一、前言
隨著塑料加工業(yè)中高分子材料工業(yè)的飛速發(fā)展，往復(fù) 式單螺桿混煉擠出機(jī)的開發(fā)應(yīng)用日趨令人矚目。在擠出行業(yè) 中占主要地位的單、雙螺桿擠出機(jī)許多方面的性能已經(jīng)不能滿足共混、填充、增強(qiáng)、增韌等改性的要求。使用往復(fù)式單螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)一些高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品逐漸成為 一種趨勢。在任何聚合物的加工過程中。賦予聚合物一定的加工特性或賦予制品特定使用性能。常常需要進(jìn)行不同聚合物之間的共混或聚合物同各種助劑、顏料之間的混合?？朔?其分子間可能產(chǎn)生的部分凝膠顆?；蚰┤廴跇渲?。而往復(fù)式單螺桿強(qiáng)力混合機(jī)恰好具有剪切均勻、高分散、高填充、拉伸熔體等特點。且綜合了單、雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點。獨一無 二的工作原理，加上一整套的螺紋組合元件及配套設(shè)備，使其應(yīng)用更廣泛，在一部機(jī)器上，可以做到混料、混煉、塑化、分散、剪切、拉伸、脫氣、造粒，使得熔體在機(jī)器中流動的 界面面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的剪切流動。
二、工作原理
往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)，在螺桿芯軸上設(shè)計獨特的積 木式螺塊在一個螺距內(nèi)斷開三次，稱為混煉螺塊，對應(yīng)這些空隙，在機(jī)筒內(nèi)襯套上，排列有三排混煉銷釘，螺桿在徑向旋轉(zhuǎn)過程中，同時做軸向的往復(fù)運(yùn)動。每轉(zhuǎn)動一周，軸向運(yùn)動一次，由于這種特殊的運(yùn)動方式，以及混揀螺塊和銷釘?shù)?作用，物料不僅在混煉銷釘和不規(guī)則梯形混煉塊之間被剪切而且被往復(fù)輸送，物料的逆流運(yùn)動給徑向混合加上了非常有用的軸向混合運(yùn)動，熔體不斷地被切斷、翻轉(zhuǎn)、捏合和拉伸，有規(guī)律地打斷簡單的層狀剪切混合，不同于普通的單、雙螺桿擠出機(jī)。由于在徑向和軸向上的同時混煉，增強(qiáng)了混煉效果，保證了佳的分散混合和分布混合，因此均化時間 短。另外，混煉銷釘和螺塊的相互嚙合，也提高了機(jī)筒的自我清法能力。通過適當(dāng)?shù)穆輭K組合，可保證穩(wěn)定的工作壓力，不產(chǎn)生無法控制的壓力和溫度波動，防止物料在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生 降解。由于捏合元件的螺紋是中斷的，所以作用在聚合物上的壓力很小，不產(chǎn)生明顯的溫升。而單、雙螺桿擠出機(jī)是在高剪切和高徑向壓力下對簿層聚合物進(jìn)行剪切，必然使熔體 產(chǎn)生大的溫升，影響物料低溫擠出的原則，同其它機(jī)器相比。在直徑相同的條件下。其長徑比較短，扭距在較短的距離上傳遞。因此螺桿扭轉(zhuǎn)變形小。
三 結(jié)構(gòu)及用途
1、主機(jī)機(jī)筒、螺桿均采用積木式裝配。機(jī)筒由多組開孔和 閉孔筒體組成，剖分式的筒體，可快速方便的打開，便于清 洗、檢修；螺桿由套在芯軸上的各種混煉螺塊和輸送螺塊組成。機(jī)筒和螺桿可根據(jù)物料品種不同、工藝要求的不同，靈 活組成理想形式。
