雙螺桿擠出機工作原理. 擠出成型工藝是聚合物加工領域中生產品種最多、變化最多、生產率高、適應性強、用途廣泛、產量所占比重最大的成型加工方法。擠出成型是使高聚物的熔體（或粘性流體）在擠出機螺桿的擠壓作用下通過一定形狀的口模成型，制品為具有恒定斷面形狀的連續型材。

  擠出成型工藝適合于所有的高分子材料。幾乎能成型所有的熱塑性塑料，也可用于熱固性塑料，但僅限于酚醛等少數幾種熱固性塑料。塑料擠出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、單 絲、線纜包覆層、各種異型材以及塑料與其它材料的復合物等。目前約５０％的熱塑性塑料制品是通過擠出成型的。此外擠出工藝也常用于塑料的著色、混煉、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以擠出成型為基礎，配合吹脹、拉伸等技術，又發展為擠出一吹塑成型和擠出拉幅成型制造中空吹塑和雙軸拉伸薄膜等制品�？梢姅D出成型是聚合物成型中最重要的方法。

  擠出設備有螺桿擠出機和柱塞式擠出機兩大類，前者為連續式擠出，后者為間歇式擠出，主要用于高粘度的物料成型，如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯。螺桿擠出機可分為單螺桿擠出機和多螺桿擠出機。單螺桿擠出機是生產上最基本的擠出機。多螺桿擠出機中雙螺桿擠出機近年來發展最快，其應用日漸廣泛。目前，在ＰＶＣ塑料門窗型材的加工中，雙螺桿擠出機已成為主要生產設備，單螺桿擠出機將被逐步淘汰。但在其它聚合物的擠出加工中，單螺桿擠出機仍占主導地位。二者有各自的特點：   單螺桿擠出機：

  ●結構簡單，價格低。

  ●適合聚合物的塑化擠出，適合顆粒料的擠出加工。對聚合物的剪切降解小，但物料在擠出機中停留時間長。

●操縱容易，工藝控制簡單。

雙螺桿擠出機：

  ●結構復雜，價格高。

  ●具有很好的混煉塑化能力，物料在擠出機中停留時間短，適合粉料加工。

  ●產量大，擠出速度快，單位產量耗能低。

  在ＰＶＣ塑料門窗型材生產中，采用雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機的生產工藝為 見頁下）：

  可以看出，單螺桿擠出機適合粒料加工，使用的原料是經造粒后的顆�；蚪浄鬯榈念w粒料。雙螺桿擠出機適合粉料加工，可以直接使用混合好的ＰＶＣ料，減少了造粒的工序，但多了廢料的磨粉工序。近幾年，國產雙螺桿擠出機的質量已基本達到進口雙螺桿擠出機的水平，價格僅為進口機的１／３～１／５。由于雙螺桿擠出機的產量大，擠出速度快，一般可達到２～４米／分鐘，適合ＰＶＣ塑料門窗型材的大規模生產。而單螺桿擠出機一般只用作小型輔助型材生產，擠出速度僅為１～２米／分鐘，許多的ＰＶＣ型材加工廠已淘汰了單螺桿擠出機，改用雙螺桿擠出機一模多腔生產小型輔助型材。

  擠出機的基本工作原理是將聚合物熔化壓實，以恒壓、恒溫、恒速推向模具，通過模具形成產品熔融狀態的型坯。但單螺桿擠出機與雙螺桿擠出機結構不同，工作原理不同，其控制的工藝條件也不相同。

  單螺桿擠出機

  結構特點

  單螺桿擠出機是由傳動系統、擠出系統、加熱和冷卻系統、控制系統等幾部分組成（另外還有一些輔助設備）。其中擠出系統是擠出成型的關鍵部位，對擠出的成型質量和產量起重要作用。擠出系統主要包括加料裝置、料筒、螺桿、機頭和口模等幾個部分（如圖３所示）。下面僅就擠出系統討論擠出機的基本結構及作用。

