同向双螺杆挤出机侧加料装置改进设计

曾天忠

（天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730060）

同向双螺杆挤出机侧加料装置改进设计

曾天忠

（天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃 兰州 730060）

本文阐述了提高同向双螺杆挤出机侧加料装置填料加入量的改进方法，即排出填料中夹带的空气和增加螺杆的自由空间，着重介绍结构设计。

同向双螺杆挤出机；侧加料装置；填料

同向双螺杆挤出机是塑料填充改性混合的重要设备。塑料填充改性是指在塑料成型加工过程中加入无机填料或者有机填料，使塑料制品的原料成本降低或者使塑料制品的性能有明显的改善［1］。常见的塑料填充改性有聚丙烯添加滑石粉、聚氯乙烯添加碳酸钙、聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯聚合物添加铝粉等。它们都需要大量加入填料。填料在填充塑料中的质量分数达到60%以上。这就需要将大量的填料加入到同向双螺杆挤出机。塑料和填料除了由主加料口加入到同向双螺杆挤出机外，还可以在挤出机下游用侧加料装置加入到同向双螺杆挤出机里［1］。生产过程中，生产商希望填料加入量到达最高。为了提高侧加料装置填料的加入量，笔者对侧加料装置进行了改进设计。

1 原因分析

图1是侧加料装置布置图。常见的侧加料装置水平安装于同向双螺杆挤出机一侧，其上游有设置排气口［1～2］。它靠两根同向旋转的螺杆将填料送入同向双螺杆挤出机。塑料从主加料口进入挤出机，沿螺杆向前输送，受热熔融，在捏合元件的作用下混炼。到达侧加料口的塑料是熔融状态。笔者实验观察所得：①当侧加料装置填料加入量达到多大时，挤出机里螺杆A侧加料口处的自由空间已经完全被塑料和填料挤满了； ②螺杆B侧加料口处的自由空间没有完全被挤满。填料中夹带了空气［1～2］。填料和空气一起进入同向双螺杆挤出机。空气占用一定的空间，影响填料的加入量。螺杆A侧加料口处的自由空间小被物料挤满，影响填料的加入量。综上所述，提高侧加料装置填料加入量的方法：①逸出填料中夹带的空气；②增加螺杆A侧加料口处的自由空间，以便填料的加入。

图1 侧加料装置布置图

2 改进设计

2.1 逸出填料中夹带的空气

常规的排气方法就是在侧加料口上游设置排气口［1～2］。生产过程中，这种方法能提高填料加入量，但也有不足的地方：①填料和空气一起进入同向双螺杆挤出机，影响填料的加入；②当排气口小时，空气不能及时排出，影响填料的加入，当排气口大时，空气流动会带走一部分填料，浪费材料，污染空气。笔者对侧加料装置进行了改进设计。图2是改进后的侧加料装置。螺杆采用是变导程螺杆，导程由大变小。侧加料料斗分成两个部分，后半部分用于加料，前半部分用于排气。侧加料螺杆输送过程中将填料压实。气体可以通过料斗排气口排出。填料中夹带的少量空气由同向双螺杆挤出机侧加料口上游的排气口排出。这样，填料加入量就增加了。

图2 改进后的侧加料装置图

图3 非对称螺杆元件布置图

图4 反向输送元件和反向开槽元件图

2.2 增加螺杆A侧加料口处的自由空间

对于同向双螺杆挤出机而言，增加螺杆A侧加料口处的自由空间可以通过设计大导程螺杆元件来实现［1～2］。由于同向双螺杆挤出机的中心距、螺杆元件的外径和根径等尺寸已确定，靠上述方法来提高螺杆的自由空间有限。主螺杆侧加料口处的上游设置一组非对称螺杆元件。图3是非对称螺杆元件布置图。螺杆A设置反向输送元件。螺杆B设置反向开槽元件。图4是反向输送元件和反向开槽元件示意图。塑料从主加料口进入挤出机，沿螺杆向前输送，受热熔融。塑料到达非对称元件时是熔融状态。在非对称元件的作用下，塑料在螺杆里的分布状态会发生改变。螺杆A的反向输送元件反向输送物料。螺杆B的反向开槽元件也反向输送物料，但其槽孔漏料，帮助物料向下游输送，其下游的物料会增加。这样，螺杆A反向输送元件的下游侧加料口处会形成空腔。这个空腔为填料的加入提供了有利条件。侧加料装置填料加入量能提高。

3 实验

笔者分别将改进前和改进后的侧加料装置安装在同一台同向双螺杆挤出机的相同的位置。两次实验同向双螺杆挤出机的工艺参数是相同的。同向双螺杆挤出机共有10个温控段，第5个温控段是侧加口。同向双螺杆挤出机主喂料口加入物料是线形低密度聚乙烯（含量30%）、乙烯-醋酸乙烯聚合物（含量30%）、铝粉（含量40%）。下表是实验中记录的工艺参数。表1是同向双螺杆挤出机的工艺参数。表2是改进前、后侧加料装置的工艺参数。通过对比，侧喂料装置的填料加入量有明显改善。

4 结论

经过上述措施改进后，侧喂料装置的填料加入量有明显改善。改进后的侧喂料装置能避免填料从侧喂料装置上游排气口冒出。

表1 同向双螺杆挤出机的工艺参数

表2 改进前、后侧加料装置的工艺参数

［1］ 耿孝正. 双螺杆挤出机及其应用. 北京：中国轻工业出版社. 2003.1.

［2］ ［美］David B.Todd. 詹茂盛，丁乃秀，王凯，李智译.塑料混合工艺及设备，北京：化学工业出版社. 2002.8.

河北海伟聚丙烯装置开车成功

新近，由中国石化工程建设公司设计，采用中国石化环管技术的河北海伟交通设施集团有限公司30.0万t/年聚丙烯装置开车成功。该装置位于河北景县，采用中国石化环管技术，可生产均聚、无规、抗冲等各类聚丙烯产品。所用丙烯原料来源于丙烷脱氢。

燕丰供稿

Improved design of co-rotating twin-screw extruder side feeding device

Improved design of co-rotating twin-screw extruder side feeding device

Zeng Tianzhong
(Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Co., Ltd., Lanzhou 730060, Gansu, China)

This paper describes the improved method of increasing loadings of co-rotating twin-screw extruder side feeding device, namely discharging entrained air in fi llers and increase free space on the screw, and this article focuses on the structural design.

co-rotating twin-screw extruder; side feeding device; fi ller

TQ320.66

1009-797X（2015）02-0047-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.02.006

曾天忠（1980-），男，工程师，天华化工机械及自动化研究设计院有限公司工作。

2014-09-26