先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)-課件

1.先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)介紹

（AdvancedStructureExtruder，簡(jiǎn)稱(chēng)ASE）先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE：AdvancedStructureExtruder），利用了軸流式渦輪結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行物料輸送、熔融換能、熔體混合的一類(lèi)擠出機(jī)。先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)是軸流式渦輪結(jié)構(gòu)在高分子材料擠出成型裝備領(lǐng)域的首次應(yīng)用，相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)已經(jīng)申報(bào)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN201510019482.X。先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)軸流式渦輪結(jié)構(gòu)軸流式渦輪結(jié)構(gòu)由多個(gè)動(dòng)葉輪和靜葉輪組成，動(dòng)葉、靜葉的傾斜角方向相反。一個(gè)動(dòng)葉輪和一個(gè)靜葉輪構(gòu)成一級(jí)渦輪結(jié)構(gòu)，多個(gè)動(dòng)葉輪和多個(gè)靜葉輪交替排列構(gòu)成多級(jí)渦輪。ASE的動(dòng)葉、動(dòng)葉輪、軸一起構(gòu)成了ASE的螺桿。一般動(dòng)葉動(dòng)葉輪為一體結(jié)構(gòu)；動(dòng)葉（輪）和軸可以是整體式，也可以是組合式。靜葉、靜葉輪和料筒一起構(gòu)成了ASE的料筒，一般是整體結(jié)構(gòu)。因?yàn)檠b配需要，ASE的料筒采用剖分料筒結(jié)構(gòu)。先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）項(xiàng)目的成果，是秉承性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、節(jié)能降耗、維護(hù)簡(jiǎn)單的原則研發(fā)的一款新型擠出機(jī)。先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)利用了渦輪結(jié)構(gòu)普遍具有流量大、計(jì)量輸出；軸功率大、能量轉(zhuǎn)換效率高；混合效率高、效果好；受力平衡、驅(qū)動(dòng)方便；高速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)。先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)結(jié)合了單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、雙螺桿擠出機(jī)性能優(yōu)良的特點(diǎn)。ASE與雙螺桿的拓?fù)渥冃蜛SE可以看作是同向雙螺桿的一種變異結(jié)構(gòu)：雙螺桿其中的螺桿B拓?fù)渥冃?，反向包覆螺桿A，形成料筒反向螺紋結(jié)構(gòu)——>反螺紋開(kāi)槽料筒擠出機(jī)（螺桿螺紋-料筒螺紋的嚙合程度為0，非嚙合）。開(kāi)槽料筒擠出機(jī)的螺桿螺棱、料筒螺棱交替延伸至對(duì)方螺槽——形成渦輪結(jié)構(gòu)的原始形態(tài)——葉片形狀、參數(shù)優(yōu)化——ASEASE將同向雙螺桿的一條螺桿變?yōu)榱贤猜菁y；雙螺桿變?yōu)閯?dòng)靜螺桿；雙軸結(jié)構(gòu)變?yōu)閱屋S結(jié)構(gòu)；側(cè)向嚙合變?yōu)槎嗣鎳Ш稀！郃SE既有單螺桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力均衡的優(yōu)點(diǎn)，又有雙螺桿性能優(yōu)良的特性，是一種優(yōu)秀的擠出機(jī)型。ASE與其他擠出機(jī)ASE具有單螺桿的單軸結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)，比雙螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力加載方便、高速性能好、操作-維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；ASE比常規(guī)單螺桿擠出機(jī)產(chǎn)量、塑化、混合、高速、節(jié)能性能更好；ASE具有同向雙螺桿擠出機(jī)塑化好、混合好、產(chǎn)量無(wú)限制優(yōu)點(diǎn)，可以用于造粒；ASE具有異向雙螺桿擠出機(jī)機(jī)頭壓力高、擠出穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)，可以用于制品擠出生產(chǎn)。ASE是常規(guī)擠出機(jī)的一種進(jìn)步機(jī)型。提問(wèn)：先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)是一種單螺桿擠出機(jī)，還是多螺桿擠出機(jī)？什么是軸流式渦輪結(jié)構(gòu)？在其他行業(yè)有哪些應(yīng)用？2.先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）之

物料輸送軸流式渦輪結(jié)構(gòu)是指流體由軸向進(jìn)入葉輪又沿軸向輸出的渦輪結(jié)構(gòu)；先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）是運(yùn)用了軸流式渦輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行物料輸送的一類(lèi)擠出機(jī)；ASE輸送量由固體輸送量決定：

