螺杆组合及喂料工艺在改性塑料中的应用_能源/化工_工程科技_专业资料。双螺杆喂料机螺杆组合

　　塑料工业 ＩＮＤＵ铘Ｙ ＣＨＩＮＡ ＰＩＡＳｎＣＳ 第３５卷增刊 ２０ｃｒ７年６月 同向双螺杆挤出机螺杆组合及ｎ艮料工艺 在改性塑料中的应用 王静江 （中国石油辽阳石油化纤技术中心，辽宁辽阳１１１ ０【）３） 摘要：分析了不同螺杆组合方式及喂料工艺对增韧ＡＢｓ挤出工艺和材料力学性能的影响，并设计了一种适合于增 韧ＡＢｓ加工的螺杆组合方式。结果表明，通过适当的螺杆组合和喂料工艺可改善增韧ＡＢＳ的挤出工艺，提高材料的 力学性能。 关键词：同向双螺杆挤出机；增韧ＡＢｓ；喂料工艺；挤出工艺；力学性能；螺杆组合 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏ－ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｔ而ｎ－ｓｃｒｅｗ Ａｓｓｅｍｂｌｅ ａｌｌｄ Ｆｅｅｍｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ Ｍ［ｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ＷＡＮＧ Ｊｉｌｌｇ—ｊｉ肌ｇ Ｐｅｔ础删ｃａｌ （７酬‰１０９ｙ Ｃ锄ｔｅｒ ０ｆ ｕａｏｙａＩｌｇ Ｆｉｂｅｒ Ｃ０．ｏｆ ｃＮＰＣ，“ａｏｙａｎｇ １１１００３，Ｃｋｍ） Ａｂｓ咖ｔ：Ｔｈｅ ｅⅡ．ｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉ氐．ｅｒｅｎｔ ｓｃｒｅｗ ａｓｓｅＩｌｌｂｌｅ ａｎｄ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｍｅ ｅｘｍｌｄｉｎｇ ｐｆＤｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｅｃｈ肌ｉｃａｌ ｐｍｐｅｎｉｅｓ ｏｆ ｔｏｕ曲ｅｎｅｄ ＡＢＳ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ａ ｓｕｉ嘲）ｌｅ ｔ）１ｐｅ ｏｆ ｓｃｒｅｗ ａｓＳｅ证ｂｌｅ ｆ西ｂＤｕ曲ｅｎｅｄ ＡＢＳ ｗａｓ ｄｅｓｉ印ｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｐｍｐｅｒ ｓｃｒｅｗ ａｓｓ伽【ｌｂｌｅ ａｎｄ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐＩＵＶｅ ｔｈｅ ｅｘｔｍｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｕｐｇｒａｄｅ出ｅ ｍｅｃｈａｌｌｉｃａｌ ｐｍｐｅｒｔｉｅｓ ０ｆ ｔ｝ｌｅ ｔｏｕ出ｅｎｅｄ ＡＢＳ． Ｋｅｙｗ叫ｄｓ：Ｃｏ—ＩＤｔａｔｉＩｌｇ Ｔ衍ｎ—ｓｃｒｅ、ｖ Ｅｘｔｍｄｅｒ；Ｔｏｕ曲ｅｎｅｄ ＡＢＳ；Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｅ）【ｔｎｌｄｉＩｌｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｍｅ— ｃｈａＩｌｉｃａｌ Ｐｒｕｐｅｒｔｉｅｓ；Ｓｃｒｅｗ Ａｓｓｅｎ由ｌｅ 啮合同向双螺杆挤出机是双螺杆挤出机中应用范 围广的一类，它广泛应用于聚合物的改性一增韧、 增强、填充和反应挤出。与单螺杆挤出机相比，啮合 同向双螺杆挤出机具有混合塑化效果好、加料容易、 物料在螺杆中停留时间短、排气性能好等优点。但由 于加料方式、加料量、螺杆构型等螺杆操作参数多， 因此，除了优化产品、调整工艺条件（螺杆转 数、螺杆各加热区温度）外，还需要对螺杆组合及喂 料工艺进行优化设计，这样才能生产出力学性能优良 的改性塑料产品。 