- 挤出机驱动电机的电能在工作中转化为什么？
- 塑料原料在挤出塑化的热历程中其物理形态的变化过程？
- 塑料熔体粘度在挤出塑化工艺过程中的意义？
挤出机驱动电机的在工作过程中，通过齿轮箱驱动螺杆转动，塑化原料成为粘流态塑料，其驱动电机的电能90%转化为塑料的热能。
塑料原料在挤出塑化的热历程中，物理形态的基本变化过程：松散原料→固体塞→软化→熔化→均化。
“塑料熔体粘度在挤出塑化工艺过程中的意义“？这个问题在文章的末节同大家交流。
在这个章节中，我们结合普通挤出机与开槽料桶挤出机（高分子型）的结构，分析其在挤出机理上的差异区别，进一步阐述挤出机的挤出原理。
普通挤出机(Conventional)与开槽料筒挤出机(Grooved barrel)：
开槽料筒挤出机结构图：
120Grooved barrel/barrier screw
Screw RPM: 50.00 1/min = 0.83 1/s
Screw top speed: 100.00 mm/s
Mass flow rate: 526.12 kg/hr = 146.14 g/s = 184.99 cm3/s
Solids transport angle: 17.10 o
Maximum solids conveying mass flow rate: 982.07kg/hr
Energy consumption (for current screw speed)
Solids conveying region: 17.46 kW
Melt/solids region: 73.03 kW
Melt region: 4.93 kW
Total: 95.43 kW
Energy for material heating: 91.84 kW
Screw torque: 18225. N m
Screw back force on the tip: 293434. N
Screw back force on the bearing: 597021. N
普通挤出机结构图：
120Conventional screw
Screw RPM: 60.00 1/min
Screw top speed: 120.00 mm/s
Solids transport angle: 2.70 o
Maximum solids conveying mass flow rate: 2267.0kg/hr
Solids conveying region: 24.78 kW
Melt/solids region: 59.70 kW
Melt region: 5.98 kW
Total: 90.46 kW
Energy for material heating: 51.07 kW
Screw torque: 14398. N m
Screw back force on the tip: 282443. N
Screw back force on the bearing: 632317. N
两种结构主参数(拟合运算)：
| Grooved | Conventional | ||
|---|---|---|---|
| Diameter (D) | 120.00 | 120.00 | mm |
| Screw length | 28.5 | 28.5 | L/D |
| Speed | 50.00 | 60.00 | 1/min |
| Mass flow | 526.12 | 276.01 | kg/hr |
| End pressure | 24.83 | 24.97 | MPa |
| Melted after | 24.43 | 25 | D |
| Mean residence time | 67.51 | 117.36 | S |
比较分析：
固体熔化
Grooved
Conventional
温度场
Grooved
Conventional
压力降
Grooved
Conventional
比较结果
| Grooved | Conventional | |
|---|---|---|
| 温度设定(C） | 200 | 200 |
| 最高温度(C) | 209.5 | 224.4 |
| 温升(C) | +9.5 | +24.4 |
| 最高压力(MPa) | 66.23 | 33.88 |
| 模头设定压降(MPa) | 25 | 25 |
| 单转产量(kg/h)/(r/min) | 9.6 | 4.6 |
分析结果
| Grooved | Conventional | |
|---|---|---|
| 最高压力位置 | 进料段末端 | 压缩段末端 |
| 固体输送能力 | 强 | 弱 |
| 原料适应性 | 好 | 弱 |
| 全回料能力 | 弱 | 好 |
| 产量稳定性 | 好 | 弱 |
| 加料段/熔融段：热隔离 | 是 | 否 |
| 温升(C)+ | +9.5 | +24.4 |
| 塑化质量 | 适当 | 过塑化 |
| 启动扭矩 | 高 | 低 |
加料区结构示意图
加料区冷却水的作用：防止该区域的原料因摩擦热而产生的软化、熔膜现象产生，确保固体输送角的稳定性。其不利的方面：启动扭矩大；所以开机时，冷却水需要关闭，螺杆平稳增速；关机时，需挤空料筒存料。
普通挤出机常见的不下料（架桥），挤出波动现象，其机理就是因为有原料软化、熔膜现象产生，造成轻者挤出波动（周期性），重者不下料。
总结
| Grooved | Conventional | |
|---|---|---|
| 固体输送角（°） | 17.10 | 2.70 |
| 驱动功率（kw） | 95.43 | 90.46 |
| 加热功率(kw) | 91.84 | 51.07 |
| 单位能耗(kw.h/kg) | 0.355 | 0.5127 |
| 电机功率（kw） | 132 | 90 |
| 最高产量（kg/h） | 526.12 | 276.01 |
公司主要型号普通挤出机与开槽料筒挤出机规格参数：
开槽料筒挤出机（推荐）
| 型号/参数 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 120 | 150 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 长径比 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 28 |
| 电机功率(kw) | 18.5 | 30 | 45 | 55 | 75 | 90 | 132 | 200 |
| 塑化能力kg/h(HDPE) | 50 | 85 | 145 | 180 | 250 | 300 | 450 | 600 |
新型普通挤出机（不推荐）
| 型号/参数 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 120 | 135 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 长径比 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 |
| 电机功率(kw) | 11 | 18.5 | 30 | 45 | 55 | 75 | 90 | 160 |
| 塑化能力kg/h(HDPE) | 40 | 60 | 90 | 135 | 180 | 240 | 300 | 550 |
注解：上表中，新型普通挤出机型号50、60、70、80在规划中，塑化能力kg/h以牌号HDPE 5502为基准。
挤出机的重要性
通过以上的对比，可以看出挤出机不同的结构设计，其工作特性差异性很大，工作状态也很不同。
开槽料筒挤出机塑化能力强，产量高，波动小，基本无温升，节能，原料适应性强等各项主要指标都优于传统普通挤出机。而且，这种能力可保持5-8年以上。
因为开槽料筒挤出机基本无温升，其塑化的型坯熔体粘度适度，下垂小，利于型坯壁厚控制和吹塑成型。而普通挤出机在高速挤出时，因为过高的温升，就不利于吹塑成型。（这也回答了篇首遗留的问题）
普通挤出机过高的温升也加长了模内冷却的时间，也造成了熔体内低分子有机物的析出，附着于模头内壁上，造成型坯表面划痕，影响制品外观质量。
作为吹塑机的核心部件，挤出机的特性直接影响制品的质量，质量稳定性，生产效率，能耗等指标，直接关系到用户的效益和对公司产品的满意度。