多一根螺桿為塑料混煉帶來了哪些變化？

螺桿類擠出機(jī)從最開始的柱塞式、單螺桿式到目前占據(jù)大半江山的平行雙螺桿式、椎形雙螺桿式等機(jī)型，這一歷程一走便走了近百年，這一百年，高聚物加工工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了前所未有的繁榮。

近年來，三螺桿擠出機(jī)以其靈活多變的幾何排布方式，多個(gè)嚙合區(qū)形成物料在流向，流速上的多變化，且質(zhì)點(diǎn)在空間位置的分布產(chǎn)生了極其有益的影響，以優(yōu)異的混合特性、小的長徑比、較高的產(chǎn)能比倍受關(guān)注。

三螺桿擠出機(jī)與以往各種類型的螺桿擠出機(jī)相比有什么區(qū)別？具有怎樣的優(yōu)勢？今天小編就給大家做一個(gè)詳細(xì)的講解。

三螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三根螺桿呈一字形排列，同向旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于兩對雙螺桿。

隨著我國對高分子材料的需求逐步增加，傳統(tǒng)的三螺桿擠出機(jī)由于結(jié)構(gòu)的對稱性導(dǎo)致物料的流動(dòng)空間缺少變動(dòng)，已無法滿足聚合物加工業(yè)對于擠出效率等方面的需求。

因此近來還開發(fā)出一些新結(jié)構(gòu)的高效三螺桿擠出機(jī)，例如平行差速三螺桿擠出機(jī)，以用于滿足聚合物加工業(yè)的需求。

三螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

1.塑化充分，分散均勻

三螺桿擠出機(jī)擁有多個(gè)嚙合點(diǎn)，相比雙螺桿的一個(gè)嚙合點(diǎn)，這極大地提高了剪切效率，使得物料更容易被塑化。增加的嚙合點(diǎn)和碾壓范圍有助于更快更均勻地將原料轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)。

這還提升了揉壓作用，確保了物料在擠出過程中的充分混合和分散。對于需要高度均勻性的材料例如高填充母粒的制造，能夠達(dá)到更好的分散均勻性。

三螺桿擠出機(jī)中剪切速率的體積分布

2.加工效率更高

與傳統(tǒng)的單螺桿和雙螺桿擠出機(jī)相比，在軸向壓差相同的情況下，三螺桿擠出機(jī)的體積流量比雙螺桿高，因此三螺桿擠出機(jī)的輸送能力更強(qiáng)，其多螺桿設(shè)計(jì)使物料在經(jīng)過擠出過程時(shí)受力更加均勻，減少了物料的滯留時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

以生產(chǎn)碳黑母粒為例，不經(jīng)高攪，3-Φ60機(jī)可一次性生產(chǎn)出50%濃度的炭黑母粒，產(chǎn)量是180公斤/小時(shí)，而2-Φ60(同型號(hào)的雙螺桿機(jī))不借助高攪密煉或重復(fù)加工僅能生產(chǎn)35%濃度的炭黑母粒，80公斤/小時(shí)，產(chǎn)量通常遠(yuǎn)高于同規(guī)格的雙螺桿擠出機(jī)。因此它能以更高的生產(chǎn)速度產(chǎn)出更高濃度的填充材料，如85-90%濃度的無機(jī)粉體填充母粒。

3.節(jié)能

盡管三螺桿擠出機(jī)可能在設(shè)計(jì)和制造上有更高的初始成本，但其在運(yùn)行過程中表現(xiàn)出更高的能源效率。以3-Φ60機(jī)為例，55kw主電機(jī)，500轉(zhuǎn)/分鐘，生產(chǎn)50%濃度炭黑母粒，180kg/hr，主電機(jī)電流90安培，比功率僅0.2-0.25kw/kg。

4.產(chǎn)品質(zhì)量高

三螺桿擠出機(jī)制備的成品具有更好的物理性能，如更高的韌性，即使在高填充比例下也能保持良好的粒子形態(tài)，不易破碎。這對于需要高強(qiáng)度和良好外觀的最終產(chǎn)品至關(guān)重要，如薄膜制品的均勻性和韌性表現(xiàn)。

例1：雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)50%濃度碳黑母粒，必須經(jīng)過密煉，而三螺桿擠出機(jī)，不用密煉機(jī)，物料可直接進(jìn)入三螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)出50%濃度的碳黑母粒，用牙咬母粒會(huì)癟、有裂痕而不碎，說明生產(chǎn)的母粒韌性好。為什么呢?

