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双螺杆挤出机造粒实验

一、 实验目的：
1、了解同向双螺杆挤出机的结构特点，工作原理；
2、熟悉原材料和辅助材料的性能，了解试样条的配方和配料操作；
3、掌握双螺杆挤出机组的操作和造粒工艺条件，为注射成型实验提供合格粒料。
二、实验原理及工艺流程
造粒是将树脂及各种助剂经计量、混合及塑化制成便于成型的密实的圆柱形、立方形、球形颗粒的操作过程。得到的粒料可作为塑料注射成型、挤出成型等塑料成型的原料。造粒的方法有很多种，挤出造粒是一种最常用的方法。其优点为：产品质量稳定、自动化水平及生产效率高。
挤出造粒工艺一般有热切和冷切两种造粒方法，采用那种造粒方式，由物料的性能决定，聚乙烯、聚丙烯一般采用冷切粒，聚氯乙烯一般采用热切粒方式。冷切法是物料由挤出机塑化后成圆条状挤出，经水冷后再将圆条状的挤出料牵引至切粒机切成圆柱形颗粒。热切法是把旋转的刀片紧贴在机头模板上，直接将刚挤出的圆条状塑料切成粒料。
本实验采用水冷拉条冷切法。实验所用的SHJ-20型同向平行双螺杆挤出机，由南京杰亚装备有限公司制造。双螺杆挤出机的口模为两孔模板，两孔的直径均为3.3mm。
双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机的基础上发展起来的。与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机具有加料容易、混合优异、塑化效果好和低的功率消耗，同向旋转的双螺杆啮合处剪切速度较高，能刮去各种积料，具有较好的自洁作用。因此同向双螺杆挤出机被广泛应用于共混、改性、填充和增强等工艺中。同向双螺杆挤出机配备不同的技术参数和特定的工艺结构，再分别配以相应辅机即可组成各类性能优越的同向双螺杆挤出造粒机组。
实验原理：同向平行双螺杆挤出机的核心部件是一对轴线平行设置、螺杆元件相互啮合，同向旋转的螺杆。同向旋转的双螺杆在啮合处的转速方向相反，当进入螺杆的物料由一根螺杆送至啮合区时，受到挤出和剪切，同时又被另一根螺杆的反向速度托起，物料由一根螺杆转到另一根螺杆使之在两根螺杆与机筒内腔所形成的“∞”字型螺槽内依靠摩擦机理和正位移输送机理实现有效的输送。螺杆的连续转动反复强迫物料转向，有助于物料的均匀混合、塑化。在双螺杆挤出机的加热、混合，剪切、塑化、压实排气作用下，物料塑化成均匀的熔体，并在双螺杆的挤压下，通过机头挤出圆形的条状料，经冷却水槽水冷后，再经切粒机切粒，得到塑料粒料。

SHJ-20双螺杆挤出机组（水冷切粒组合）如图1所示：

图1 SHJ-20双螺杆挤出机组

SHJ-20双螺杆挤出机组的机械部分包括螺杆、机筒等主机工作部分以及传动系统、喂料系统、真空系统、造粒系统。
SHJ-20双螺杆挤出机组电仪控制系统主要由各电机的电气传动、筒体温度控制两大部分组成。具体包括：
（1）主机、喂料机的转速调节；
（2）主机冷却系统、真空系统、造粒系统的控制
（3）筒体、机头的温度监测控制；熔体压力、熔体温度监测及相应自控联锁环节。
工艺流程：双螺杆挤出机组水冷拉条造粒工艺流程如图2所示：

