導(dǎo)讀：擠出成型具有效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，幾乎適應(yīng)于所有的高分子材料的加工，而單螺桿擠出機(jī)作為超高分子量聚乙烯管材擠出成型加工中最基本的裝備之一，一直以來都得到了足夠的認(rèn)識(shí)，在單螺桿擠出理論中固體輸送量決定著單螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量，且固體輸送段消耗的功率比較大，在某些情況下，甚至達(dá)到整根螺桿消耗功率的百分之六十左右。因此，

    擠出成型具有效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，幾乎適應(yīng)于所有的高分子材料的加工，而單螺桿擠出機(jī)作為超高分子量聚乙烯管材擠出成型加工中最基本的裝備之一，一直以來都得到了足夠的認(rèn)識(shí)，在單螺桿擠出理論中固體輸送量決定著單螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量，且固體輸送段消耗的功率比較大，在某些情況下，甚至達(dá)到整根螺桿消耗功率的百分之六十左右。因此，單螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)效率和擠出特性。
    單螺桿擠出機(jī)中應(yīng)用最多的是光滑機(jī)筒，光滑機(jī)筒擠出機(jī)的固體輸送機(jī)理為摩擦拖拽輸送，其缺點(diǎn)主要包括；對物理性能苛刻，難以實(shí)現(xiàn)高粘度、低摩擦系數(shù)物料的輸送和穩(wěn)定擠出，產(chǎn)量低，固體輸送段建壓能力差，比能耗大。針對以上缺陷，德國亞堔工業(yè)大學(xué)塑料加工研究所的研究人員對如何提高固體輸送率進(jìn)行了一些列的研究，率先于二十世紀(jì)七十年代提出了基于強(qiáng)制輸送的IKV固體輸送理論，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的IKL擠出機(jī)，它是最早的溝槽機(jī)筒擠出機(jī)，其典型的機(jī)構(gòu)特征在于機(jī)筒家加料段內(nèi)壁開設(shè)有軸向直槽，通過在機(jī)筒加料套內(nèi)壁開槽將物料輸送過程中的動(dòng)力由物料與機(jī)筒間的外摩擦力轉(zhuǎn)化為物料與物料間的內(nèi)摩擦力，有效增大了固體塞輸送的動(dòng)力，提高了輸送效率，隨后研究者又發(fā)明了機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽的單螺桿擠出機(jī)，使單螺桿擠出機(jī)在生產(chǎn)超高分子量聚乙烯管材的比產(chǎn)量、比能耗上升一個(gè)新的臺(tái)階。
針對軸向直槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)和螺旋溝槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、固體輸送機(jī)理和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析，并對其基礎(chǔ)性能進(jìn)行了對比研究。
1、軸向直槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)
1、1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
   固體輸送機(jī)筒或機(jī)筒襯套內(nèi)壁開設(shè)縱向溝槽，縱向溝槽的長度為3-5D溝槽深度大于顆粒的最大尺寸，數(shù)值與螺桿直徑有關(guān)，沿縱向在固體輸送段末幾件減小為零，溝槽數(shù)目大約是螺桿直徑的十分之一。
1、2 輸送機(jī)理
    機(jī)筒開設(shè)周向直槽，因溝槽深度一般大于固相粒子直徑，溝槽螺棱推力小于固相之間內(nèi)的摩擦力，故鄉(xiāng)必然在溝槽與螺槽的界面處被剪斷。
因此固體輸送段機(jī)筒開設(shè)直槽的單螺桿擠出機(jī)的固體輸送機(jī)理，與光滑機(jī)筒擠出機(jī)一樣，均為摩擦拖拽輸送。因固體塞被剪斷，溝槽界面處的摩擦為固相與固相之間的內(nèi)摩擦力，溝槽之間的機(jī)筒面為固相與機(jī)筒之間的外摩擦力，因此剪斷面處的摩擦力一部分為外摩擦力，一部分為內(nèi)摩擦力，剪斷面類似單螺桿擠出機(jī)的機(jī)筒面，剪斷面的摩擦系數(shù)可等效為機(jī)筒的摩擦系數(shù)。
1、3優(yōu)缺點(diǎn)
    當(dāng)幾桶開設(shè)軸向直槽后，機(jī)筒等效摩擦系數(shù)增加，輸送動(dòng)力增強(qiáng)，由此帶來的固體輸送產(chǎn)量高、建壓力強(qiáng)、擠出穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但存在以下缺點(diǎn)；物料在輸送過程中受到強(qiáng)烈的剪切作用，導(dǎo)致固體輸送段產(chǎn)生大量的摩擦耗散熱，固體輸送段需要強(qiáng)制冷卻，加大了額外的能耗，物料輸送中產(chǎn)生的高剪切、高摩擦熱，導(dǎo)致對不同加工物料的適應(yīng)性差，因固體塞內(nèi)部受到較大的周向剪切，固體輸送段壓力梯度太大，導(dǎo)致機(jī)筒加料襯套磨損大，設(shè)備成本增加，雖然產(chǎn)量較大，但擠出機(jī)整體減小，卻不節(jié)能。
2螺旋溝槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)
2.1固體結(jié)構(gòu)
