双螺杆挤出机生产工艺改进研究

么迎辉，冯永红，吴海军

（吉化辽源化工有限责任公司，吉林 辽源 136200）

双螺杆挤出机常用于ABS塑料生产加工中，在实际加工生产过程中，双螺杆挤出机利用自身优势性能，提高了物料资源的利用率，减少挤出机内部的物料残留量。基于生产加工规模不断扩大，橡胶生产加工行业对双螺杆挤出机自身的工艺性能提出更高层次的要求，因此，相关研究人员，通过优化改进双螺杆挤出生产工艺，期望提高产品生产加工质量，推进挤出机生产工艺进步。

1 双螺杆挤出机工艺性能分析

1.1 输送原理

单螺杆输送机理，基于摩擦和黏性拖曳输送，固体加料段是摩擦输送、熔体是摩擦和粘性拖曳输送，双螺杆输送机理是强制输送；非啮合型双螺杆在实际工作过程中，不能成形为封闭以及半封闭的型腔，不具备正位移输送条件，在输送机理上单双螺杆相似；啮合型双螺杆可成型为封闭或者半封闭的型腔，具备正位移输送条件，且输送程度与型腔封闭程度有较强的关联性。就双螺杆运行方式看，需要依靠螺套推进物料、捏合块混炼，通常将推进物料、捏合块混炼质量和效率作为评定双螺杆使用性能的重要指标。双螺杆挤出机在实际运行过程中，螺杆在机筒内转动并与物料产生一定的摩擦力，保持物料持续推进，异向挤出机主要设计成螺纹式，两杆之间的间隙越小，剪切的速率会越大，分散混合效果好；反之，间隙越大，剪切速率随之越小，物料的通过量越大，分布混合效果好；同时，在输送物料过程中，支持定量加料，并合理控制物料的塑化情况；通过加设排气口，保证气体向料斗排料时顺畅，基于固体输送段螺槽未充满，需要加强压缩，保证良好的传热性，加速熔融，促进排气。同向的双螺杆在物料输送过程中，在啮合区“C”形室不封闭，并在两个螺杆之间形成通道，物料沿着其中一根双螺杆螺槽“C”型室输送前进，到啮合区后，返回到前一根螺杆螺槽的“C”型室，同向双螺杆较比异向双螺杆物料具有更强的自洁性。双螺杆挤出机较比单螺杆更具优势，加料便捷、物料停留时间短、排气性能好、混合和塑化能力强、低比功率消耗等优势，可应用的领域较为广泛，适应于聚合物反应挤出、共混和填充改性、废塑料再生利用、成型加工HPVC管材、异型材等，材料质量通常较高。

1.2 双螺杆挤出机生产加工和生产工艺流程

双螺杆挤出机在实际生产加工中，常用的是ABS塑料，并在电解质凝聚工艺等工艺下完成的，在生产加工中持续改进生产加工工艺，确保更好投入实际应用中，有技术人员在改进过程中，增加了冷却箱，提高了ABS塑料制品的冷却速率，避免高温环境下，ABS塑料内部出现烧焦现象，进而保证ABS塑料产品的质量，满足实际使用需求。就双螺杆挤出机生产工艺看，在生产ABS塑料时，借助单螺杆进行加压，实现物料的输送，在物料混合段中，添加适量CaCl等凝聚剂进行混合，在凝聚剂混合作用下，促使ABS塑料固化为凝胶颗粒；在物料加工段，对凝胶颗粒进行脱水干燥，并挤出胶绳，通过加设的冷却箱完成胶体冷却，最终将其切块进行包装。

2 双螺杆挤出机生产工艺改进方法研究

2.1 冷却箱改造

设计人员在冷却箱改造设计过程中，加强对箱体参数的设计，在生产ABS塑料程中，根据ABS塑料生产量进行计算，ABS塑料的规格在700mm×700mm，将ABS塑料进入冷却箱的温度设置在75℃，保证冷却箱在胶体成型前，将温度控制在25°；冷却箱结构设计上，设计了排湿风机、主驱动电机、胶带、链条等部件，结合实际生产需要，加强对冷却箱外尺寸的设计以及宽度和高度设计，根据冷却箱实际设计需求，严格设定尺寸大小，以期提升保冷效果，通过链条和支撑杆实现输送目的，根据实际物料输送情况对线速进行调整，一般胶带在冷却箱内停留的时间为8min，主电机的功率在7.5kw，在冷却箱内部设计了5台散热器，添加了0°的冷冻盐水，将热量保持在15×124W，同时，设计人员加设了一台排湿风机，其功率和风量均满足实际使用需求。在冷却箱热平衡设计上，根据物料换热量（Q1）进行计算，已知胶带的厚度在12mm、导热系数为0.255W/（m·℃）、传热系数K=导热系数÷0.01=25.5W/（m·℃）；胶带在冷却箱中的长度为55m，热面积=带长×带宽=55m×0.5m=27.5m2，最终可计算得出Q1=25.5W/m·℃×27.5m2×50℃。