PVC樹脂 

＋     —→稱量計量—→高速混合—→冷卻混合—→雙螺桿擠出機擠出—→冷卻定型—→  各種助劑            

↓                              

   ↑                                單螺桿擠出機造粒—→單螺桿擠出機

擠出 —┘ 

—→牽引—→切割—→包裝—→型材產品                 ↓ 

            廢料—→粉碎—→與造粒料混合單螺桿擠出機擠出                        ↓ 

                        磨粉—→與混合的粉料混合雙螺桿擠出機擠出

  １、加料裝置

  擠出成型的供料一般采用粒狀料。加料裝置是保證向擠出機料筒連續供料的裝置，形狀如漏斗，有圓錐形和方錐形，亦稱料斗。其底部與料筒連接處是加料孔，該處有截斷裝置，可以調整和截斷料流。在加料孔的周圍有冷卻夾套，用以防止料筒高溫向料斗傳熱，避免料斗內塑料升溫發粘，引起加料不均和料流受阻情況發生。料斗的側面有玻璃視孔及標定計量裝置。有些料斗還有防止塑料從空氣中吸收水分的預熱干燥真空減壓裝置，以及帶有能克服粉狀塑料產生“架橋”現象的攪拌器和能夠定時定量自動加料的裝置。

  ２、料筒

  料筒又叫機筒，是一個受熱受壓的金屬圓筒。物料的塑化和壓縮都是在料筒中進行的。擠出成型時的工作溫度一般在１８０～２９０℃，料筒內壓可達６０ＭＰａ。在料筒的外面設有加熱和冷卻裝置。加熱一般分三至四段，常用電阻或電感加熱器，也有采用遠紅外線加熱的。冷卻的目的是防止塑料的過熱或停車時須對塑料快速冷卻以免塑料的降解。冷卻一般用風冷或水冷。料筒須承受高壓，要求具有足夠的強度和剛度，內壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐塑料摩擦使塑料過熱，同時讓螺桿表面溫度略低于料筒，防止物料粘附其上，利于物料的輸送。

螺桿用止推軸承懸支在料筒的中央，與料筒中心線吻合，不應有明顯的偏差。螺桿與料筒的間隙很小，使塑料受到強大的剪切作用而塑化并推動向前。

螺桿由電動機通過減速機構傳動，轉速一般為１０～１２０ｒ／ｍｉｎ，要求是無級變速。

  （１）螺桿的幾何結構參數

  螺桿的幾何結構參數有直徑、長徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙等（見圖４）其中長徑比（Ｌ／Ｄｓ）對螺桿的工作特性有重大的影響。一般擠出機長徑比為１５～２５，但近年來發展的擠出機有達４０的，甚至更大。Ｌ／Ｄｓ大，能改善塑料的溫度分布，能使混合更均勻，還可減少擠出時的逆流和漏流，提高擠出機的生產能力。Ｌ／Ｄｓ過小，對塑料的混合和塑化都不利。因此，對于硬塑料、粉狀塑料要求塑化時間長，應選較大的。 Ｌ／Ｄｓ大的螺桿適應性強，可用于多種塑料的擠出。但Ｌ／Ｄｓ太大，熱敏性塑料會因受熱時間太長而出現分解，同時增加螺桿的自重，使制造和安裝都困難，也會增大擠出機的功率消耗。目前，Ｌ／Ｄｓ以２５居多。 

  （２）螺桿的壓縮比ε

  螺桿的壓縮比ε是指螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段最后一個螺槽的容積之比，它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。ε越大，塑料受到擠壓的作用也就越大，排除物料中空氣的能力就大。但ε太大，螺桿本身的機械強度下降。一般壓縮比ε在２～５之間。壓縮比ε的大小取決于擠出塑料的種類和形態，如粉狀塑料的相對密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應大于粒狀塑料。另外擠出薄壁狀制品時，壓縮比ε應比擠出厚壁制品的大。