ＡＢＳ树脂是目前产量、应用广泛的工程塑 料之一。它将Ｐｓ、ＡＳ、ＰＡＮ的各种性能有机地统一 起来，不仅具有硬度、刚性、韧性相均衡的力学性 能，而且具有较好的耐化学药品性、尺寸稳定性、表 面光泽性、耐低温性、着色性能和加工流动性等。作 为新兴工程塑料之一，ＡＢＳ树脂发展极其迅速，产品 广泛应用于机电、家电、交通等工业中，用于制造齿 轮、泵叶轮、轴承、仪表外壳、电子设零件、家电 外壳、汽车轮罩等【１］。但ＡＢＳ树脂的分子结构决定 了其在高温或高剪切条件下易降解，在加工过程中， 如果螺杆组合、长径比、工艺控制不合理，就会造成 物料降解，严重影响增韧ＡＢＳ材料的力学性能，尤 其是冲击强度。为确保产品性能，作者对筋８双螺 杆挤出机的螺杆组合、喂料方式进行了研究，解决了 增韧ＡＢｓ材料力学性能差的问题，并分析了调整螺 杆组合及分段喂料对增韧ＡＢＳ材料力学性能的影响。 １实验部分 １．１主要设和仪器 双螺杆挤出机：Ｓ耶８一Ⅱ型，南京航空航天大学 信立塑料机械；失重计量加料器：１耵’１００型，无锡 华辰机电工业有限；熔融指数仪：ＳＲＩ．４００Ｃ型， 长春智能仪器设有限；材料试验机： ｃＭＴ５２０４型，深圳新三思计量技术有限；冲击试 验机：ｘＪｖ一５．５型，承德金建检测仪器有限；注 作者简介：王静江，男，１９６８年生，硕士，高级工程师，负责改性塑料的研制开发等工作，发表论文多篇。 ０４１９—５１５１７６５ 万方数据 斓圈囫厨 第３５卷增刊 王静江：同向双螺杆挤出机螺杆组合及喂料工艺在改性塑料中的应用 塑机：Ｃ阢一１２０Ｄ，纪威工业有限。 １．２原材料 －３３９· ＡＢＳ：牌号０２１５Ａ，吉林化学工业；相容剂： 牌号ＫＴＪ．２Ｂ，沈阳科通塑胶科技有限；增韧剂： 牌号ＫＴＲ一２Ｂ，沈阳科通塑胶科技有限；其它助 剂为市售。 正向螺纹元件 反向螺纹元件 图１正反向螺纹元件示意图 １．３性能测试 悬臂梁冲击强度：按ＧＢ／Ｉ．１８４３一１９９６测试；熔 体流动速率：按ＧＢ／Ｔ ３６８２—１９８３测试；拉伸性能： 按ＧＢ／，Ｉ’１０４０—１９９２测试；弯曲性能：按ＧＢ／Ｔ ９３４１—２０００测试。 黯零：口８ １．４改性材料的制 改性材料制的工艺流程如下： 双头中性捏合块 双头正向捏合块 Ｉ堕型遏金Ｉ一｜婴塑壁童塾Ｉ—Ｉ壅望壁垒卜ｌ坌型塑丝Ｉ 工艺条件：挤出温度２００。２３０℃；螺杆转速２００ ～３００ ｒ／Ｉｌｌｉｎ，注塑温度２００～２３０℃。 １．５螺杆组合方式和喂料工艺 为实现实验结果的可比较性，表ｌ列出了合理的 工艺条件。在此条件下，来改变螺杆组合方式和喂料 工艺进行挤出造粒，然后注塑成标准试样进行力学性 双头反向捏合块 双头正向捏合块（立体图） 能检测。 图２剪切元件（捏合块）示意图 目前啮合同向双螺杆挤出机多采用积木式结构， 可以针对不同聚合物、不同、不同添加组分自由 剪切元件如图２所示。剪切元件主要是指啮合同 向双螺杆挤出机中常用的捏合块元件，主要作用是提 表ｌ增韧ＡＢｓ的工艺条件 供高的剪切，因而 能提供良好的分散 混合和分布混合。 根据其错列角的不 组合。同时可根据物料及添加组分的特性，输送、熔 融和混合特征以及改性聚合物需达到的力学性能要 求，在挤出机主加料口和塑化段之后的下游加料口分 开加料，这样可以降低比能输入，实现低温挤出，减 少热量集中，尽可能避免物料降解。本实验采用的螺 杆组合元件为二头输送元件和捏合元件。 输送元件如图１所示。目前啮合同向双螺杆挤出 机螺纹元件常用的是依据相对运动原理制成的螺槽 形状的输送元件，输送元件包括正向螺纹元件和反向 螺纹元件。这种螺纹元件属于自扫型，纵向开放，横 向封闭，具有较强的输送作用，物料停留时间短、白 涪陛好，可在短的轴向距离中建立高压。为促进熔 融，建立压力，增强混合效果，增加物料停留时间和 剪切能的输入，还要在排气区上游设置反向螺纹元 件。 同可分为正向捏合 块，中性捏合块和反向捏合块。