2、齒輪箱和搖擺箱設(shè)計獨特，實現(xiàn)了螺桿在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的 同時，進(jìn)行軸向的往復(fù)運(yùn)動，螺桿每轉(zhuǎn)一周，往復(fù)運(yùn)動一次， 螺紋中斷三次，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的混煉效果。其混合作用是在軸向而不是在徑向，且發(fā)生在螺紋和銷釘之間。螺槽內(nèi)全部 物料受到均勻的剪應(yīng)力，而不是一薄層的物料受到剪切。
3、螺紋元件積木式的排列在芯軸上，可根據(jù)不同的要求進(jìn) 行排列組合。機(jī)套內(nèi)襯套上安裝有三排銷釘，銷釘分為六種型號，實心長銷釘用來固定內(nèi)襯套，增強(qiáng)混煉效果；空心長銷釘作用是固定、混煉、安裝測溫頭，注射液體助劑；平頭長銷釘固定內(nèi)襯套；平頭銷釘用來堵塞備用孔；實心 銷釘起混煉作用；短實心銷釘對進(jìn)料口物料進(jìn)行破碎。隨著螺桿的往復(fù)運(yùn)動，銷釘與每個螺塊的相對運(yùn)動軌跡呈∞ 曲線，當(dāng)捏合銷釘通過螺紋間隙時產(chǎn)生軸向物料交換，銷釘在螺桿回轉(zhuǎn)一圈的過程中，與螺梭側(cè)邊的相對運(yùn)動產(chǎn) 生了對物料的剪切對螺桿和機(jī)筒在軸向和徑向進(jìn)行了清理。這就是往復(fù)式混煉擠出機(jī)徹底混合、捏合和自潔作用基礎(chǔ)。這些銷釘如同一系列的攪拌器，使物料實現(xiàn)再分布，中斷的螺紋使物料產(chǎn)生回流，使物料承受連續(xù)的剪切、取向、切割、折疊、拉伸的過程。一部分熔體重新結(jié)合， 一部分熔體再進(jìn)一步分割，在每個L／D的螺槽中，熔體要經(jīng)過四次分割，由此可知，往復(fù)式擠出機(jī)為什么能在非常短的長徑比內(nèi)實現(xiàn)熔體的有效混合。而且機(jī)筒內(nèi)表面都被 螺紋元作橫掃過，沒有物流死角，具有很好的自潔能力， 較高的輸送效率和穩(wěn)定均勻的物料停留時間等。
下面是普通單螺桿擠出機(jī)同往復(fù)式單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)比較
4、熔體系，作用是將來自擠出機(jī)的高溫聚合物熔體增壓、 清壓后流量穩(wěn)定地送入擠出模頭。無論擠出機(jī)內(nèi)壓力如何變 化，流量如何波動，熔體泵能夠始終供給模頭一定量的物料。齒輪是熔體泵的核心，齒輪的旋轉(zhuǎn)和嚙合一方面可以擠壓齒 ）I 間的熔體，使物料從一端輸送到另一地；另一方面齒輪的嚙合能封閉低壓腔，減少逆流降低加工溫度，有利于建立較高的輸出壓力。我們采用漸開線型斜齒輪，能增加齒輪嚙合 的重合度，嚙合時隨著齒輪不斷的吸入和排出能對物料進(jìn)行續(xù)、平穩(wěn)的擠壓，減小壓力的波動，達(dá)到穩(wěn)定輸送熔體的目的。同時斜齒輪還具有一定的自潔作用，避免物料的沉積分解。
在熔體泵外部裝有加熱、冷卻裝置，目的是把溫度控制在一定的范圍內(nèi)，使其保持佳的工藝狀態(tài)，加熱方式有電加熱和油加熱兩種形式。另外，往復(fù)式單螺桿混煉擠機(jī)的工作原理及特性決定該機(jī)用于塑料成型加工并非其所長，但是，在擠出機(jī)后配以熔體泵，同成型模頭連接，將混煉改性 與成型加工合二為一體的嶄新工藝，減少了造粒環(huán)節(jié)，意味著減少一次投資，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省了能源，熔體省略了二次加工塑化的熱歷程，這一技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性是不言而喻的。
熔體泵上裝有一組壓力傳感器，可以準(zhǔn)確地測出其壓力變化，有利于工藝的調(diào)整。