式中： Q：輸送量； n：轉(zhuǎn)速；A：斷面流道面積； S：螺旋導(dǎo)程

η：輸送效率

邊界效應(yīng)料流和葉片表面的接觸，對(duì)邊緣物料的流動(dòng)產(chǎn)生了阻礙作用，即邊界效應(yīng)；葉片尺度越小，葉片數(shù)量越多，邊界效應(yīng)越明顯；高摩擦系數(shù)物料、高粘度物料邊界效應(yīng)明顯；由于邊界效應(yīng)的影響，中小型的先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)需要改進(jìn)其物料輸送系統(tǒng)，提高物料輸送效率。先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)ASE因此變化出了幾種不同的機(jī)型結(jié)構(gòu)。全渦輪結(jié)構(gòu)型ASE整個(gè)螺桿完全采用渦輪結(jié)構(gòu)，適合于大型的先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)；此時(shí)，物料輸送的邊界效應(yīng)小，渦輪的輸送效率高；優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易；但是渦輪葉片參數(shù)需要匹配加工物料及運(yùn)行參數(shù)。運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)可能引起物料輸送困難。外涵道型ASE加料段流道由料筒反向螺槽結(jié)構(gòu)和渦輪結(jié)構(gòu)結(jié)合構(gòu)成的一類(lèi)型ASE。從加料段到均化段，料筒螺槽比例逐漸減少，渦輪比例逐漸增加，直到完全的渦輪結(jié)構(gòu)。外涵道型適合大中型先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)。料筒反向螺槽相當(dāng)于渦輪的外涵道，外涵道的輸送遵循摩擦輸送原理。外涵道加大了加料段物料輸送量，相應(yīng)降低了對(duì)于渦輪輸送的依賴(lài)。外涵道型ASE加料段渦輪葉片比較短，增強(qiáng)了加料段螺桿及葉片強(qiáng)度。半渦輪型ASE加料段流道由螺桿螺槽、料筒反向螺槽構(gòu)成，過(guò)渡到螺槽結(jié)構(gòu)減少、渦輪結(jié)構(gòu)增加的半渦輪結(jié)構(gòu)，最后到完全渦輪結(jié)構(gòu)的一類(lèi)型ASE。半渦輪型適合中小型先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)。螺槽輸送遵循摩擦輸送原理，加料段相當(dāng)于開(kāi)槽料筒擠出機(jī)。料筒反向螺槽加大了擠出機(jī)輸送量，相應(yīng)降低了螺桿螺槽輸送的依賴(lài)，螺桿根部直徑增大，增強(qiáng)了螺桿的根部強(qiáng)度。反IKV型ASE加料段流道完全由料筒反向螺槽構(gòu)成，過(guò)渡到料筒螺槽結(jié)構(gòu)減少、渦輪結(jié)構(gòu)增加，最后到完全渦輪結(jié)構(gòu)的一類(lèi)型ASE。反IKV型的加料段流道完全建立在料筒上，螺桿是一條光桿（為了增大摩擦可開(kāi)設(shè)溝槽），和IKV擠出機(jī)加料段的螺桿-料筒結(jié)構(gòu)完全相反。反IKV型適合小微型先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)。反IKV型的螺桿強(qiáng)度達(dá)到最大，解決了小微機(jī)型螺桿強(qiáng)度不夠的問(wèn)題。渦輪輸送在小尺寸時(shí)，邊界效應(yīng)加劇，輸送效率降低；摩擦輸送在小尺寸時(shí)效率高，但是在大尺寸時(shí)，輸送效率低；先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)就是根據(jù)不同螺桿尺寸、物料粒度優(yōu)化螺桿結(jié)構(gòu)，得到四種機(jī)型，加料段在不同情況下都可以保持較高的物料輸送效率。加料段輸送方式渦輪輸送渦輪+螺槽螺槽輸送全渦輪型ASE外涵道型ASE半渦輪型ASE反IKV型ASE提問(wèn)：先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)幾種機(jī)型是哪些？先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)不同機(jī)型選擇依據(jù)是什么？軸流式渦輪輸送結(jié)構(gòu)在其他行業(yè)有哪些應(yīng)用？輸送量怎么樣？3.先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）之

