摘要：双螺杆挤出机的设计提供了优于其他塑料工艺的优势。它充分的灵活性使工艺工程师能够配置挤出机以优化工艺，并实现最佳性能。大多数工程师都认识到配置螺纹元件的好处，但其实机筒部分也可以进行移动，为工艺提供最佳布置。

双螺杆挤出机的设计提供了优于其他塑料工艺的优势。它充分的灵活性使工艺工程师能够配置挤出机以优化工艺，并实现最佳性能。大多数工程师都认识到配置螺纹元件的好处，但其实机筒部分也可以进行移动，为工艺提供最佳布置。

在以前，单螺杆挤出和注塑成型等工艺通常采用固定的螺杆和机筒配置。流程一旦设计好，基本上就固定下来了，任何更改都需要切割金属，从而导致更高的潜在成本。例如，为单螺杆挤出机添加排气孔需要修改机筒并制造新的螺杆，这些行动中的每一个都可能非常昂贵。

相比之下，双螺杆挤出机是完全可配置的。它可以看作是一系列单元模块操作，可以根据需要进行优化。分段机筒和螺杆提供了其他聚合物工艺所没有的灵活性，机筒部分与相应螺杆元件的正确排序可以实现广泛的工艺专业化。

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将双螺杆挤出机视为一系列的单元操作，工艺工程师有机会解决：

✓固体输送问题；

✓聚合物熔化问题；

✓添加剂与熔体定量混合问题；

✓液体喂料问题；

✓添加剂侧喂料问题；

✓排气（大气和真空）问题；

✓水循环问题；

✓热量传导问题；

✓在反应挤出情况下的化学反应问题。

在这里，我们将讨论机筒的配置以及每种机筒如何用于各类操作。

机筒配置

我们大多数人都不热衷于经常重新配置挤出机机筒。然而，机筒某些功能的放置位置会对双螺杆挤出机的性能和混炼操作的有效性产生深远的影响。幸运的是，双螺杆挤出机提供了许多具有成本效益的选择。大多数制造商提供分段式双螺杆机筒，这些机筒由四个、五个或六个直径长的单独部分组成。每个机筒部分都可以独立加热和冷却，以提供精确的机筒温度控制。

从仅由电机、齿轮箱和机架组成的裸机开始，我们就可以根据所制造的化合物，分析出需要构建的挤出机工艺部分。对于小型实验室和中试生产线，工程师可以根据需要经常重新排列机筒部分，以优化开发过程中的流程。显然，对于大型双螺杆挤出机来说，频繁更换是不可取的，因为对大而重的机筒周围频繁移动是不切实际的。同样，在大型生产线上很少更换螺杆，而实验室机器的螺杆配置可能每天都在更换。

机筒布局可根据混炼要求进行工艺优化。通常，布局一旦选定就不会更改。工艺工程师应牢记，改变机筒布局是可能的，如果所需的机筒单元不符合首选工艺顺序，则可以考虑更改。但是，尽管这是可能的，重新排列机筒仍然并不常见。

开口机筒段

一些机筒部分的设计提供了双螺杆挤出机独有的可配置性。当我们将每个机筒与适当的螺杆配置配对时，我们将对这些机筒类型中的每一种进行一般性和更深入的研究，以用于特定于挤出机该部分的单元操作。

每个机筒部分都有一个8字形通道，螺杆轴穿过该通道。而开口的机筒是具有对外的孔道以允许进料或排放挥发性物质的。这些开口机筒设计可用于进料和排气，并且可以放置在整个机筒组合的任何位置。

进 料

显然，必须将材料喂入挤出机才能开始混炼。进料筒就是一个开口筒，设计在机筒的顶部存在一个开口，材料通过该开口被喂入。

进料筒最常见的位置是在筒1位置，即工艺部分的第一个机筒。粒料和自由流动的颗粒会用喂料器计量，使它们通过进料筒直接落入挤出机，到达螺杆。

堆积密度低的粉末通常会带来挑战，因为空气通常会夹带落下的粉末。这些逸出的空气阻挡了轻粉末的流动，降低了粉末以所需速率进给的能力。

喂粉料的一种选择就是在挤出机的前两个机筒位置设置两个开放的机筒。在此设置中，粉末被送入机筒2，使夹带的空气从机筒1中排出。这种配置称为后排气装置。后部通风口为空气提供了一条通道，可以在不阻塞进料槽的情况下排出挤出机。随着空气的去除，粉末可以更有效的被喂入。