图2 双螺杆挤出机组水冷拉条造粒工艺流程

三、实验原料与主要仪器设备
1、实验材料
聚乙烯（茂名乙烯生产：MI=2.0 g/10min）： 牌号951-000 1 Kg
聚丙烯（茂名乙烯生产：MI=3.0 g/10min）： 牌号T30S 1 Kg
色母粒： 60 g适量
碳酸钙： 适量
注：如果没有以上牌号的聚乙烯或聚丙烯，可用性能基本相同的其它牌号的材料代替。配方中是否加入碳酸钙或是其它助剂可根据实验具体情况来定。
2、主要设备
①　SHJ-20同向平行双螺杆挤出机
②　冷却水槽： 长1.2m
③　切粒机 ： 4Kw交流 变频调速
SHJ-20同向平行双螺杆挤出机主要技术参数如下：
螺杆长径比L/D 34
螺杆直径（mm）： 20mm
螺杆最大转速： 500rpm
主电动机功率（kW）： 4Kw 交流 变频调速
产量（kg/h）： 2～8Kg / hr
四、实验步骤
（一）、配料操作：
1、按配方准确计量好各种原材料和辅助材料，再放入合适的容器内或是搅拌机内混合均匀；
2、将搅拌均匀后的混合料，加入到双螺杆挤出机上的喂料机的料斗内。
（二）、双螺杆挤出机组的操作
1、合上总电源保护开关以及电气柜内熔断器、马达开关；
2、打开钥匙开关，电源指示灯亮（绿色），温控仪表、电流指示仪表、转速指示仪表、熔压表、调速器控制面板等通电指示；
3、升温：按工艺要求对各加热区温控仪表进行参数设定，各段加热温度达到设定值后，启动水泵，调节各节流阀大小；继续恒温20~25分钟，同时进一步确认各段温控仪表和电磁阀（或冷却风机）工作是否正常；
4、开启齿轮箱进水阀，检查是否漏水 ；
5、打开水槽的进水阀和排水阀，调节好流量，使水槽冷却水循环，再开启吹干机及切粒机；
6、用手盘动电机联轴器，保证螺杆正常方向至少转动三转。将主机调速旋钮设置在零位，启动主电机，逐渐升高主螺杆转速，在不加料的情况下空转转速不高于10Hz/min，时间不大于1分钟，检查主机空载电流是否稳定。主机转动若无异常，低速启动喂料电机，开始加料。待机头有物料排出后再缓慢地升高主螺杆转速和喂料螺杆转速，升速时应先升主机速度，待电流平稳无异常后再升速加料。并使喂料机和主机转动相匹配，每次主螺杆升速不大于5Hz，若喂料机升速按工艺要求逐渐加量，主电流上升过快，应适当降低加料量，升速直至达到工艺要求的工作状态。在逐渐提高喂料机转速，加大喂料量的同时，密切注意主电机电流及熔体压力，以免主机过载或机头压力过高。
7、按工艺要求，调节切粒装置转速，调整切粒机转速与主机出条相匹配，使之正常拉条，切粒机转速随主机产量大小而升降；
8、对于排气操作一般应在主机进入稳定运转状态后进行，先打开真空泵进水阀，调节控制适当的工作水量，再启动真空泵。从排气口观察螺槽中物料塑化完全，不冒料时，即可打开调节真空管路阀门，并关闭排气室上盖，将真空度控制在要求的范围内。真空可按下述顺序进行：
抽真空：开真空泵, 打开水阀，真空表有指示
停抽真空：关闭水阀, 停真空泵，真空表无指示
9、在开车启动阶段，微微打开需冷却筒体段节流阀门（不可猛然全开），等待数分钟观察该段温度变化情况，若无明显下降趋势或下降至某一新平衡温度，但仍超过允许值时，则可适当调大管路阀门的开度。这一过程往往需一定反复可达到要求。阀门开度调节确定后，对同一物料作业一般不需再进行调节。
（三）、运转中的检查及调试
1、主电机的电流是否稳定（正常波动不大于8%），若波动较大或急速上升，应暂时减少喂料机的供料量，待主电流稳定后再逐渐增加。螺杆在规定的转速范围内，运转应平稳。要求电流保持在额定75%－85%的状态下运行。
2、检查传动系统和主机筒体内有无异常声音及传动箱温升情况，各紧固部分有无松动。若噪音来自机筒内，可能是物料中混入异物或设定温度过低、局部加热区温控失灵等原因造成未塑化物料与机筒过度摩擦，也可能为螺杆组合不合理。若有异常现象，应立即停机，查清原因并处理后方可再开机。