通过在双螺杆挤出机中增设冷却箱，实现对双螺杆挤出机生产工艺层面的改进和优化，在实际挤出生产过程中，冷却箱内增设湿度控制排风装置，大大降低了ABS塑料产品冷量损失，并在隔热板安装作用下，形成循环风，保证产品处于良好的分离状态下，散热效果明显；冷却箱内的链条，优化了ABS塑料产品传输方式，通过调节主电机频率，实现冷却箱与双螺杆挤出机同步运行；在支撑杆支持下，拉近了ABS塑料产品与接触箱距离，防止黏连现象的发生，切实满足实际生产需要，实现ABS塑料产品生产质量提升的目标，保证ABS塑料产品生产的多样化，拓宽了双螺杆挤出机应用范围和领域。

2.2 双螺杆挤出机侧加料装置改进

为提升双螺杆挤出机整体性能，设计人员加强对挤出机侧加料装置的改进，传统的侧加料装置在上游设置了排气口，在双螺杆旋转力支持下，将物料输送至挤出机内部，物料沿着螺杆继续向前推进，受热熔融，在捏合元件作用下进行混炼，通过实践分析，设计人员发现，物料量加大情况下，一侧加料口处填满了物料，另一侧加料口留有部分空间；在整个填料过程中，夹杂了空气，严重影响填料量；基于此，设计人员根据侧料口填料情况进行改进设计，主要设计思路为：一是减少填料过程中夹杂的空气；二是在一侧加料口保持一定的自由空间，确保优化改进后的侧加料口满足实际填料需求。

（1）减少填料过程中夹杂的空气。设计人员在侧加料口上游设置了排气口，将原有的螺杆更换为导程螺杆，将侧加料料斗划分为两个部分，前部分用以排气、后部分用来加料，导程螺杆在填料输送过程中，支持填料压实，顺利将夹杂的空气通过前部分料斗排出，最终通过侧加料口上游排气口将空气排出。

（2）一侧加料口保留自由空间。设计人员以期通过增加一侧加料口自由空间，满足实际填料量需求，基于此，在现有的螺杆基础上设计了大导程螺杆元件，在组螺杆侧加料口上游设置了非对称螺杆元件，在螺杆侧加料口的一侧设计了反向输送元件，在另一侧设计了反向开槽元件，当挤出机进行物料输送时，物料进入主加料口，并进入挤出机，沿着螺杆继续向前输送，受热熔融，当物料到达非对称元件时，处于熔融的状态，物料在非对称元件作用下，分布状态发生明显的变化，一侧加料口进行反向输送，另一侧同步进行反向输送，在物料反向输送过程中，其中一侧加料口在反向输送元件作用下，形成空腔，大大提升了侧加料装置填料加入量，优化了传统双螺杆挤出机生产工艺，提高产品加工质量，具有实际投入生产应用的可行性。

（3）加强涂覆级聚丙烯工艺改进。一般情况下，成品涂覆级聚丙烯溶体流动速率在25～45g/10min，波动的范围较大，原生产工艺通常采用的是降解母料制备、涂覆级聚丙烯制备两种工艺方法；采用降解母料制备过程中，是将聚丙烯与引发剂相混合，时间一般在4～6min，在双螺杆挤出机中进行连续的塑化、挤出，在冷却水槽、风干机作用下，将物料输送至切粒机，并将筛选出的成品作为母料；在涂覆级聚丙烯制备过程中，将成品物料与聚丙烯原料进行混合搅拌，在双螺杆挤出机中进行连续塑化、熔融，将挤出的熔融物料在冷却水槽中进行冷却和风干，并通过切粒机进行切块。设计人员在现有的工艺基础上进行改进。将原有的单喂料模式改造为双料口同时进料模式，组成“双喂料系统”，在实际改造过程中，发现喂料系统下的垫片在震动作用下发生位移，在二次改造中增加了固定支架，切实解决了震动位移问题，优化了填料流程和环节，实现了主料在一定温度下混合、挤出、剪切等目标，生产加工后的产品质量较高。

3 结语

综上所述，双螺杆挤出机生产工艺改进，大大提升了物料生产加工效率和质量，优化了工艺流程。传统的双螺杆挤出机本身具有明显的性能优势，为进一步提升双螺杆挤出机生产工艺性能，设计人员基于多角度进行设计改造，优化工艺生产过程，切实解决双螺杆挤出机当前生产工艺上的难点，大大提升了生产效率。