摘要：本文通过对双螺杆挤出机的生产情况进行分析，探讨双螺杆挤出机生产工艺的改进方法，同时对同向双螺杆挤出机和异向双螺杆挤出机在方法、效率、物料等方面进行了应用性对比分析。
关键词：双螺杆挤出机；生产工艺；改进方法；螺杆；应用
引言
双螺杆挤出机是完成物料在熔融状态下成份均匀化的工具，具有工作可靠性高、自润滑能力强、残留物料少的优点，近几年来，得到了广泛的应用。其性能主要取决于螺杆的工作状态和结构的性能好坏。螺杆的设计水平和制造质量是确保其优良性能的核心关键。本文以氯丁橡胶的生产加工为例主要探讨双螺杆挤出机生产工艺的改进方法。
1 双螺杆挤出机的生产概况
1.1 双螺杆挤出机的挤出原理
双螺杆挤出机的运行方式主要靠螺套来进行物料的推进，以及捏合块混炼等作用，而螺套的推进物料以及捏合混炼物料的效率与质量是确定螺杆性能的主要指标之一。在双螺杆挤出机的运行中，螺套在机筒中的物料推进原理就好比拧在螺栓上的螺母，当螺栓在转动时，螺母会随着螺栓一起转动，又或者出现螺栓转动时；螺母不转动，而
带动螺母进行移动，当螺杆在机筒里转动时，机筒的表面与物料之间会产生摩擦力，从而使得物料能够前行移动，如图1所示，为物料在推进时的受力情况。
图1中，T指的是螺纹的导程，f指的是机筒与物料之间产生的摩擦力，F2指的是物料的前进力，F2指的是物料对螺杆表面所形成的压力，πD指的是螺杆的长度。
1.2 双螺杆挤出机的生产加工
在双螺杆挤出机的生产加工中，最常见的就是氯丁橡胶，它是1999年我国的山橡集团与美国的WE公司共同合作的首次尝试，在这之前氯丁橡胶的生产加工主要是通过电解质凝聚工艺和冷冻转鼓凝聚工艺来完成的。当时共同合作开创的双螺杆挤出机在最初试用时还是存在不合理的地方，后来经过山橡集团对其进行分析研究并进行技术改造，才使得这项工具能够投入到日常生产当中。这其中最主要的技术改进就是增加了冷却箱，而原先的双螺杆挤出机生产出来的橡胶制品在120℃的高温下不能够快速冷却，只让凭其自然冷却，而且在高温环境下橡胶的内部还会出烧焦的现象，这不仅影响到了橡胶制品生产加工的效率，而且还会容易导致产品出现质量问题。
1.3 双螺杆挤出机的生产工艺流程
利用双螺杆挤出机生产氯丁橡胶，首先是通过单螺杆泵对其进行加压，然后输送到双螺杆挤出机的混合段当中，接着将其与凝聚剂相混合，一般情况下凝聚剂是由CaCl和HCl共同组成的溶液，通过凝聚剂与其的混合作用，使得氯丁橡胶在破乳后形成凝胶颗粒，最后再经过加压段，脱水段以及干燥段的加工作用，将橡胶颗粒干燥后挤出成胶绳，然后通过冷却箱进行冷却，切块以及包装，如此整个氯丁橡胶的生产工艺流程算是完成。
2 双螺杆挤出机生产工艺的改进方法
2.1 冷却箱的结构组成
在氯丁橡胶的生产过程中，双螺杆挤出机所增加的非标准设备冷却箱的结构组成主要包括排湿风机，主驱动电机，胶带，散热器，循环风机，隔板，链条以及支承杆等，如下所示为冷却箱的结构组成示意。
冷却箱的结构组成
2.2 冷却箱的主要参数
冷却箱的外形尺寸为长10m，宽高各为2.6m，其保冷方式为外包60mm聚氨酯，输送方式则为链条加支承杆，线速度为每分钟80m，可以根据实际运行情况进行适当调整，总共分为六层，胶带在箱内s的停留时间为大约7分钟，主电机功率为7.5k W，其内总共有4台散热器，单台的换热面积大约为50m2左右，内通零度左右的冷冻盐水，总换热量可达到14×104W。另外，还有四台循环风机，一台排湿风机，每一台循环风机的风量为每小时2.5×104m3，其功率为4k W，而排湿风机的风量为每小时5×103m3，其功率为2.2k W。
2.3 冷却箱的热平衡
（1）物料的换热量Q1
胶带的厚度为10mm，导热系数为0.256W/（m·℃），传热系数K为导热系统除以0.01，结果为25.6W/（m·℃），胶带停留在冷却箱中的长度大约为57m，换热面积是带长57m乘以带宽0.6m，结果为34.2m2，最后算出换热量为：
Q1＝25.6W/m·℃×34.2m2×50℃＝4.4×104W
（2）空气的换热量Q2
空气的比热为1.00k J/（kg·℃），温差保持在25℃左右，最后算出的换热量为：