3、密切检查油位、油温，油温因季节及负载大小而异，应在15－60℃范围内。
4、待运转平稳后，检查各区温度是否显示在设定温度±2℃范围内，加热、冷却系统工作是否正常。加热瓦是否正常工作，有无发红、铸铝熔化现象。冷却水管道应畅通，且无泄漏现象。
5、若排气口有冒料现象，可通过提高主机转速或降低喂料机螺杆转速以及改变螺杆组合构型等方法消除。
6、经常检查机头料压显示是否正常稳定，机头出条是否稳定均匀，有无断条阻塞、塑化不良或过热变色等现象。
7、生产能力主要取决于主机转速和喂料量的多少，可调整主螺杆转速和喂料螺杆转速参数以提高生产效率。
（四）、停 机
1、正常停车顺序：
① 停喂料机，喂料机调速旋钮调至零位；
② 关闭真空用水阀，停真空泵，打开真空室上盖；
③ 逐渐降低螺杆转速，尽量排尽筒体内残存物料，物料基本排完后先停喂料机，再逐步将双螺杆主机转速调至零位，按下主电机停止按钮；
④ 停止吹干机、水泵、切粒机等辅助设备，关闭电仪控制柜上各电源开关；
⑤ 断开总电源开关；
⑥ 关闭各外接水管阀门，包括加料段筒体冷却水、水槽冷却水等（主机筒体各软水冷却管路节流阀门不动）。
2、紧急停车顺序：
① 如主机内或传动系统出现异常噪声或振动等紧急情况需要停主机时，可迅速按下电仪柜红色紧急停车钮。并将主机及喂料调速旋钮旋回零位，然后将总电源开关切断。消除故障后，才能按复位按扭，再次按正常开车顺序重新开车。
② 局部故障停车，如不影响机组正常运行，可使相关设备局部断电，其余系统不受影响，继续维持原工作状态，此时，须及时排除故障；
③ 机组设有报警灯，若主机调速器故障，则机组停车，红色报警灯亮。
五、注意事项
1、清除机头的熔料只能用铜、软铝等软质材料支撑制成的工具清除，以免模口产生缺口或凹坑；
2、按操作程序开车，注意启动挤出机时转速要缓慢上升，同时注意进料情况并密切注意电机电流，如发现突增立即停车检查原因；
3、操作时分工负责，协调配合，集中精神。注意观察，如发现异常现象，根据分析的原因采取适当的处理方法；
4、经常检查主机传动箱的油位是否达到传动箱油位计的二分之一以上；
5、注意清理料斗，确认无杂质异物后，才能将物料加满料斗。物料内不允许有杂物，严禁金属和砂石等硬物料进入料斗；
6、打开排气室或料斗盖时，严防有异物落入。禁止用金属工具在料斗内手动搅拌物料。清理排气室中已冒出的物料，禁止用金属工具，可用木片，竹片，预防损坏螺杆及筒体；
7、螺杆只允许在低速下启动，空转时间不超过1分钟，及时喂料后才能逐渐提高螺杆转速。每次作业完毕，及时清扫主机、辅机工作环境。对于残存在模头内粘性物料，有必要清理干净。
六、实验报告
实验报告应包括以下内容：
1、实验原理；
2、原材料名称、牌号、产地；
3、设备型号和技术参数；
4、双螺杆挤出机组造粒操作部骤、造粒工艺流程；
5、工艺流程图及工艺参数记录（按表一格式填写）。
七、思考题
1、 影响粒料大小均匀，表面光滑平整的主要因素有哪些？
2、 喂料过快对双螺杆主机有何影响？

表1 双螺杆挤出机造粒工艺参数记录
实验日期

造粒方式

设备名称

设备型号

实验配方

实测温度(℃)
T1=
T2=
T3=
T4=
T5=
T6=
（机头温度）
T7=
（熔体温度）
设定温度(℃)
T1=
T2=
T3=
T4=
T5=
T6=
（机头温度）
T7=
（熔体温度）
切粒机频率(Hz)

喂料机频率(Hz)

主机频率(Hz)

实测主机电流(A)

主机设定电流(A)

循环水压力(MPa)

设定熔压(MPa)

实测熔压(MPa)

真空度(MPa)

原材料

辅助材料

备注