近幾年來，同向旋轉雙螺桿擠出機在國內外得到了突飛猛進的發(fā)展,，其產量,、扭矩和轉速大幅度地提高,，應用也日益廣泛。目前,，我國生產的同向平行雙螺桿擠出機多為中小型機,，螺桿直徑約在φ25～φ100之間，國內所需的大型擠出機全部依賴于進口,。國內大部分廠家生產的雙螺桿擠出機總體性能較低,，應用范圍較窄，在很多行業(yè)的應用領域還尚未開拓,；對雙螺桿擠出機理的研究才剛起步,，在脫揮理論的研究方面還處于空白狀態(tài)；在雙螺桿的設計,、計算以及制造技術方面仍有不少難點需要克服,，這些都制約了我國雙螺桿擠出技術與裝備的發(fā)展。鑒此，我們結合國家“九五”重大技術裝備攻關項目——“高效多功能雙螺桿擠出造粒機組”的研究,，對開發(fā)研制中的技術難點和脫揮理論進行了重點研究,。
本課題以國外第六代雙螺桿擠出機的水平為趕超目標，圍繞雙螺桿擠出機高的生產效率,、強的混煉塑化能力,、良好的操作穩(wěn)定性、低的能耗以及多功能,、多用途等六項主要技術性能指標,，開發(fā)研制成功了國內第一臺φ30高效多功能雙螺桿擠出造粒機組。在高扭矩,、高轉速雙螺桿專用傳動裝置,、高粘度齒輪計量泵、組合式推力軸承裝置的設計與制造以及激光測試技術等方面取得了關鍵性的突破,；完善了雙螺桿擠出機的核心部件——螺紋元件的幾何造型程序,，實現了三維模型的參數化設計，圖形精度和計算速度有顯著的提高,，程序的適用性和可操作性大為增強,。這些都可為大型同向旋轉雙螺桿擠出機的國產化以及多功能雙螺桿擠出機的系列化開發(fā)提供經驗。
在廣泛查閱國內外有關聚合物的脫揮機理以及各種螺桿擠出脫揮理論和實驗研究的文獻基礎上,，對同向旋轉雙螺桿擠出機的脫揮機理進行了深入研究,。通過分析物料在擠出過程中低分子揮發(fā)分氣體形成和排出過程，研究了加入物料物性,、揮發(fā)分含量,、擠出工藝條件、螺紋元件幾何參數和組合形式對氣體揮發(fā)物脫揮效率的影響,，分析了氣泡形成條件和加速氣泡破裂的各種因素,。
借鑒靜止液體中氣泡均勻成核和非均勻成核速率表達式，提出了在一定的溫度和螺桿轉速下同向旋轉雙螺桿擠出機中的氣泡成核速率表達式,，并由實驗得出模型中含有的相關參數,。在此基礎上，結合物料在同向旋轉雙螺桿擠出機中的流動特性,，利用結構微發(fā)泡中氣泡長大模型,，建立了同向旋轉雙螺桿擠出機的起泡控制脫揮和擴散控制脫揮的有限膜物理和數學模型。采用國際上先進的大型商業(yè)有限元軟件ANSYS對非牛頓流體三維流動進行了數值計算,，得到了物料在雙螺桿擠出機內的壓力,、速度和粘度分布以及螺桿特性曲線，求得了物料在雙螺桿擠出機內的有效充滿長度,、用于脫揮的未充滿段長度和脫揮傳質面積,。這些數據的獲得對脫揮效率的計算是必不可少的,。
為了驗證本研究所建立的同向旋轉雙螺桿擠出機脫揮問題的物理、數學模型和理論計算值的正確性,，我們進行了一系列實驗。在此基礎上用回歸分析法求得了起泡脫揮時氣泡群密度計算公式中的若干經驗參數,。通過對實驗數據的整理分析,，得到如下結論：
1、主螺桿轉速,、加料量以及機筒設定溫度是雙螺桿擠出機中脫揮過程的主要影響因素,。這些因素的變化又會影響物料溫度、螺槽充滿度,、停留時間以及有效充滿長度,，從而多方面地影響脫揮。對于特定的工藝,，有一個最佳工作點,，在穩(wěn)定工作的情況下，可以得到最高的脫揮效率,。
2,、提高螺桿轉速，有利于氣泡形成,、長大和破裂,，有利于降低物料在螺槽中的充滿長度、增強物料質量傳遞表面的更新作用,，可以提高脫揮效率,；但過高的轉速，使物料在脫揮段的停留時間急驟減少,，脫揮效率反而下降,。
3、適當降低喂料量可以減少排氣段的充滿率,，使脫揮效率提高,；但過低的喂料量不僅使擠出量減少并產生波動，而且由于充滿率太低,，不足以形成熔池,，使起泡脫揮效率下降，因此喂料量必須適中,。
4,、提高熔體溫度，使擴散系數和Henry常數增大,，熔體粘度下降,，有利于脫揮過程的進行。
5、增加物料在脫揮段的停留時間,、增加脫揮段長度可以提高脫揮效率,，為此在螺桿結構設計中可以考慮增加排氣段長度和采用多階排氣。
