1935年意大利的Roberto Colombo研制出世界上*雙螺桿擠出機(jī)后。自從其誕生后,經(jīng)過半個多世紀(jì)的不斷改進(jìn)和完善,它便以其積木式結(jié)構(gòu)帶來的多變性和適應(yīng)性以及優(yōu)異的混合性能,在成型、共混、改性、反應(yīng)擠出等聚合物加工過程中得到了廣泛應(yīng)用。
同向平行雙螺桿擠出機(jī)是擠出加工中常用的加工設(shè)備,而擠出技術(shù)是一種重要的聚合物加工技術(shù)。同向平行雙螺桿擠出機(jī)的核心部件是螺桿,同向平行雙螺桿擠出機(jī)一般分為固體輸送、熔融、排氣、熔體輸送等功能段。至今為止,研究主要集中在熔體輸送段,已經(jīng)有了成熟的理論體系和數(shù)理模型,有了很多有意義的研究成果;固體輸送段和熔融段由于物料在該段的狀態(tài)還不能由現(xiàn)有方程和數(shù)理模型很好的描述,所以理論研究成果較少,主要依靠經(jīng)驗設(shè)計。
目前,同向平行雙螺桿擠出機(jī)向著高轉(zhuǎn)速、大扭矩、更高的熔融塑化效率、更優(yōu)的混合質(zhì)量、更低的能耗方向發(fā)展。也就是說,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,如何在更低的能耗下,獲得更高的生產(chǎn)能力,是雙螺桿擠出機(jī)制造商和用戶所共同追求的目標(biāo)。
20世紀(jì)80年代,我國開始較為廣泛的應(yīng)用雙螺桿擠出機(jī),相對于西方國家(美、德、意、英、日等)起步較晚。隨后,我國一些廠家開始生產(chǎn)制造雙螺桿擠出機(jī)。但是zui初的設(shè)計基本是依靠引進(jìn)國外技術(shù)。到20世紀(jì)90年代初,我國雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計制造發(fā)展很快,形成了雙螺桿擠出機(jī)制造熱。目前國內(nèi)所生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)的規(guī)格已由中小型開始向大型發(fā)展,制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)并形成系列,年產(chǎn)量達(dá)幾百臺套。但在雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計、制造水平和機(jī)器的整體質(zhì)量方面,與*國家生產(chǎn)的雙螺桿擠出機(jī)還有不小差距,這主要表現(xiàn)在獨立設(shè)計能力較弱,不少廠家的產(chǎn)品是測繪和仿制的,設(shè)計出水平較高的機(jī)器較少。
目前國內(nèi)同向平行雙螺桿擠出機(jī)方面研究工作做的較多的單位主要有:甘肅蘭州天華設(shè)計院,北京化工大學(xué),SEI等單位,制造主要是南京盛馳橡塑機(jī)械制造有限公司。
從結(jié)構(gòu)上講,同向平行雙螺桿的螺槽為非封閉結(jié)構(gòu),本身有利于物料流通混合,物料從加料口到一根螺桿后,在摩擦拖拽下,沿著這根螺桿的螺槽前進(jìn)至下方窄間隙,受到一定壓縮后而另一根螺桿托起,并在料筒表面的摩擦拖曳下沿另一根螺槽向前輸送,當(dāng)物料前進(jìn)到上方窄間隙時,又重復(fù)此過程,只是在軸線方向上移動了一定距離,因此,物料是繞兩根螺桿是螺旋“∞”形流動。從一根螺桿中沿螺槽流來的物料,一部分進(jìn)入第二根螺桿的一個螺槽中,而另一部分到另一螺槽中(一分為二)在每一個“∞”形流程(即通過一個導(dǎo)程)中這個過程要進(jìn)行兩次,即物料受到4次分割;通過兩個導(dǎo)程后,物料則受到16次分割,當(dāng)通過10個導(dǎo)程后,則物料將受到上百萬次(2)的分割。另外,在嚙合區(qū)物料將受到強(qiáng)力的局部剪切作用,再加上螺桿間和螺桿與機(jī)筒內(nèi)壁間存在的間隙所產(chǎn)生的漏流,使同向平行雙螺桿產(chǎn)生很好的混合效果。
另外,由于同向平行雙螺桿擠出機(jī)的兩根螺桿在嚙合區(qū)間隙處的速度方向相反,它使得在嚙合區(qū)間隙處有更優(yōu)的混合效果。首先,在嚙合區(qū)兩螺桿間的相對速度較大,從而對嚙合區(qū)中物料的剪切速率和剪切應(yīng)力也較大;其次,物料在嚙合區(qū)產(chǎn)生了較好的返混,嚙合同向雙螺桿嚙合區(qū)中因為邊界速度相反,只有靠邊界的一小部分物料能通過徑向間隙,而中間的大部分物料卻就地折回,產(chǎn)生較大的回流量,極大的提高了分布混合能力。研究表明,在同向平行雙螺桿擠出機(jī)加工過程中,其一根螺桿相對于另一螺桿的運動是繞對方做平動,因此在其嚙合區(qū)內(nèi)任意處兩螺桿的相對速度都相同,故物料在嚙合區(qū)承受基本均勻恒定的剪切速率,使得產(chǎn)生的混合更趨均勻。