混合机和屏障型螺杆

文/ Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland

由于某些原因，很多屏障型螺杆与高剪切混合机一起使用，但事实上，分配式混合机是一个更好的选择。

用于单螺杆挤出机的混合装置有许多类型。它们以一种增加熔融能力的主要分散装置或剪切装置，或者是一种再分配装置（其混合基本上是通过多次分割熔体，在整个部件上分配作为层的微量组分而实现）来进行区分。所有的混合机都必须具备这两种功能中的一些能力。

这些混合装置的使用会影响螺杆的整体性能。剪切混合机比较常见的类型是“艾根型混合机”和“勒鲁瓦型混合机”，它们的历史可以追溯到20世纪60年代末。勒鲁瓦型混合机因挤出传奇人物布鲁斯马多克（Bruce Maddock）在联合碳化物公司时在其上面进行的工作而被俗称为“马多克型混合机”或“UCC混合机”。

现在，一种螺带式马多克型混合机（如图1所示）已被开发出来，它兼具两种设计的特点，从应用的广泛性来看，这种混合机位居行业领先地位。

艾根型和马多克型混合机最初被开发出来，是为了提高传统螺杆（非屏障型）的熔融质量。在各种应用中，它们被用于加工许多不同的聚合物，但在加工结晶聚合物（主要是聚烯烃）时其真正价值得到了凸显。由于显著提高了产量和熔融质量，它们一经问世，几乎立即被市场所接受。

图1 较新的马多克型混合机兼具原始马多克型混合机和艾根型混合机的设计特点。涂黑的区域是倒陷或间隙区域，聚合物必须通过该处并承受大量的剪切

1961年，在推出这些混合机之前，Geyer在Uniroyal公司开发了一种用于橡胶加工的屏障型螺杆设计。不久以后，它的熔体/固体分离概念在热塑性聚合物加工中进行了试验，在大约10年内，屏障型螺杆成为当时最先进的技术之一。屏障型螺杆不需要补充混合机，因为可以在屏障段中控制和完成熔融，所以避免了对高剪切混合机的需求。

然而在今天，即在便理论上已经不必为屏障型螺杆配备高剪切混合机，但是在相当多的时候人们还是这样做了，这一现象令人费解。

如果设计得当，一旦物料通过这些螺杆上的屏障段，就应该完全熔融。在大多数情况下，在屏障段后面添加一台分散或剪切混合机会不必要地增加熔体温度，且由于压力降的增大会降低产出，并使挤出和随后的冷却过程产生更大的能量需求。一般，为使温度、颜色或添加剂分布均匀化，同时尽量减少熔体温度的额外增加和产量下降，一台分配式混合机是一个更好的选择。

分配式混合机有很多种类，具体的选择取决于混合物的属性、每个组分的比例和螺杆L/D。一些较常见的分配式混合机如图2所示。

萨克斯顿型混合机通过将熔

图2 分配式混合机通常是屏障型螺杆的理想选择，对于这些常见的设计都各有优缺点

体分割成许多料道实现混合，其中断的螺纹方便了这些料道之间的混合。但基本上，这种设计依赖于和计量段相同的混合原则，并且主要对热均匀化的效果最显著。这类设备的优点是可以被设计成拥有非常低的压力降。

针型混合机可以多次分割熔体，根据针和行的数量，形成指数式分割。这种类型的混合机可以尽可能地减少混合中的层流限制，并通过形成无限数量的层混合不同黏度的材料。其缺点是会产生一个巨大的压力降。

菠萝型混合机像针型混合机一样分割熔体，但在不同的角度把这些分割汇集起来进行混沌混合。它们在加入颜色时是非常有用的。

不管混合机类型如何，分配式似乎能比分散剪切型混合机更好地与屏障型螺杆相匹配，除了在一些情况下，如对于小到足以通过粗糙屏障段粒子的强剪切有特定要求时。