1 介紹 

擠出機作為高聚物生產(chǎn)、改性、和成型加工的主要設(shè)備，已越來越得到廣泛應用，目前塑料成形加工總量約有1/3是擠出機上完成的。絕大部分高聚物生產(chǎn)過程中，下游工序都是用擠出機進行脫水、脫揮、干燥和造粒的。擠出機的性能對擠出物的質(zhì)量有重要影響，因此如何提高擠出機的性能一直是塑料加工技術(shù)工作者關(guān)注的熱點。隨著國民經(jīng)濟高速發(fā)展和現(xiàn)代國防建設(shè)的需要，對高分子材料的品種、性能和質(zhì)量提出更高要求，從而要求有新的混煉技術(shù)和裝備來滿足這個需要。為此，美國、瑞士、日本、德國等發(fā)達國家相繼推出FCM連續(xù)混煉機、BUSS混煉機（往復式單螺桿銷釘擠出機）、KCK混煉機（串聯(lián)式磨盤擠出機）、Pomini密煉機和同向平行雙螺桿擠出機等新型混煉機。盡管這些混煉機的結(jié)構(gòu)、原理有所不同，但它們都有共同追求的技術(shù)目標，即、多功能、經(jīng)濟地完成混煉的三要素：剪切、分流和置換。在特種擠出機的研究領(lǐng)域，經(jīng)我國廣大科技工作者努力，在一些主要的幾種如排氣擠出機、串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機、往復式單螺桿銷釘擠出機、發(fā)泡擠出機、帶熔體齒輪泵的擠出機、串聯(lián)式多階擠出機、行星螺桿擠出機等在均有廠家生產(chǎn)，具備了獨立研究的能力，共享有自主知識產(chǎn)權(quán)，目前已進入系列化開發(fā)研制階段。下面將著重就串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機和往復式單螺桿銷釘擠出機的應用范圍、新一代機型的開發(fā)研制以及理論研究進行闡述。

2 應用范圍

2.1 串聯(lián)式磨盤擠出機

串聯(lián)式磨盤擠出機適用于從橡膠、塑料到陶瓷等各類工業(yè)材料的連續(xù)密煉機；可制取其它螺桿擠出機無法加工的特殊高分子合金材料及高填充的物料，列如：塑料的納米熔融插層改性，如PET/MMT熔融插層改性；塑料與有機填充料的共混改性，PVC與木粉的共混改性；熱敏性物料的共混，如粉末涂料的制備；再生膠脫硫；一步法PVC異型材成型。如圖1所示

2.2往復式單螺桿銷釘擠出機，又稱Buss機，不僅是生產(chǎn)塑料粉料和涂料的理想設(shè)備，而且還適用于工程塑料、電線電纜料、軟硬PVC、熱固性塑料以及各種色母料的配混、造粒和成型。尤其在加工那些要求混煉質(zhì)量高而且又對剪切和加熱比較敏感的物料時，該機更能顯示出其“三低一高”（低壓力、低剪切、低溫升和高混煉質(zhì)量）的特有優(yōu)勢。圖2所示

3 新一代機型的開發(fā)研制

3.1 新一代串聯(lián)式磨盤擠出機

新一代串聯(lián)式磨盤擠出機的設(shè)計開發(fā)是在本實驗室現(xiàn)有機組的基礎(chǔ)上進行的。新一代機型的加料段中螺桿采用錐形大導程螺紋元件，機筒內(nèi)襯套上開設(shè)有軸向溝槽，以加大螺桿加料段輸送和建壓能力，其結(jié)構(gòu)三維模型如圖2所示；新一代機型的螺桿仍然采用組合的形式（見圖3），但動盤與定盤之間的間隙采用非等間隙設(shè)計，更有利于物料的分散混合；計量段螺桿幾何參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，采用小導程螺紋元件，起到穩(wěn)定擠出和建立壓力的作用。

除了擠壓系統(tǒng)外，新機型的加熱冷卻系統(tǒng)也在原有基礎(chǔ)上進行了改進。新機型的加熱冷卻方案如下：1螺桿芯軸內(nèi)部通入導熱油，通過控制導熱油溫度來控制螺桿溫度；2加料段機筒通入冷卻水進行強制冷卻；3熔融段機筒、計量段機筒和機頭機筒采用導熱油加熱冷卻方式，熔融段每段定盤、計量段機筒和機頭采用獨立溫控。

3.2 新一代往復式單螺桿銷釘擠出機

目前，往復式單螺桿銷釘擠出機的技術(shù)和市場基本上被瑞士Buss公司壟斷，為了打破壟斷，我校橡膠塑料機械研究運用CAE/CAD技術(shù)，對往復式單螺桿銷釘擠出機的運動軌跡進行了動態(tài)模擬，對其流場進行了數(shù)值計算，在此基礎(chǔ)上開發(fā)研制了有自主知識產(chǎn)權(quán)的WXJ-45型往復式單螺桿銷釘擠出機，并配置了自行研制成功的熔體齒輪泵。近年來一直在進行該類機組的系列化開發(fā)區(qū)以及新型混煉元件的研制，圖4為WXJ-140往復式單螺桿銷釘擠出機擠壓系統(tǒng)三維造型，圖5為新一代四排銷釘混煉元件三維模具。

4 混合性研究

眾所周知，混合分為兩種，分散混合和分布混合。理論研究中，將這兩種機型的混煉性能作為研究。

4.1串聯(lián)式磨盤擠出機

圖6的6幅圖片描述了磨盤擠出機分布混合過程。（1）中物料處于入口位置，隨著動盤旋轉(zhuǎn)物料進入動盤和定盤的間隙，不同顏色的粒子的位置發(fā)生相對改變，即發(fā)生了分布混合（見（2）～（6））。從（2）和（3）對比可以看出，隨著物料在動盤和定盤的間隙的輸送，同種顏色聚團現(xiàn)象越來越少。圖（4）～（6）是動盤的另外一面，可見，當物料爬過動盤頂部，進入動盤與另一定盤之間間隙后，分布混煉的效果就更加。從磨盤的混煉原理來看，其分散混合性能主要就體現(xiàn)在動盤和定盤之間相對運動所產(chǎn)生的剪切應力。磨盤轉(zhuǎn)動速度越快，動盤和定盤之間的間隙越小，產(chǎn)生的剪切速率越大，剪切應力越大，越有利于分散相在主體聚合物中的分散混合。對新一代磨盤機來說，每段定盤都采用高精度獨立溫控系統(tǒng)，再加上磨盤非等間隙設(shè)計，可將處于動盤和定盤間的物料溫度控制在結(jié)晶溫度范圍內(nèi)，這樣可以將分散相固定于主體聚合物中，使得剪切應力更有效的作用于分散相，從而更有利于分散相充分破碎，以達到較好的分散混合性能。