物料熔融ASE的熔融能量來(lái)源ASE的熔融能量來(lái)源，和一般擠出機(jī)一樣，遵循能量守恒定律1）料筒的外加熱；2）螺桿的機(jī)械能耗散發(fā)熱。外加熱的缺點(diǎn)：能量傳遞有限，且不利于大型擠出機(jī)：溫差不能太大，否則容易燒焦，且溫度不均衡嚴(yán)重；（只能低溫差）大尺寸螺桿，受熱比表面積小，且溫度不均衡嚴(yán)重。（只能小尺寸）ASE機(jī)械能耗散發(fā)熱機(jī)械能主要消耗在物料在動(dòng)靜葉片間的摩擦（固體）、和動(dòng)靜葉片間的粘性耗散（熔體）；機(jī)械能做功：

ASE機(jī)械能耗散發(fā)熱特點(diǎn)機(jī)械能主要消耗在物料在動(dòng)靜葉片間的摩擦（固體）、和動(dòng)靜葉片間的粘性耗散（熔體）；固體物料摩擦熱隨摩擦系數(shù)增加而增加，隨軸向壓力增加而增加；熔體物料摩擦熱隨熔體粘度增加而增加；物料隨通過(guò)渦輪級(jí)數(shù)增加逐級(jí)升溫；忽視物料之間的差異、設(shè)備制造誤差，物料可以均勻的獲得摩擦熱；高速、大扭矩（螺桿強(qiáng)度足夠）——很大的機(jī)械能耗散發(fā)熱，足夠熔融加料段輸送的物料。ASE熔融方式的優(yōu)點(diǎn)ASE高速運(yùn)行模式下，可以提供大功率的熔融能量；ASE的均衡分布的摩擦熱，能夠在大功率條件下的高質(zhì)量、高效率熔融，是大型擠出機(jī)熔融方案的一個(gè)優(yōu)秀選擇；ASE的均衡分布的摩擦熱，有利于熱敏性樹(shù)脂的加工；ASE的逐級(jí)升溫特點(diǎn)，使物料高溫時(shí)間縮短，及熱敏性樹(shù)脂的加工。不同參數(shù)渦輪元件的組合，可以拓展ASE的原料、運(yùn)行包線。ASE熔融能量中機(jī)械能比例高，有利于降低能耗。ASE的高效率混合，也有利于溫度的均衡，消除過(guò)熱點(diǎn)。提問(wèn)：先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）螺桿大功率做功時(shí)，是如何避免物料的熔融過(guò)熱的？先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）可以加工PVC之類(lèi)的熱敏性樹(shù)脂嗎？使用常用螺桿材料38CrMoAl制造的D=65的半渦輪型ASE螺桿，d=55、400rpm/600rpm時(shí)，機(jī)械能最多能夠熔融多少單耗0.35KwH/Kg的樹(shù)脂（取安全系數(shù)2.5）?4.先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）之

熔體混合ASE的熔體混合ASE的熔體混合類(lèi)似于化工過(guò)程常見(jiàn)的管道攪拌器，秒級(jí)的混合時(shí)間和擠出機(jī)物料停留時(shí)間可以很好的匹配；ASE相對(duì)較低的驅(qū)動(dòng)功率（僅指熔體混合驅(qū)動(dòng)功率），使熔體的溫升作用有限，有利于高質(zhì)量的擠出。ASE的拉伸流動(dòng)與剪切流動(dòng)ASE的動(dòng)態(tài)拉伸：與常見(jiàn)的流道面積變化產(chǎn)生的拉伸流動(dòng)不同，ASE熔體的拉伸流動(dòng)是由葉片流道內(nèi)流動(dòng)速度v1和渦輪葉片旋轉(zhuǎn)速度v2的不同帶來(lái)的；拉伸比v2/v1在10至100之間，依熔體情況及渦輪參數(shù)而定；ASE的拉伸流動(dòng)，是熔體混合的主要因素。ASE的剪切流動(dòng)：主要來(lái)自于動(dòng)葉片與靜葉片之間的速差，是熔體混合的次要因素。ASE的不穩(wěn)定流動(dòng)多普勒效應(yīng)：動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)使得動(dòng)靜葉片間流道大小周期性變化，帶來(lái)熔體局部壓力、流速的周期性變化，產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)；卡門(mén)渦街效應(yīng)：熔體繞過(guò)動(dòng)靜葉片時(shí)，兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，經(jīng)過(guò)非線性作用后，形成卡門(mén)渦街。ASE混合的優(yōu)點(diǎn)多種混合形式及不穩(wěn)定混合流場(chǎng)，使得ASE具有高效率混合的特點(diǎn)。對(duì)于大中型擠出機(jī)、高產(chǎn)量擠出機(jī)、高混合需求材料的擠出裝備，ASE是其混合方案的一種優(yōu)秀選擇；高效率的傳質(zhì)，帶來(lái)高效率的傳熱，減少了過(guò)熱點(diǎn)，有利于熱敏性樹(shù)脂的加工；熔體混合驅(qū)動(dòng)功率小，熔體溫升低，有利于低溫?cái)D出；ASE使用渦輪端面混合，混合面積隨渦輪級(jí)數(shù)成正比。采用更密集的渦輪葉片排列，比雙螺桿加大長(zhǎng)徑比，更加容易獲得超大的混合面積。提問(wèn)：先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）高效混合的原因是什么？先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）的拉伸流動(dòng)有什么特點(diǎn)？先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）混合對(duì)于小型擠出機(jī)是否有效？5.先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）之