5、準(zhǔn)確的計量。，合理的加料方式是嚴(yán)格執(zhí)行配方的關(guān)鍵， 也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)，我們根據(jù)物料的性能，用戶的需要，配有多種喂料方式，如體積計量、動態(tài)失重計量等等，以滿足不同產(chǎn)品的需要。
6、系統(tǒng)配有強(qiáng)制加料螺桿，側(cè)向雙螺桿喂料，防止物料在加料口堆積，以保證各組分物料同時按比例進(jìn)料，解決了由于預(yù)混料而造成的環(huán)境污染問題。
7、該機(jī)采用西門子變頻調(diào)速裝置，性能優(yōu)良、可靠。筒體采用電加熱水冷卻（或油加熱油冷卻），配有二級壓力傳感器，六組RKC智能型控溫裝置，雙向PID調(diào)節(jié)，四組深入機(jī)筒內(nèi)的熔體溫度傳感器。真實地反映各區(qū)熔體的實際溫度，另外，有一只多點溫度巡檢儀，所以該設(shè)備控溫準(zhǔn)確，誤差小。先進(jìn)的機(jī)械、電器聯(lián)鎖裝置，具有機(jī)械和電器雙重 過載保護(hù)，可有效地保護(hù)設(shè)備及人身安全，設(shè)備控制柜上設(shè)有模擬顯示圖板，機(jī)組各部位轉(zhuǎn)動情況顯示直觀明確。
8、系統(tǒng)配有拉絲水冷切粒，熱切水冷、熱切風(fēng)冷等幾種切粒方式?？筛鶕?jù)材料不同，用戶的要求進(jìn)行配置。
9、系統(tǒng)配有雙階式造粒機(jī)組，利用等距等深單螺桿擠出機(jī)輸送熔體作用是完成塑化和縱向混合，建立穩(wěn)定的擠出壓力，由于其轉(zhuǎn)速較低。因而剪切較低，避免物料產(chǎn)主剪切熱，控溫佳。
這樣的配置對于一些低發(fā)泡、熱敏性產(chǎn)品來講（特別是 PVC產(chǎn)品），系統(tǒng)將混煉和建立壓力兩步工藝分開處理，將熔 體塑化交畢后定壓、定溫、定量地送入擠出模頭切粒，防止熱敏性及剪切敏性物料的降解，具有產(chǎn)量高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 的特點，混煉過程可優(yōu)化不受造料工藝影響。在物料進(jìn)入單螺桿的過程中，設(shè)有真空排氣裝置，這種方法排氣因為排氣面積大，物料表面積變化大，有充分的排氣時間，所以比單 階排氣擠出機(jī)排氣改果好。
10、在主機(jī)機(jī)筒上裝有抽真空裝置和自動排氣裝置、強(qiáng)制 加料料斗上、側(cè)向加料上均設(shè)有自動排氣裝置，以保證徹底排除物料中的水份及加工過程中產(chǎn)生的各種揮發(fā)氣體。
四、工藝流程
往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)配有強(qiáng)制加料和側(cè)向喂料裝置，使配料、共混改性和造粒同時完成，從而使終制品的工藝過程具有工序少、流程短、能耗低、成本低、減少環(huán)境污染、不需預(yù)混料等特點。根據(jù)用戶產(chǎn)品的不同，其配置亦有相應(yīng)不同的這擇，工藝流程有所不同下圖是兩種基本的工藝流程簡圖：
五、優(yōu)點
往復(fù)式單螺桿擠出機(jī)具有剪切、取向、切割、折疊、拉五大功能。
1、獨特的往復(fù)式單螺桿和多齒形機(jī)筒設(shè)計，綜合了單、 雙螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點，產(chǎn)品的應(yīng)用有很大的靈活性，可變的螺紋元件和銷釘，使其應(yīng)用范圍非常廣泛，適合各種塑料制品加工改性造粒。