一旦聚合物和添加剂被送入挤出机，这些固体就会被输送到熔化区，在那里聚合物被熔化并与添加剂混合。添加剂也可以使用侧面进料器在熔化区的下游进料。

用于此操作的机筒被称为侧进料机筒。它除了有用于挤出机螺杆的“8”字孔之外，机筒侧面的第二个“8”字开口则允许侧喂料器直接连接挤出机，以便将添加剂填充到熔融聚合物中。标准开口筒通常位于侧进料器的上游，作为通风口，允许夹带的空气逸出。

一种更紧凑的、带有开放式排气孔的侧进料筒被称为后排气式组合筒（见图1）。它既有一个“8”字孔来匹配双螺杆喂料器，也有一个小的通风口，位于机筒的顶部，朝向机筒的上游端，以便空气逸出。

图1 这种组合机筒具有向后的大气开口和侧进料口，并在主工艺通道和耐磨侧进料口提供可更换的高耐磨 CPM-10V 粉末冶金钢衬里。可以选择是否提供内部水冷却通道。（图源丨Composite Technologies Inc.）

排 气

开口筒段也可用于排气；混合过程中产生的挥发性蒸汽必须在聚合物通过模头之前排出。

真空口最明显的位置是朝向挤出机的末端。该排气口通常与真空泵相连，以确保聚合物熔体中夹带的所有挥发物都在通过模头之前被去除。残留在熔体中的蒸汽或气体会导致颗粒质量变差，包括起泡和堆积密度降低，这可能会影响颗粒的包装效果。

对于至少有10个机筒段 (L/D≥40) 的挤出机，我的偏好是将排气口放置在模头上游的两个机筒段上。很多时候，如果挤出机机头压力升得太高，熔融聚合物可能会回流到排气孔中。在复合运行期间，压力可能会发生变化，尤其是在筛网紧密的情况下。如果聚合物熔体的粘度低，聚合物会回流并从排气口流出。在挤出之前将排气孔定位在前两个筒段基本上消除了这种可能性，从而使操作更加稳定。

如果存在高水平的挥发物，或注入稀释剂以去除不需要的挥发物，如果产生大量液体/蒸汽副产物，则可以沿挤出机的延长方向添加额外的排气口，包括大气排气口和真空排气口作为反应的结果。

封闭机筒段

最常见的机筒截面设计当然是封闭式机筒（图2）。该机筒部分将聚合物熔体完全包裹在挤出机的所有四个侧面上，只有一个允许螺杆中心穿过的8字形开口。

图2 显示加热（红色）和冷却的封闭筒体部分。（图源丨Leistritz）

一旦聚合物和任何其他添加剂已经完全进料到挤出机中，材料就会通过输送段，聚合物被熔化，所有的添加剂和聚合物被混合。封闭式机筒会为挤出机的所有侧面提供温度控制，而开放式机筒的加热器和冷却通道较少。

组装挤出机机筒

通常，挤出机将由制造商组装，其机筒布局与所需的工艺配置相匹配。在大多数混炼系统中，挤出机在会料筒1中有一个开口进料筒。此进料段之后是几个封闭料筒，用于输送固体、熔化聚合物以及将熔化的聚合物和添加剂混合在一起。

组合筒可以位于筒4或5以允许侧面进料添加剂，然后是几个封闭的机筒以继续混合。真空排气口位于挤出机末端附近，紧随其后的是模头前最后一个封闭的机筒。图3 中可以看到组装机筒的示例。

图3 双螺杆混炼挤出机的装配工艺部分。（图源丨Leistritz）

挤出机的长度通常表示为长度与螺杆直径之比 (L/D)。通过这种方式，工艺段的放大会变得更加容易，因为L/D为40:1的小型挤出机可以放大为直径更大、L/D长度也为40:1的挤出机。

来源：塑连网-小郭