一、前言

    随着塑料加工工业的飞速发展，往复式单螺杆混炼挤出机的开发应用日趋令人瞩目，在挤出行业中占主要地位的单、双螺杆挤出机许多方面的性能已经难以满足共混、填充、增韧、增强等改性的要求。使用往复式单螺杆混炼挤出机生产一些高技术含量、高附加值的产品逐渐成为一种趋势。在任何聚合物的加工过程中。赋予聚合物一定的加工特性或赋予制品特定的使用性能，常常需要进行不同聚合物之同的共混或聚合物同各种助剂、颜料之问的反应、混合。往复式单螺杆混炼挤出机恰好具有剪切均匀、高分散(不仅有纵向的混合，而且有轴向的混合作用)、高填充、拉伸熔体等特点，且综合了单、双螺杆挤出机的优点。独一无二的工作原理，加上可随意组合的螺纹元件及配套设备，使其应用更广泛，在一部机器上，可以做到涅料、混琼、塑化、分散、剪切、拉伸、反应、熔体取向、脱气、造粒等，使得物料在机器中流动的界面面积远远大于一般的剪切流动.

二、工作原理

    往复式单螺杆混炼挤出机，在螺杆芯轴上排列着设计独持的积木式螺块，有混炼、输送、限流混炼、挤出等。在机筒内衬套上．排列有三排混琼销钉，螺杆在径向旋转的过程中．同时做轴向的往复运动，每转动一周，轴向往复运动一次。由于这种特殊的运动方式，以及混炼螺块和销钉的作用．物料不但在混炼销钉和混炼块之间被剪切，而且被往复输送．物料的逆流运动给径向混合加上了非常有用的轴向混合运动。物料不断地被剪切、取向、切割、折叠、拉伸和再取向等。由于在径向和轴向上的同时混炼．增强了混炼效果，保证了最佳的分散性混合和分布性混合，因此均化时间短。另外．混炼锖钉和螺纹元件的相互啮合，也提高了机筒的自我清洁能力。通过适当的螺纹元件组合，可保证稳定的工作压力．防止物料在机筒内产生降解。由于混炼元件的螺纹是中断的．所以作用在聚合物上的压力很小．不产生明显的温升。而同向平行双螺杆挤出机是在高剪切和高径向压力下对一薄层聚合物进行剪切，必然使熔体局部产生大的温升。而且单一的运动规则．降低了物料的均匀效果和分散效果。另外．往复机同其他挤出机相比．在直径相同的条件下．长径比较短，扭矩在较短的距离上传递．因此螺扦扭矩变形小。

三、结构及用途、

    l.主机机筒、螺杆均采用积木式设计。机筒由多组开孔和闭孔筒体组成，剖分式的筒体，可快速方便地打开，便于清理、检修；螺杆由套在芯轴上的各种混炼螺块和输送螺块组成。机筒和螺扦可根据物料品种不同、工艺要求的不同．灵活组合成理想的形式。

    2．齿轮箱和播捶箱设计独特。实现了螺杆在做旋转运动的同时．进行轴向的往复运动．螺杆每转一周．前后往复运动一次。混炼元件中断三次，从而产生强烈的混炼效果。其混合作用是在轴向面不仅仅是在径向，且发生在螺纹和销钉之间。螺槽内部全部物料都受到均匀的剪应力，而不是一薄层的物料受到剪切。

    3.螺纹元件积木式的排列在芯轴上，机筒内衬套上安装有三排镑钉，销钉分为六种型号，实心长销钉用来固定内衬套。增强混炼效果；空心长销钉作用是固定、混炼、安装嗣温头，注射液体助剂；平头长销钉固定内衬套；平头销钉用来堵塞备用孔；实心销钉起混炼作用；实心短销钉对进料口物料进行破碎。随着螺杆的往复运动，销钉与每个螺块的相对运动呈∞曲线，当混炼销钉通过螺纹间隙时．产生轴向的物料交换。在螺杆旋转一周的过程中，与螺棱侧边的相对运动产生了对物科的剪切，对螺轩和机筒在轴向和径向进行另外请理，这就是往复式混炼挤出机彻底混合、捏合和自洁作用的基础。这些销钉如同一系列的搅拌器，使物料实现再分布，中断的螺纹使物料产生回流，使物料承受连续的剪切、取向、切割、折叠、拉伸等过程。一部分熔体重新结合．一部分熔体再进一步分割．在每个L/D中的每个螺槽中，熔体要经过四次分割。由此可见，往复式挤出机为什么能在非常短的长径比内实现熔体的有效混合。而且机筒内表面都被螺纹元件横扫过，没有物流死角．具有很好的自洁能力、较高的输送效率和稳定均匀的物料停留时间等。
    下图是普通单螺杆挤出机同往复式单螺杆挤出机结构比较：