2、同其它機(jī)器相比，長徑比為短，熔體在機(jī)筒中停留 時間短，而且可控，減少物料的降解，由于其高分散、 均剪切的作用，在保證物料性能的前題下，對顏料、助 劑的需求量少，能源消耗低。
3、系統(tǒng)特有的往復(fù)運(yùn)動，使物料在一次生產(chǎn)中，可完善地進(jìn)行混料、混煉、塑化、分散、均化和脫氣的全過程。
4、抽真空裝置可徹底地脫除產(chǎn)品中的水份以及加工過程中產(chǎn)生的氣體和一些揮發(fā)性氣體，這一點對半導(dǎo)體，導(dǎo)電材料和電纜料特別重要。
5、產(chǎn)品控溫準(zhǔn)確，溫差小。通過銷釘測得的是熔體的真 實溫度、溫度曲線均勻工藝參數(shù)穩(wěn)定，可靠。特別適用于一些熱敏材料、對剪切敏感材料的加工。
6、剖分式機(jī)筒、積木式螺桿組合。方便拆裝清洗，可迅速、簡便、安全地進(jìn)行檢修全部零部件。由于機(jī)筒壓力很低，因此內(nèi)摩擦很小，設(shè)備工作時平穩(wěn)、噪音低。
7 、系統(tǒng)分別配有自動換網(wǎng)裝置和不停機(jī)自動換網(wǎng)裝置， 減輕勞動強(qiáng)度，減少原材料消耗，降低生產(chǎn)成本。
六、應(yīng)用
往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)是一種新型的塑料混煉加工 設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種塑料的填充、共混、改性、交聯(lián)、接 枝、色母粒、功能母料、阻燃母料、導(dǎo)電材料、降解母料及 增強(qiáng)、增韌等塑料專用料的生產(chǎn)。
1、將不用品種的聚合物共混，獲得具有特定用途的、嶄新 的高分子合金材料。
2、將各種礦物填料加入到聚合物熔體中，制成性能優(yōu)良， 價格便宜的高填充材料。
3、制備高濃度色母粒時，對顏料、助劑直接計量，無須預(yù) 先處理，既可獲得具有良好分散效果的色母拉，顏料用 量減少，降低生產(chǎn)成本，改善生產(chǎn)環(huán)境。
4、生產(chǎn)各種玻纖增纖、阻燃產(chǎn)品，玻纖加入量達(dá)50％。
5、適用于各種電纜護(hù)套料、絕緣料、交聯(lián)料、半導(dǎo)體、屏蔽料，導(dǎo)電材料的生產(chǎn)。
6、硬質(zhì)和軟質(zhì)的PVC產(chǎn)品以及其它熱敏材料。
7、熱塑彈性體，熱熔膠的生產(chǎn)。
8、可控光降解母料、生物降解母料、光控--生物雙降解母料等等。
9、適用于各種功能母料、防老化母料、填充母料的生產(chǎn)。
綜上所述，往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)其特殊的混煉效果、優(yōu)良的使用性能，已在實踐中得到證明。該機(jī)是將混煉和擠出分開設(shè)計的，而且全部采用西門子變頻調(diào)速裝置和溫控儀表，混煉捏合機(jī)機(jī)筒內(nèi)壓力很低，所以耗能少，跟其它同型號擠出機(jī)相比，節(jié)省能源1/4左右。
用往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)生產(chǎn)黑色母料，碳黑含量高達(dá)50％，而且對原材料沒有特殊的要求，不需預(yù)處理。例如 選用N330 制成的黑色母料應(yīng)用在吹膜上，不需加偶聯(lián)劑， 聚乙烯蠟用量減少。仍能達(dá)到均勻分布分散的效果：選用 N330 制成PET黑色母料可以應(yīng)用在滌綸紡絲上，因此可降低產(chǎn)品配方成本。
用往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)進(jìn)行工程塑料的改性，可以賦予工程塑料更好的性能，改進(jìn)其自身的某些缺點，降低成本，改善加工性能，短玻纖增強(qiáng)聚烯烴，玻纖加入量達(dá)40%，而且混煉效果好于雙螺桿，因為雙螺桿剪切強(qiáng)度較大。玻纖的平均有效長度短。