因?yàn)槠渌芑浞?，組份分散均勻，用來吹0.005mm的膜，檢測結(jié)果非常均勻。如果借助高攪，三螺桿擠出機(jī)可以生產(chǎn)濃度更高的碳黑母粒，且粒子韌性較好。

例2：用雙螺桿機(jī)生產(chǎn)的85%碳酸鈣填充PE或PP母粒，用手指一掐就碎了，而用三螺桿機(jī)生產(chǎn)的同樣配比的母粒用手指掐不動(dòng)，用離心脫水機(jī)脫水干燥也打不碎。

例3：生產(chǎn)PP阻燃電纜料，經(jīng)密煉后，用長徑比36的2-Φ65雙螺桿擠出機(jī)做出的料，強(qiáng)度為13Mpa，延伸率為185%。而用3-Φ60三螺桿機(jī)，不經(jīng)密煉，做出的料強(qiáng)度為14Mpa，延伸率為237%。另外，用三螺桿機(jī)可加工鋁粉或三氧化二銻的填充量達(dá)70%的母粒，而雙螺桿機(jī)卻不能。

5.優(yōu)秀的排氣性能

該類設(shè)備排氣效果良好，避免了原材料積存、堵塞等問題，有助于提高產(chǎn)品的純凈度和表面質(zhì)量，同時(shí)也能滿足高真空度和高脫揮效果的要求，進(jìn)一步提升產(chǎn)品檔次。

5.具有分子接枝功能，可直接用于生產(chǎn)PP發(fā)泡珠粒

大家都知道PP發(fā)泡必須用高熔體強(qiáng)度聚丙烯（HMS-PP），這需要對普通PP進(jìn)行分子接枝，其價(jià)格要比普通PP貴很多。分子有了枝叉，具有足夠的熔體強(qiáng)度和延展性才能適用于PP發(fā)泡。

經(jīng)過試驗(yàn)，普通的PP(均聚或者共聚PP均可)，用三螺桿機(jī)擠出后都可以直接用于生產(chǎn)很好的EPP珠粒，發(fā)泡倍率達(dá)到70倍。這是因?yàn)槠胀?/span>PP在三螺桿機(jī)內(nèi)流動(dòng)過程中已被分子接枝了，變成了高熔體強(qiáng)度的聚丙烯了。

6.結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省場地

所有配置都在機(jī)架上，沒有外置占地面的東西。

7.機(jī)器安全可靠，易操作

雙螺桿機(jī)一般齒輪箱等質(zhì)保期為一年，三螺桿擠出機(jī)齒輪箱質(zhì)保期三年。

三螺桿與雙螺桿擠出機(jī)

選型建議

單螺桿、雙螺桿及三螺桿擠出機(jī)，本質(zhì)上都依靠螺桿旋轉(zhuǎn)完成物料輸送、熔融、剪切與分散，但多螺桿系統(tǒng)在混合模式、產(chǎn)能及適配工藝上各具特色。

雙螺桿擠出機(jī)（同向旋轉(zhuǎn)）：由兩根相互嚙合的螺桿構(gòu)成，具備出色的剪切和分散性能，能夠精準(zhǔn)把控溫度與剪切程度，尤其適合高精度改性作業(yè)。物料在其中停留時(shí)間分布較窄，在接枝、交聯(lián)等反應(yīng)擠出工藝中表現(xiàn)突出，常用于 PA、PC、PBT等工程塑料的改性。

三螺桿擠出機(jī)：采用中心主螺桿搭配兩側(cè)輔螺桿的結(jié)構(gòu)，形成復(fù)雜的流場，擁有更多混合路徑。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其分散均勻性與雙螺桿擠出機(jī)相比差異不足5%。該設(shè)備最大的亮點(diǎn)在于產(chǎn)能，在同等功率和螺桿直徑條件下，產(chǎn)量可達(dá)雙螺桿擠出機(jī)的1.8-2.2倍，單位能耗降低15 - 25%，非常適合大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)場景。

通過對比，我們不難發(fā)現(xiàn)三螺桿擠出機(jī)的主要優(yōu)勢：流場復(fù)雜，停留時(shí)間長，混煉性能好，這已經(jīng)在很多企業(yè)的實(shí)踐過程中得到證明，將來有可能在納米復(fù)合體系、高黏度物料混合、高填充復(fù)合體系以及對分散混合要求更高的場合會(huì)發(fā)揮很好的作用。

適合選用雙螺桿擠出機(jī)的場景：當(dāng)涉及高精度化學(xué)反應(yīng)，如接枝、交聯(lián)；加工對熱敏感的生物基塑料；或是進(jìn)行研發(fā)工作、小批量多品種生產(chǎn)時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)更為合適。

適合選用三螺桿擠出機(jī)的場景：若生產(chǎn)母料、高填充體系（如CaCO?、TiO?改性），對產(chǎn)能要求較高，希望降低單位產(chǎn)品成本，又或者工廠空間有限，需要精簡設(shè)備數(shù)量，三螺桿擠出機(jī)則是更佳選擇。

雙螺桿擠出機(jī)在工藝控制方面依舊保持優(yōu)勢，而三螺桿擠出機(jī)在大規(guī)模生產(chǎn)中更具性價(jià)比。企業(yè)在選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合材料特性、產(chǎn)能目標(biāo)和成本結(jié)構(gòu)等因素綜合考量，必要時(shí)可通過小試或中試確定最優(yōu)方案。隨著三螺桿技術(shù)不斷進(jìn)步，未來其在高端改性領(lǐng)域的應(yīng)用前景值得期待。

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