错列安装的捏合盘形 成的螺旋角与正向螺纹元件螺旋方向一致叫正向捏合 块，错列安装的捏合盘形成的螺旋角与反向螺纹元件 的螺旋方向一致叫反向捏合块，错列角为９０。的捏合 块叫中性捏合块【２，３｜。 ２结果与讨论 ２．１不同螺杆组合、不同喂料工艺对增韧ＡＢＳ力学 性能的影响 表２是不同螺杆组合对增韧ＡＢｓ力学性能的影 响，表３是几种不同螺杆组合方式，螺杆总长及挤出 工艺情况。 从表２看出不同螺杆组合对增韧ＡＢＳ力学性能 影响非常明显，拉伸强度、弯曲强度、冲击强度大幅 增加，特别是冲击强度增加尤为突出。在增韧ＡＢｓ 和工艺条件完全相同的条件下，４＃螺杆组合挤 万方数据 ·３４０· 塑料工业 ２０ｃｒ７年 出增韧ＡＢＳ综合性能，３ ４螺杆组合次之，２。螺 杆组合比３４螺杆组合略低，ｌ。螺杆组合加工性能 差，无法检测。 表２不同螺杆组合、不同加料工艺对增韧ＡＢｓ力学性能的影响 对几种不同螺杆组合对增韧ＡＢＳ力学性能影响 进行分析可以看出，ｌ一３８组合造成材料力学性能下 降的主要原因是ｌ。３。组合追求材料的分散混合及分 布混合效果，增加了捏合块，忽略了螺杆长径比大、 剪切强度高对增韧ＡＢｓ材料性能的影响。因为ＡＢＳ 的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和 剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。所以作 者对４４螺杆组合进行了大幅度的调整，在塑化段减 少一块４５。捏合块，双螺杆喂料机混合段用两块薄型捏合块元件替 代厚型捏合块元件，并减少了捏合块元件数量，组成 合适的螺杆组合，使增韧ＡＢｓ材料力学性能大幅度 提高。 表３几种不同螺杆组合形式、长度及效果，’ 注：１）２—４５。／５／４５，捏合元件数量２个，捏合盘呈４５。错列角排列，捏合盘５片，长度４５－姗；２—８８／８８，输送螺纹元件数 量２个，输送螺纹元件长度８８舢；３６／３６左，３６啪左旋螺纹元件；３６／３６Ｔ，起始旋螺纹元件；８８／４４为８８／８８输送螺纹元件长 度的ｌ／２。 ２．２不同加料工艺对增韧ＡＢＳ力学性能的影响 由于ＡＢｓ对螺杆的剪切应力及剪切速率极为敏 感，双螺杆喂料机虽然在螺杆组合上进行了优化，减少了捏合盘元 件，但由于螺杆机本身长径比大，物料在螺杆中停留 时间过长，经历多次的压缩、回流、拉伸、剪切造成 材料力学性能下降。所以作者在下游玻纤加料口处设 ～失重计量加料器定量加入５０％物料，这部分物料 所经历的剪切和在螺杆中停留的时间减少了三分之 一，减少了剪切及在螺杆中停留时间过长造成材料力 学性能恶化的几率，使增韧ＡＢＳ材料的力学性能提高 显著［３，４｜。作者用４＃螺杆组合并采用分开加料方式生 产的填充改性ＡＢＳ、玻纤增强改性ＡＢｓ，阻燃改性ＡＢｓ 等产品的力学性能均有较大提高，满足了用户需要。 （下转第３５０页） 万方数据 ·３５０· 翅料工业 ２０【”年 切速率对表观黏度的影响基本相同，所以在加工过程 致。 中，在相同温度下，高剪切速率或高剪切应力时，８ 个产品都可以互相替换。 ４ ０００ ３ ０００ 受２ ｏｏＯ 图３ ８种ＡＢＳ树脂的表观黏度与剪切速率之间的关系 ３结论 在相同加工温度下，ｌ、７、８号产品的流动性 好；而２、３、４、５号产品的流动性差，６号产品 居中。８种ＡＢＳ树脂的非牛顿指数ｎ均小于１，为假 塑性流体。８种树脂的表观黏度随着剪切速率、剪切 应力的增大而降低，在相同的低剪切速率或剪切应力 下，４、６号产品的表观黏度，２、３、５、７号产 品次之，ｌ、８号产品的表观黏度小；在相同的高 剪切速率、剪切应力下，８种产品的表观黏度趋向一 １ ０００ Ｏ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０ ｒ／ｋＰａ 图４ ８种ＡＢｓ树脂的剪切应力对表观黏度的影响 参考文献 ｌ金日光．高聚物流变学及其在加工中的应用．北京：化学 工业出版社。１９８６．４４ ２王贵恒．高分子材料成型加工原理．