    4.熔体泵。作用是将来自挤出机的高温聚合物通体增压、稳压，然后流量稳定地送入挤出模头。无论挤出机内压力如何变化．流量如何波动，熔体泵能够始终供给模头一定量的物料。齿轮是熔体泵的核心，齿轮的旋转和啮合一方面可以挤压齿间的熔体，使物料从一端被输送到另一端；另一方面齿轮的啮合能封闭低压腔，减少逆流，降低加工温度，有利于建立较高的输出压力。我们采甩渐开线型斜齿轮，能增加齿轮啮合的重合度，啮音时随着齿轮不断的吸入和排出能对物料进行连续、平稳的挤压。减小压力的波动，达到稳定输送熔体的目的。同时斜齿轮还具有一定的自洁作用．避免物料的沉积降解。

    在熔体泵外部装有加热、冷却装置，目的是把温度控制在一定的范围内，使其保持最佳的工艺状卷．加热方式有电加热和油加热两种形式。另外．往复式单螺杆混炼挤出机的工作原理及特性决定该机用于塑料成型加工并非其所长，但是，在挤出机后配以熔体泵，同成型模头连接，将混炼改性与成型加工合二为一的崭新工艺．蕞少了造粒环节，意味着减少一次投资，降低生产成本，缩短生产周期．节省了能源。熔体省略了二次加工塑化的热历程，这一技术的先进性和经济性是不言而喻的。

    熔体泵上还装有两组压力传感器．可以准确地测出熔体泵前、后的压力变化．有利于工艺的调整。

    5.准确的计量，合理的加料方式是严格执行配方的关键，也是保证产品质量的第一关。我们根据物科的性能，用户的需要．配有多种喂料方式：如体积计量、动态失重计量、液体注射计量等。以满足不同产品的需要。

    6.系统配有强制加料装置。加料装置分为垂直强制喂料和侧向强制喂料。强制喂科可以防止物料在加科口堆积，以保证各组分物料同时接比例进料,解决了由于预混料而造成的环境污染问题。

    7.电气控制系统。该机采用进口变频调速装置．性能优越、可靠。筒体采用电加热水冷却或油加热油冷却．配有二组压力传感器，多组RKC智能型控温装置，双向PID调节，多组深入机筒内部的熔体温度传感器．通过一只温度巡检仪可以真实地反映机简内各区熔体的实际温度．这是其它挤出机所不具备的功能。所以该设备控温准确、误差小。先进的机械、电器联锁装置．具有机械和电器双重过载保护．可有效地保护设备及人身安全。

    8.系统配有拉丝水冷切粒．热切水冷、热切风冷等几种切粒方式。可根据材料不同，用户的要求不同进行配置。

    9.系统配有双阶式造粒机组，利用单螺杆挤出机输送熔体，作用是完成塑化和纵向混合，建立稳定的挤出压力，由于其转速较低．因而剪切较低．避免物料产生剪切热．控温最佳。对于一些低发泡、热敏性产品来讲(特别是PVC)。系统将混炼和挤出分为两步，使熔体塑化完全后定压、定温、定量地送入挤出机模头．防止热敏性或对剪切敏感的物料降解，具有产量高，产品质量稳定的特点。在物料进入单螺杆的过程中．设有真空排气装置，这种排气方法因为排气面积大，物料表面变化大．有充分的排气时同，所以比单阶排气挤出机排气效果好。

    10.在主机机筒上装有抽真空装置和自然排气装置。强制加料料斗上、侧向加科装置上均设有对空排气装置．尽可能彻底排除物料中的水份及加工过程中产生的各种挥发气体．

    11.螺杆芯轴可通冷却水。这对一些控温要求严格的产品特别适用。如低烟无卤阻燃料、热固性材料等等。

论文来源:全国塑料着色与色母粒学术交流会，2004年