  （３）螺槽深度Ｈ

螺槽深度影響塑料的塑化及擠出效率，Ｈ較小時，對塑料可產生較高的剪切速率，有利于傳熱和塑化，但擠出生產率降低。因此，熱敏性塑料宜用。Ｈ大的深槽螺桿宜用熔體粘度低和熱穩定性較高的塑料。在實際生產中，根據工藝需要，螺槽深度往往是變化的，根據螺桿各段的功能不同，螺槽的深度不同，最通用的是漸變螺桿，如：加料段的螺槽深度Ｈｌ是個定值，一般Ｈ１＞０．１Ｄｓ；壓縮段的螺槽深Ｈ２是漸變的，是一個變化值；均化段的螺槽深 Ｈ３是個定值，按經驗 Ｈ３＝０．０２～０．０６ Ｄｓ。螺旋角θ是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角，隨著θ的增大，擠出機的生產能力提高，但螺桿對塑料的擠壓剪切作用減少。出于機械加工的方便，取Ｄｓ＝Ｌｓ，則θ為１７．２６。為最常用的螺桿。

  （４）螺桿與料筒的間隙δ

  螺桿與料筒的間隙δ，其大小影響擠出機的生產能力和物料的塑化。δ值大，熱傳導差，剪切速率低，不利于物料的熔融和混合，生產效率也不會高。但δ小時，熱傳導和剪切率都相應提高。但δ過于小，就易引起物料降解。

  單螺桿擠出機擠出過程和螺桿各段的功能

  由高分子物理學知道，高聚物存在三種物理狀態，即玻璃態、高彈態和粘流態，在一定條件下，這三種物理狀態會發生互變。固態塑料由料斗進人料筒后，隨著螺桿的旋轉向機頭方向前進，在此過程中，塑料的物理狀態在不斷發生著變化。根據塑料在擠出機中的三種物理狀態的變化過程及對螺桿各部位的工作要求，通常將擠出機的螺桿分成加料段（固體輸送區）、壓縮段（熔融區）和均化段（熔體輸送區）三段。對于常規漸變螺紋的螺桿來說，塑料在擠出機中的擠出過程可以通過螺桿各段的基本職能及塑料在擠出機中的物理狀態變化過程來描述，見圖５。

  １、加料段

  塑料自料斗進入擠出機的料筒內，在螺桿的旋轉作用下，由于料筒內壁和螺桿表面的摩擦作用向前運動。在該段，螺桿的職能主要是將塑料壓實提供向前輸送的動力，物料仍以固體狀態存在，雖然由于強烈的摩擦熱作用，在接近末端時與料筒內壁相接觸的塑料已接近或達到粘流溫度，固體粒子表面開始發粘，但熔融仍未開始。這一區域稱為遲滯區，是指固體輸送區結束到最初開始出現熔融的一為粘流態。

  ３、均化段

  從熔融段進人均化段的物料是已全部熔融的粘流體。向前輸送的粘流體在機頭口模阻力下，一部分回流被進一步混合塑化，一部分被定量定壓地從機頭口模擠出。

  從以上單螺桿擠出機的工作原理不難看出，塑料在擠出機中塑化，向前擠壓流動，其主要動力來源于加料段的固體輸送，塑化的均勻程度很大程度是由于均化段的結構和機頭模具的阻力所造成的回流。在改善螺桿混煉結構上已經有了許多新型的結構，但其往往適合于熱穩定性很好的聚合物，卻不適宜ＰＶＣ樹脂的生產，這就不一一介紹了。

  雙螺桿擠出機

  隨著聚合物加工業的發展，對高分子材料成型和混合工藝提出了越來越多和越來越高的要求，單螺桿擠出機在某些方面就不能滿足這些要求。例如：用單螺桿擠出機進行填充改性和加玻璃纖維增強改性等，混合分散效果就不理想。另外，單螺桿擠出機尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應聚合物加工中混合工藝的要求，特別是硬聚氯乙烯粉料的加工，雙螺桿擠出機自２０世紀３０年代后期在意大利開發出來以后，經過半個多世紀的不斷改進和完善，得到了很大的發展。在國外，目前雙螺桿擠出機已廣泛應用于聚合物加工領域，已占全部擠出機總數的４０％。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機加工成型的。作為連續混合機，雙螺桿擠出機已廣泛用來進行聚合物共混、填充和增強改性，也有用來進行反應擠出。

近２０年來，高分子材料共混和反應擠出技術的發展進一步促進了雙螺桿擠出機數量和類型的增加。