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雙螺桿擠出機(jī)的設(shè)計(jì)提供了優(yōu)于其他塑料工藝的優(yōu)勢(shì)。它充分的靈活性使工藝工程師能夠配置擠出機(jī)以優(yōu)化工藝，并實(shí)現(xiàn)更佳性能。大多數(shù)工程師都認(rèn)識(shí)到配置螺紋元件的好處，但其實(shí)機(jī)筒部分也可以進(jìn)行移動(dòng)，為工藝提供更佳布置。
在以前，單螺桿擠出和注塑成型等工藝通常采用固定的螺桿和機(jī)筒配置。流程一旦設(shè)計(jì)好，基本上就固定下來(lái)了，任何更改都需要切割金屬，從而導(dǎo)致更高的潛在成本。例如，為單螺桿擠出機(jī)添加排氣孔需要修改機(jī)筒并制造新的螺桿，這些行動(dòng)中的每一個(gè)都可能非常昂貴。
相比之下，雙螺桿擠出機(jī)是完全可配置的。它可以看作是一系列單元模塊操作，可以根據(jù)需要進(jìn)行優(yōu)化。 分段機(jī)筒和螺桿提供了其他聚合物工藝所沒有的靈活性，機(jī)筒部分與相應(yīng)螺桿元件的正確排序可以實(shí)現(xiàn)廣泛的工藝專業(yè)化。
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將雙螺桿擠出機(jī)視為一系列的單元操作，工藝工程師有機(jī)會(huì)解決：
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固體輸送問題；
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聚合物熔化問題；
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添加劑與熔體的混合問題；
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液體喂料問題；
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添加劑側(cè)喂料問題；
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排氣（大氣和真空）問題；
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水循環(huán)問題；
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熱量傳導(dǎo)問題；
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在反應(yīng)擠出情況下的化學(xué)反應(yīng)問題。
在這里，我們將討論機(jī)筒的配置以及每種機(jī)筒如何用于各類操作。在后面的文章中，我們還將研究螺桿配置和每種元件類型對(duì)上面列出的各種單元操作的有效性，鏈塑網(wǎng)將為大家持續(xù)關(guān)注。
機(jī)筒配置
我們大多數(shù)人都不熱衷于經(jīng)常重新配置擠出機(jī)機(jī)筒。然而，機(jī)筒某些功能的放置位置會(huì)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)的性能和混煉操作的有效性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。幸運(yùn)的是，雙螺桿擠出機(jī)提供了許多具有成本效益的選擇。大多數(shù)制造商提供分段式雙螺桿機(jī)筒，這些機(jī)筒由四個(gè)、五個(gè)或六個(gè)直徑長(zhǎng)的單獨(dú)部分組成。每個(gè)機(jī)筒部分都可以獨(dú)立加熱和冷卻，以提供精確的機(jī)筒溫度控制。