應(yīng)用展望ASE先進(jìn)結(jié)構(gòu)擠出機(jī)（ASE）理論上的物料輸送能力、熔融功率、混合效率、結(jié)構(gòu)、能耗等方面都有不俗的表現(xiàn)，和傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)比較也是不落下風(fēng)，各種應(yīng)用場(chǎng)景都能夠適應(yīng)。下面就ASE理論上的一些應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行推算，應(yīng)用情況還看試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。1.石化級(jí)大型擠出造粒機(jī)高產(chǎn)量要求；大功率且及均衡分配的熔融功率，滿(mǎn)足熔融和不過(guò)熱的要求；大混合空間條件下高混合效率，滿(mǎn)足微小組份的分散要求；可靠性高，可連續(xù)生產(chǎn)，無(wú)臨時(shí)停機(jī)。是擠出機(jī)皇冠上的明珠。ASE可以滿(mǎn)足上述要求，和雙螺桿造粒機(jī)比較，單軸結(jié)構(gòu)，無(wú)側(cè)向受力，動(dòng)力加載方便，可靠性、維護(hù)性會(huì)更好。2.高分子改性材料、功能材料制造高混合效率，組份分布均勻；粒子直徑足夠小，形成一定的機(jī)械互容。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和同向雙螺桿造粒機(jī)比較：?jiǎn)屋S結(jié)構(gòu)；容易高速、容易高產(chǎn)量；動(dòng)力加載方便；可靠性、維護(hù)性更好。3.納米改性材料、石墨烯改性材料、色母制造高分散性混合效率，徹底的分散粒子團(tuán)聚；高分布性混合效率，粒子分布均勻。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和同向雙螺桿造粒機(jī)比較：優(yōu)勢(shì)同上；和連續(xù)密煉機(jī)、BUSS機(jī)比較，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，產(chǎn)量高。4.PVC高速擠出PVC高速塑化，無(wú)過(guò)熱不分解。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和異向雙螺桿擠出機(jī)比較：無(wú)分離力，容易高速，無(wú)產(chǎn)量限制能夠成型大型制品，可靠性、維護(hù)性更好。5.PVC壓延預(yù)塑化PVC高產(chǎn)量、徹底塑化，無(wú)過(guò)熱不分解。。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和開(kāi)煉-行星螺桿擠出機(jī)（或者密煉-開(kāi)煉-擠出）比較：工藝流程簡(jiǎn)化，設(shè)備簡(jiǎn)化、投資少、占地小，可靠性、維護(hù)性更好。6.長(zhǎng)纖維增強(qiáng)材料制造高效率分布混合，耐磨或者擠出性能對(duì)磨損不敏感。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和同向雙螺桿擠出機(jī)比較：ASE磨損主要在端面，對(duì)性能影響?。焕w維長(zhǎng)度小于葉片及流道尺寸，對(duì)流動(dòng)性影響小。汽車(chē)輕量化的關(guān)鍵技術(shù)7.高填料材料制造、金屬粉末混煉、陶瓷混煉高效率分布混合，輸送能力強(qiáng)，擠出性能對(duì)磨損不敏感。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和同向雙螺桿擠出機(jī)比較：ASE磨損主要在端面，對(duì)性能影響小。8.微發(fā)泡擠出發(fā)泡劑組份高效分散混合（化學(xué)發(fā)泡），氣泡高度分散、微粒化（物理發(fā)泡），較高機(jī)頭壓力（超臨界發(fā)泡）。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)比較有優(yōu)勢(shì)。是汽車(chē)輕量化關(guān)鍵技術(shù)。9.大型制品擠出快速塑化、溫度均勻、擠出穩(wěn)定。ASE可以滿(mǎn)足上述要求。和傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)多級(jí)共擠比較，單機(jī)擠出，占地小，工藝簡(jiǎn)單；和同向雙螺桿機(jī)+熔體泵比較，工藝簡(jiǎn)