    固體輸送機(jī)筒或機(jī)筒襯套內(nèi)壁開設(shè)螺旋溝槽，溝槽螺紋旋向與螺桿紋旋向相反。溝槽螺紋升角范圍為大于0度小于90度，一般情況下取大于30度小于90度，溝槽深度小于粒子直徑，溝槽寬度大于粒子直徑，螺棱較窄，溝槽數(shù)目在滿足機(jī)筒襯套強(qiáng)度的要求下盡量較多，溝槽橫向截面形狀以矩形溝槽為主。
2、2輸送機(jī)理
     固體輸送段機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽時(shí)，因溝槽深度小于粒子直徑，固體塞一部分嵌在機(jī)筒襯套溝槽內(nèi)，一部分嵌在螺桿螺槽內(nèi)，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，固體塞在機(jī)筒襯套溝槽螺棱推進(jìn)面和螺桿螺棱推進(jìn)面的共同推動(dòng)下，類似在相對轉(zhuǎn)動(dòng)的平行弧板間沿襯套溝槽螺旋角方向運(yùn)動(dòng)，只要固體塞不會(huì)再溝槽和螺槽界面處發(fā)生剪切，固體塞不會(huì)再溝槽和螺槽界面處發(fā)生剪切，固體塞將整體沿溝槽螺旋角方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)正位移輸送。
     螺旋溝槽機(jī)筒的固體輸送過程類比剪刀模具，螺桿螺棱推進(jìn)面和襯套螺棱推進(jìn)面類似剪刀的兩刃，固體塞類似被剪得板。對簡板而言，兩刃夾角越小，板則不打滑而容易被剪斷。當(dāng)然兩螺棱推進(jìn)面的夾角也不是越大越好，太大會(huì)影響固體輸送流率。
     機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽的核心思想是避免固體塞發(fā)生周向剪切，實(shí)現(xiàn)單螺桿擠出機(jī)由拖拽輸送向正位移輸送轉(zhuǎn)變。要想避免固體塞在分界面處被剪斷，實(shí)現(xiàn)整體固體塞沿溝槽方向正位移輸送，則應(yīng)滿足如下邊界條件，因此機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽時(shí)溝槽固相和螺槽固相能否完整實(shí)現(xiàn)正位移輸送，主要由界面剪切力決定。
     若界面剪切力滿足邊界條件，則溝槽物料與螺槽物料為整體輸送，輸送機(jī)理為正位移輸送，若分界面處發(fā)生剪切，則剪斷面下層物料將隨螺桿運(yùn)動(dòng)，是普通的摩擦拖拽輸送，輸送力是界面內(nèi)摩擦力剪斷面上層物料由于結(jié)構(gòu)尺寸限制，只能卡在襯套溝槽和螺桿螺槽內(nèi)，上層物料必然為正位移輸送。在此種情況下剪斷面處的界面相當(dāng)于下層物料的等效機(jī)筒摩擦系數(shù)完全為內(nèi)摩擦系數(shù)，輸送能力大大增強(qiáng)�？傮w上，因剪斷面上層物料為正位移輸送，剪斷面下層物料為摩擦拖拽輸送，這種情況可稱為部分正位移輸送。若界面剪切力大于粒子的抗剪強(qiáng)度，則粒子將在溝槽處被剪斷，再次情況下只有溝槽內(nèi)的物料為正位移輸送，溝槽一下均為摩擦拖拽輸送，這種輸送情形可稱為假性正位移，這是較差的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該避免的。
      固體塞在輸送加熱中的超高分子量聚乙烯樹脂過程中，溝槽固相和螺槽固相沒有剪切界面上發(fā)生剪切斷裂，溝槽中的固體塞與螺槽中的固體塞在機(jī)筒襯套溝槽推進(jìn)面推力和螺桿螺槽推進(jìn)面推力的作用下作為整體沿機(jī)筒襯套溝槽螺旋角方向向前輸送，這也充分證明，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺旋溝槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)固體段可以實(shí)現(xiàn)正位移輸送。
2.3 優(yōu)缺點(diǎn)
     通過螺旋溝槽機(jī)筒的合理設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)單螺桿擠出過程的正位移輸送，從而有效克服傳統(tǒng)摩擦拖拽輸送帶來的缺陷。螺旋溝槽機(jī)筒單螺桿擠出機(jī)能夠大幅度提高單螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量，但伴隨著固體輸送產(chǎn)量的大幅度提高，后續(xù)功能段無法實(shí)現(xiàn)高固體輸送率下物料的有效熔融，易造成熔融質(zhì)量和混煉效果差的缺陷。
3 擠出性能比
     相同的螺桿轉(zhuǎn)速下，機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽的單螺桿擠出機(jī)均大于軸向直槽機(jī)筒擠出機(jī)，而均小于軸向直槽機(jī)筒擠出機(jī)，這充分說明機(jī)筒開設(shè)螺旋溝槽的優(yōu)勢，因?yàn)閮烧邷喜蹤C(jī)構(gòu)不同，輸送機(jī)理不同，由此有巨大差異，另外轉(zhuǎn)速越高這種性能茶幾越大。
結(jié)論
機(jī)筒開設(shè)軸向直槽的段落感擠出機(jī)的輸送機(jī)理仍為摩擦拖拽輸送，通過正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)螺旋溝槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)的正位移輸送。螺旋溝槽機(jī)筒段螺桿擠出機(jī)等擠出性能指標(biāo)方面均遠(yuǎn)優(yōu)于軸向直槽機(jī)簡單螺桿擠出機(jī)。

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