從僅由電機(jī)、齒輪箱和機(jī)架組成的裸機(jī)開始，我們就可以根據(jù)所制造的化合物，分析出需要構(gòu)建的擠出機(jī)工藝部分。對(duì)于小型實(shí)驗(yàn)室和中試生產(chǎn)線，工程師可以根據(jù)需要經(jīng)常重新排列機(jī)筒部分，以優(yōu)化開發(fā)過程中的流程。顯然，對(duì)于大型雙螺桿擠出機(jī)來(lái)說，頻繁更換是不可取的，因?yàn)閷?duì)大而重的機(jī)筒周圍頻繁移動(dòng)是不切實(shí)際的。同樣，在大型生產(chǎn)線上很少更換螺桿，而實(shí)驗(yàn)室機(jī)器的螺桿配置可能每天都在更換。
機(jī)筒布局可根據(jù)混煉要求進(jìn)行工藝優(yōu)化。通常，布局一旦選定就不會(huì)更改 。工藝工程師應(yīng)牢記，改變機(jī)筒布局是可能的，如果所需的機(jī)筒單元不符合首選工藝順序，則可以考慮更改。但是，盡管這是可能的，重新排列機(jī)筒仍然并不常見。
開口機(jī)筒段
一些機(jī)筒部分的設(shè)計(jì)提供了雙螺桿擠出機(jī)獨(dú)有的可配置性。當(dāng)我們將每個(gè)機(jī)筒與適當(dāng)?shù)穆輻U配置配對(duì)時(shí)，我們將對(duì)這些機(jī)筒類型中的每一種進(jìn)行一般性和更深入的研究，以用于特定于擠出機(jī)該部分的單元操作。
每個(gè)機(jī)筒部分都有一個(gè)8字形通道，螺桿軸穿過該通道。而開口的機(jī)筒是具有對(duì)外的孔道以允許進(jìn)料或排放揮發(fā)性物質(zhì)的。這些開口機(jī)筒設(shè)計(jì)可用于進(jìn)料和排氣，并且可以放置在整個(gè)機(jī)筒組合的任何位置。
進(jìn) 料
顯然，必須將材料喂入擠出機(jī)才能開始混煉。進(jìn)料筒就是一個(gè)開口筒，設(shè)計(jì)在機(jī)筒的頂部存在一個(gè)開口，材料通過該開口被喂入。
進(jìn)料筒更常見的位置是在筒1位置，即工藝部分的第一個(gè)機(jī)筒。粒料和自由流動(dòng)的顆粒會(huì)用喂料器計(jì)量，使它們通過進(jìn)料筒直接落入擠出機(jī)，到達(dá)螺桿。
堆積密度低的粉末通常會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)，因?yàn)榭諝馔ǔ?huì)夾帶落下的粉末。這些逸出的空氣阻擋了輕粉末的流動(dòng)，降低了粉末以所需速率進(jìn)給的能力。
喂粉料的一種選擇就是在擠出機(jī)的前兩個(gè)機(jī)筒位置設(shè)置兩個(gè)開放的機(jī)筒。在此設(shè)置中，粉末被送入機(jī)筒2，使夾帶的空氣從機(jī)筒1中排出。這種配置稱為后排氣裝置。后部通風(fēng)口為空氣提供了一條通道，可以在不阻塞進(jìn)料槽的情況下排出擠出機(jī)。隨著空氣的去除，粉末可以更有效的被喂入。
一旦聚合物和添加劑被送入擠出機(jī)，這些固體就會(huì)被輸送到熔化區(qū)，在那里聚合物被熔化并與添加劑混合。添加劑也可以使用側(cè)面進(jìn)料器在熔化區(qū)的下游進(jìn)料。
用于此操作的機(jī)筒被稱為側(cè)進(jìn)料機(jī)筒。它除了有用于擠出機(jī)螺桿的“8”字孔之外，機(jī)筒側(cè)面的第二個(gè)“8”字開口則允許側(cè)喂料器直接連接擠出機(jī)，以便將添加劑填充到熔融聚合物中。標(biāo)準(zhǔn)開口筒通常位于側(cè)進(jìn)料器的上游，作為通風(fēng)口，允許夾帶的空氣逸出。
