的各种螺旋边交换。在啮合区域内，每对螺杆是一颗螺杆的螺边顶部和沿另一颗螺杆相反速度方向滑动的螺槽根部。因此，在低剪切应力作用下，螺槽底部的材料层被啮合区域内另一颗螺杆的螺杆边缘刮掉，受到螺杆筒壁面的高剪切作用。由于三颗螺丝呈三角形排列，形成三个啮合区域，上述作用会在一根导线中发生三次，使材料的塑化、分散和混合效果更强。中心区域的形状的三个螺丝桶的中心区域所占的比例是非常小的，有大变小，从小型到大型的变化过程中，面积最大的和最小的面积比可达到7次。由于三颗螺丝的特殊布置，虽然在物料的中心区域不能直接推动螺杆表面，但由于螺杆、塑料熔体粘度较高，所以物料在此区域会在粘性流动的作用下进入通道。在三颗螺钉旋转过程中，啮合区域的面积不断变化，在变化区域内没有静止流体和流动死点。由于压头压力的存在，物料会有一定程度的回流。在流动物质的粘性作用下，中心区域的物质不断被带入推进区域。同时，由于中部地区形成回流效应，破坏了流场状态，从而在一定程度上改善了搅拌质量。但由于中心区域的存在，水头难以形成高压，应采取其他结构措施进行补偿。三螺杆挤出机具有良好的混合效果，可用于聚合物共混改性、食品加工和高亮度热固性粉末涂料生产。现有的热固性粉末挤出机包括单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。搅拌块通常呈椭圆形，便于搅拌。由于现有单螺杆和双螺杆的长度和直径都比较大，物料在桶内加热时间长，容易固化，影响产品成型。同时，由于螺杆是长悬臂结构，不仅耗能大，而且在气缸与螺杆之间容易产生扫描孔的现象。螺杆为倒三螺杆挤出机，采用等腰三角形和齿形混合元件，形成各种组合角。根据工艺条件，可随意改变顺序，达到最佳混合效果。三螺杆挤出机无死角和死点，具有良好的自清洗能力。与同规格双螺杆相比，螺杆的搅拌、均质、摩擦和剪切次数随转速的增加而显著增加，设备的搅拌、熔融和分散效果也显著提高。一般情况下，粉末光泽可提高10%~20%，产品的综合力学性能也可得到改善。
结束语
随着螺杆挤出机理制备技术的不断发展，多螺杆挤出技术已逐渐应用于生产领域，特别是在聚合物共混改性、高亮度涂层加工和反应性挤出加工等方面。多螺杆挤出机以其优良的混合性能、较好的生产率和克服了单螺杆或双螺杆挤出机技术的缺点而受到越来越多的关注。它已成为螺杆挤出机技术领域的一个新发展。
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论文作者:王桥
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/20
标签：螺杆论文; 挤出机论文; 直径论文; 双螺杆论文; 物料论文; 螺旋论文; 螺钉论文; 《基层建设》2019年第8期论文;