綜上所述,，φ30新型高效多功能雙螺桿擠出造粒機組的開發(fā)研究成功,，既可為我國聚合物混合、改性造粒工藝提供最新的裝備,，又可為后續(xù)大型雙螺桿造粒機組的開發(fā)研制在技術和理論兩方面積累經驗,。實驗結果還表明，本研究建立的同向旋轉雙螺桿擠出機起泡控制和擴散控制脫揮模型應用于生產實際是可行的,。它對聚合物生產過程的下游工序如清洗,、凝固、脫揮,、擠壓脫水,、干燥和造粒以及反應擠出等工藝參數選擇、大型多階排氣式雙螺桿擠出機的開發(fā)研究有重要參考價值,。
本課題以國外第六代雙螺桿擠出機的水平為趕超目標，圍繞雙螺桿擠出機高的生產效率,、強的混煉塑化能力,、良好的操作穩(wěn)定性、低的能耗以及多功能,、多用途等六項主要技術性能指標,，開發(fā)研制成功了國內第一臺φ30高效多功能雙螺桿擠出造粒機組。在高扭矩,、高轉速雙螺桿專用傳動裝置,、高粘度齒輪計量泵、組合式推力軸承裝置的設計與制造以及激光測試技術等方面取得了關鍵性的突破,；完善了雙螺桿擠出機的核心部件——螺紋元件的幾何造型程序,，實現了三維模型的參數化設計，圖形精度和計算速度有顯著的提高,，程序的適用性和可操作性大為增強,。這些都可為大型同向旋轉雙螺桿擠出機的國產化以及多功能雙螺桿擠出機的系列化開發(fā)提供經驗。
在廣泛查閱國內外有關聚合物的脫揮機理以及各種螺桿擠出脫揮理論和實驗研究的文獻基礎上,，對同向旋轉雙螺桿擠出機的脫揮機理進行了深入研究,。通過分析物料在擠出過程中低分子揮發(fā)分氣體形成和排出過程，研究了加入物料物性,、揮發(fā)分含量,、擠出工藝條件、螺紋元件幾何參數和組合形式對氣體揮發(fā)物脫揮效率的影響,，分析了氣泡形成條件和加速氣泡破裂的各種因素,。
借鑒靜止液體中氣泡均勻成核和非均勻成核速率表達式，提出了在一定的溫度和螺桿轉速下同向旋轉雙螺桿擠出機中的氣泡成核速率表達式,，并由實驗得出模型中含有的相關參數,。在此基礎上，結合物料在同向旋轉雙螺桿擠出機中的流動特性,，利用結構微發(fā)泡中氣泡長大模型,，建立了同向旋轉雙螺桿擠出機的起泡控制脫揮和擴散控制脫揮的有限膜物理和數學模型。采用國際上先進的大型商業(yè)有限元軟件ANSYS對非牛頓流體三維流動進行了數值計算,，得到了物料在雙螺桿擠出機內的壓力,、速度和粘度分布以及螺桿特性曲線，求得了物料在雙螺桿擠出機內的有效充滿長度,、用于脫揮的未充滿段長度和脫揮傳質面積,。這些數據的獲得對脫揮效率的計算是必不可少的,。
為了驗證本研究所建立的同向旋轉雙螺桿擠出機脫揮問題的物理、數學模型和理論計算值的正確性,，我們進行了一系列實驗。在此基礎上用回歸分析法求得了起泡脫揮時氣泡群密度計算公式中的若干經驗參數,。通過對實驗數據的整理分析,，得到如下結論：
1、主螺桿轉速,、加料量以及機筒設定溫度是雙螺桿擠出機中脫揮過程的主要影響因素,。這些因素的變化又會影響物料溫度、螺槽充滿度,、停留時間以及有效充滿長度,，從而多方面地影響脫揮。對于特定的工藝,，有一個最佳工作點,，在穩(wěn)定工作的情況下，可以得到最高的脫揮效率,。
2,、提高螺桿轉速，有利于氣泡形成,、長大和破裂,，有利于降低物料在螺槽中的充滿長度、增強物料質量傳遞表面的更新作用,，可以提高脫揮效率,；但過高的轉速，使物料在脫揮段的停留時間急驟減少,，脫揮效率反而下降,。
3、適當降低喂料量可以減少排氣段的充滿率,，使脫揮效率提高,；但過低的喂料量不僅使擠出量減少并產生波動，而且由于充滿率太低,，不足以形成熔池,，使起泡脫揮效率下降，因此喂料量必須適中,。
4,、提高熔體溫度，使擴散系數和Henry常數增大,，熔體粘度下降,，有利于脫揮過程的進行。
5、增加物料在脫揮段的停留時間,、增加脫揮段長度可以提高脫揮效率,，為此在螺桿結構設計中可以考慮增加排氣段長度和采用多階排氣。
綜上所述,，φ30新型高效多功能雙螺桿擠出造粒機組的開發(fā)研究成功,，既可為我國聚合物混合、改性造粒工藝提供最新的裝備,，又可為后續(xù)大型雙螺桿造粒機組的開發(fā)研制在技術和理論兩方面積累經驗,。實驗結果還表明，本研究建立的同向旋轉雙螺桿擠出機起泡控制和擴散控制脫揮模型應用于生產實際是可行的,。它對聚合物生產過程的下游工序如清洗,、凝固、脫揮,、擠壓脫水,、干燥和造粒以及反應擠出等工藝參數選擇、大型多階排氣式雙螺桿擠出機的開發(fā)研究有重要參考價值,。