一種更緊湊的、帶有開放式排氣孔的側(cè)進(jìn)料筒被稱為后排氣式組合筒。它既有一個(gè)“8”字孔來(lái)匹配雙螺桿喂料器，也有一個(gè)小的通風(fēng)口，位于機(jī)筒的頂部，朝向機(jī)筒的上游端，以便空氣逸出。
這種組合機(jī)筒具有向后的大氣開口和側(cè)進(jìn)料口，并在主工藝通道和耐磨側(cè)進(jìn)料口提供可更換的高耐磨 CPM-10V 粉末冶金鋼襯里?？梢赃x擇是否提供內(nèi)部水冷卻通道。
排 氣
開口筒段也可用于排氣；混合過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性蒸汽必須在聚合物通過模頭之前排出。
真空口更明顯的位置是朝向擠出機(jī)的末端。該排氣口通常與真空泵相連，以確保聚合物熔體中夾帶的所有揮發(fā)物都在通過模頭之前被去除。殘留在熔體中的蒸汽或氣體會(huì)導(dǎo)致顆粒質(zhì)量變差，包括起泡和堆積密度降低，這可能會(huì)影響顆粒的包裝效果。
對(duì)于至少有10個(gè)機(jī)筒段 (L/D≥40) 的擠出機(jī)，我的偏好是將排氣口放置在模頭上游的兩個(gè)機(jī)筒段上。很多時(shí)候，如果擠出機(jī)機(jī)頭壓力升得太高，熔融聚合物可能會(huì)回流到排氣孔中。在復(fù)合運(yùn)行期間，壓力可能會(huì)發(fā)生變化，尤其是在篩網(wǎng)緊密的情況下。如果聚合物熔體的粘度低，聚合物會(huì)回流并從排氣口流出。在擠出之前將排氣孔定位在前兩個(gè)筒段基本上消除了這種可能性，從而使操作更加穩(wěn)定。
如果存在高水平的揮發(fā)物，或注入稀釋劑以去除不需要的揮發(fā)物，如果產(chǎn)生大量液體/蒸汽副產(chǎn)物，則可以沿?cái)D出機(jī)的延長(zhǎng)方向添加額外的排氣口，包括大氣排氣口和真空排氣口作為反應(yīng)的結(jié)果。
封閉機(jī)筒段
更常見的機(jī)筒截面設(shè)計(jì)當(dāng)然是封閉式機(jī)筒。該機(jī)筒部分將聚合物熔體完全包裹在擠出機(jī)的所有四個(gè)側(cè)面上，只有一個(gè)允許螺桿中心穿過的8字形開口。
顯示加熱（紅色）和冷卻的封閉筒體部分。
一旦聚合物和任何其他添加劑已經(jīng)完全進(jìn)料到擠出機(jī)中，材料就會(huì)通過輸送段，聚合物被熔化，所有的添加劑和聚合物被混合。封閉式機(jī)筒會(huì)為擠出機(jī)的所有側(cè)面提供溫度控制，而開放式機(jī)筒的加熱器和冷卻通道較少。
組裝擠出機(jī)機(jī)筒
通常，擠出機(jī)將由制造商組裝，其機(jī)筒布局與所需的工藝配置相匹配。在大多數(shù)混煉系統(tǒng)中，擠出機(jī)在會(huì)料筒1中有一個(gè)開口進(jìn)料筒。此進(jìn)料段之后是幾個(gè)封閉料筒，用于輸送固體、熔化聚合物以及將熔化的聚合物和添加劑混合在一起。
組合筒可以位于筒4或5以允許側(cè)面進(jìn)料添加劑，然后是幾個(gè)封閉的機(jī)筒以繼續(xù)混合。真空排氣口位于擠出機(jī)末端附近，緊隨其后的是模頭前最后一個(gè)封閉的機(jī)筒。中可以看到組裝機(jī)筒的示例。
雙螺桿混煉擠出機(jī)的裝配工藝部分。
擠出機(jī)的長(zhǎng)度通常表示為長(zhǎng)度與螺桿直徑之比 (L/D)。通過這種方式，工藝段的放大會(huì)變得更加容易，因?yàn)長(zhǎng)/D為40:1的小型擠出機(jī)可以放大為直徑更大、L/D長(zhǎng)度也為40:1的擠出機(jī)。
在接下來(lái)的幾個(gè)月里，我們將繼續(xù)探索前面討論的每個(gè)單元操作，同時(shí)考慮雙螺桿擠出機(jī)用于復(fù)合和反應(yīng)擠出的配置科學(xué)和藝術(shù)。
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