北京：化学工业出版 社。１９９８．１３ ３邵敏芳，稽根定．高分子物理实验．南京：南京大学出版 社，１９９８．１７０ ４ Ｄ０ｎａｌｄ Ｇ Ｂ，Ｄｉｎｊｄｓ Ｉ．ｃｏＪｌｉ鹊Ｐｏｌｙｒｒｌｅｒ ＰｒｏｃＩｅｓｓｉＩＩｇ．ｗａｓ｝ｉｎｇｃｏｎ： Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ－ＨｅｉｃｅＩＩｌ锄。 １９９５ ５朱明年，陈金全，李新法等．郑州大学学报，２０００，３２ （２）：９１ ６金俊弘，关桂荷，潘婉莲．合成技术及应用，１９９８，１３ （３）：１９ （上接第３４０页） ３结论 １）通过实验，探索到了适合增韧ＡＢＳ加工的螺 杆组合，此螺杆组合对ＡＢＳ树脂剪切力适中，塑化 效果好，增韧剂分布均匀，使增韧ＡＢｓ的力学性能 有所提高。 ２）使用优化组合的螺杆配合下游失重计量加料， 增韧ＡＢＳ材料的力学性能提高更为显著。 ３）啮合同向双螺杆挤出机的螺杆组合对增韧 ＡＢＳ及各种改性工程塑料的力学性能影响较大，采用 合理的螺杆组合是获得力学性能优良的改性工程塑料 的必要条件。 ４）采用分步加料，可获得较高的挤出速率，减 少物料在螺杆中停留时间，降低剪切速率，实现低温 挤出，是提高改性工程塑料力学性能的有效途径之 一。 参考文献 １王文广，田雁晨，吕通建．塑料材料的选用．北京：化学 工业出版社。２００１．５３ ２耿孝正．双螺杆挤出机及其应用．北京：中国轻工业出版 社，２００３ ３耿孝正，张沛．塑料混合及设．北京：中国轻工业出版 社，１９９２ ４，耿孝正，马秀清．中国塑料，２００１，１５（６）：７３ ５初文广，周昆颖，耿孝正．中国塑料，２００１，１５（５）：８１ （上接第３４４页） ２１陈成坤，刘春丽，张刚等．武汉理工大学学报（Ｒｅｏｅｉｖｅｄ）． ２２陈成坤，刘春丽，张刚等．高分子材料科学与工程（Ｒｅ． ｃｅｉｖｅｄ）． ２３陈成坤，刘春丽，张刚等．吉林大学学报（Ｒｅ傥ｉｖｅｄ）． ２４杨杰，陈成坤，龙盛如等．ｃＮ，１００２１８６４．７．２００６ ２５黄恒梅，王孝军，于斌等．高分子材料科学与工程，２００ｒ７， ２３（１）：２５０ ２６张刚，黄恒梅，王孝军等．高分子材料科学与工程（Ｒｅ． ｃｅｉｖｅｄ）． 万方数据 同向双螺杆挤出机螺杆组合及喂料工艺在改性塑料中的应用 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 王静江， WANG Jing-jiang 中国石油辽阳石油化纤技术中心,辽宁,辽阳,111003 塑料工业 CHINA PLASTICS INDUSTRY 2007，35(z1) 0次 参考文献(5条) 1.王文广.田雁晨.吕通建 塑料材料的选用 2001 2.耿孝正 双螺杆挤出机及其应用 2003 3.耿孝正.张沛 塑料混合及设 1992 4..耿孝正.马秀清 查看详情[期刊论文]-中国塑料 2001(06) 5.初文广.周昆颖.耿孝正 查看详情 2001(05) 相似文献(2条) 1.期刊论文 王静江Jingjiang 双螺杆挤出机螺杆组合及喂料工艺对增韧ABS力学性能的影响 -橡塑技术与装 2007,33(10) 介绍双螺杆挤出机各种规格的螺杆元件及三种螺杆组合方式,分析了不同螺杆组合方式及喂料工艺对增韧ABS挤出工艺和材料力学性能的影响,并设计 了一种适合于增韧ABS加工的螺杆组合方式.结果表明:通过适当的螺杆组合和喂料工艺可改善增韧ABS的挤出工艺,提高材料的力学性能. 2.会议论文 王静江 同向双螺杆挤出机螺杆组合及喂料工艺在改性塑料中的应用 2007 分析了不同螺杆组合方式及喂料工艺对增韧ABS挤出工艺和材料力学性能的影响,并设计了一种适合于增韧ABS加工的螺杆组合方式.结果表明,通过适 当的螺杆组合和喂料工艺可改善增韧ABS的挤出工艺,提高材料的力学性能. 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