往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)特別適用于各種填充改性，由于該設(shè)備配置有兩個強(qiáng)制加料料斗，可將大量的填料分兩部分分別加入，不需要預(yù)混料。而且可以避免大量填料同基料一同加入而引起的扭矩增大。填充困難。這是雙螺桿所不具備的特殊功能，因此可以生產(chǎn)一些填充量大、難填充的產(chǎn)品。特殊的螺桿結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式又能將其很好的分散，PE填充輕 體碳酸鈣填充量達(dá)200％。無機(jī)填充改性阻燃材料，是未來阻 燃料的發(fā)展方向，用往復(fù)機(jī)生產(chǎn)無機(jī)填充阻燃料可用國產(chǎn)的氫氧化鎂、氫氧化鋁代替價格昂貴的進(jìn)口料，而且填充量達(dá) 60%-70% 阻燃效果明顯，完全可滿足用戶的要求。
往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)廣泛應(yīng)用于各種通訊電纜料、 光纜料、普通民用電纜料、交聯(lián)電纜料等的生產(chǎn)，眾所周知 電纜料的生產(chǎn)要有非常準(zhǔn)確的控溫，塑化均勻，以利于放線生產(chǎn)。通過往復(fù)機(jī)的銷釘可以測到熔體的真實溫度，完全可 以做到精確控溫，這也是雙螺桿無法做到的，而且多組喂料 可隊減少預(yù)混料工序，避免人為雜質(zhì)的混入而影響產(chǎn)品質(zhì)量。對交聯(lián)料，設(shè)備特有的銷釘結(jié)構(gòu)可將硅烷等液體交聯(lián)劑 定量加入（配合液體注射泵共同使用）。
實際應(yīng)用如江蘇常州紅梅色母粒廠和卓潤塑料公司生產(chǎn)的高濃度通用PE黑色母料（炭黑含量30% 一50%）；蘇州兆豐塑 料廠生產(chǎn)的PVC電纜料；臺商獨資的亞特曼公司的橡膠改性料；蘇州虹利公司的滑石粉填充（滑石粉含量30%--50%）和 玻纖增強(qiáng)料（玻纖含量30%--40%）；旺達(dá)化工廠生產(chǎn)的玻纖增強(qiáng)熱固性酚醛模塑料；臺商獨資的和旺塑膠布業(yè)有限公司 熱熔膠、彈性體箱包料等等。
特別值得一提的是，往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)可以用于熱固性玻纖增強(qiáng)酚醛塑料的連續(xù)化生產(chǎn)， 玻纖添加量可達(dá)到50％以上，總的填料比例可達(dá)到70％以上， 產(chǎn)品質(zhì)量完全可滿足模塑料的生產(chǎn)要求，而且超過間歇法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。解決了間歇法生產(chǎn)中無法克服的缺點。創(chuàng)立了熱固性材料加工生產(chǎn)新工藝--往復(fù)機(jī)連續(xù)化生產(chǎn)玻纖增強(qiáng)酚醛模塑料，為加速熱固性材料的研究、發(fā)展、應(yīng)用提供了有利的基礎(chǔ)。
實踐證明，往復(fù)式單螺桿混煉擠出機(jī)是一種新型的塑料擠出設(shè)備，國內(nèi)尚屬首創(chuàng)，該機(jī)的誕生，結(jié)束了我國往復(fù)機(jī) 長期依賴進(jìn)口的歷史，為廣大用戶提供了一種高性能的塑料加工設(shè)備。為塑料工業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。