Q2＝5×103m3/h×1.2kg/m3×1.00k J/（kg·℃）×25℃=4.17×104W
最后计算得出的总换热量Q为：
Q1+Q2＝4.4×104W+4.17×104W＝8.57×104W，其结果明显要小于标准总换热量14×104W。
2.4 冷却箱的结构特点
双螺杆挤出机改进后的生产工艺为增加了非标准设备的冷却箱，而在冷却箱内通过增设湿度控制排风启动装置，可以使得冷量的损失降到最低，其内隔板的安装，再加在循环风机的作用，使得冷却箱内的空气形成对流的状态，从而能够和产品进行亲密接触，最终可以带走大量热量，起到散热的作用；另外冷却箱内采用链条传输的方式，其内的主电机可通过变频来有效调节驱动，从而能够和双螺杆挤出机保持同步的状态，而胶带采用支承杆进行支承，可以有效缩减与箱内的接触面积，让橡胶产品能够更充分的和空气进行接触，避免出现粘连的现象发生，从而能够保质保量的生产出橡胶制品。
3螺杆的应用
啮合同向旋转双螺杆挤出机广泛应用于基体树脂的物理化学改性，如填充、增强、增韧、反应挤出等。由于双螺杆挤出机结构、设计和加工的复杂性，加上理论发展不完善，螺杆设计很困难，因而出现了操作灵活的积木式组合型的双螺杆挤出机，即螺杆元件和机筒元件均为可卸。采用组合式的啮合同向双螺杆挤出机的螺杆和机筒优点是，针对不同物料混合要求，用有限数量和类型的螺杆元件和机筒元件进行多种排列组合，进行优化设计，适应性很强。
双螺杆挤出机按2根螺杆旋转方向的不同可分为异向双螺杆及同向双螺杆。对诸如聚氯乙烯之类的热敏性树脂宜用剪切作用力较小的异向双螺杆挤出机进行混炼、造粒和成型，如图2和图3所示，异向双螺杆的2根螺杆的啮合部位之螺杆速度的矢量几乎是在同一个方向。以各种原料的分散混合为主的共混则应选用同向双螺杆挤出机，而图4和图5所示的同向双螺杆之速度矢量互成反向，因此同向转动的双螺杆与异向转动双螺杆相比，它的剪切作用要大得多，不适宜Pvc的混炼成型。共混填充塑料中常用的是粉状碳酸钙、滑石粉、二氧化钛，一般的填充量为30%～ 60%，填充母料最多高达80%。由于粉状填料内含有大量空气，在螺杆的捏合区混合时空气会被分离出来，而致使物料逆向流入螺槽，影响粉料的正向输送，最终降低挤出量。为了提高内含空气之填料的塑料挤出量，应及时将料内的空气排出机外，日本东芝机械公司发明了抽气挤出法（在常见的加料斗和真空区加设抽气口），如图6所示。
一般挤出法和抽气法的填充塑料挤出量比较见表2。
传统的填充料混合物挤出时是把填充料和树脂混合后一起从挤出机的加料口加入，这种方法的缺点是当填充料的含量大、树脂的熔点低及使用两种粘度差较大的树脂时，就不能充分地混炼好填充料和树脂。为此应设计成从挤出机的侧向加填充料的方法，如图7所示。
侧向加填充料的操作方法是先把树脂从挤出机的正向主加料口加入，让其先熔融或半熔融，再把从侧向加进的填充料强制地与树脂混合，即可得到混炼良好的共混物。表2列出的是PP与30%滑石粉通过侧向加料法的共混物试验结果。
4 结束语
随着设计、制造水平的提高，双螺杆挤出机主要采用抽气挤出法。由于螺杆作为双螺杆挤出机的关键部件而得到充分的重视并不断得以发展，螺杆类型日益增多。螺杆的制造主要采用法面等间隙修正法，螺槽的深度越来越深。另外，提高螺杆转速，减小螺套螺距，也是提高剪切次数和捏合质量的有效方法。
参考文献：
[1]双螺杆挤出机螺杆特性及其应用[J].杨华明.?中国制造业信息化.2011（09）
[2]锥形双螺杆挤出机的综合评价与工艺温度指标优化[J].杨忠久.?门窗.2009（09）
[3]双螺杆挤出机前期管理浅析[J].何应能，王凯.?中国设备工程.2017（02）
[4]同向双螺杆挤出机浅析[J].刘平.?农民致富之友.2017（15）
[5]双螺杆挤出机在调制可纺沥青中的应用[J].潘新亮.?广东化工.2017（20）
论文作者:史应国
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/2
标签：挤出机论文; 双螺杆论文; 螺杆论文; 物料论文; 机筒论文; 氯丁橡胶论文; 混炼论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;