混合機(jī)和屏障型螺桿

文/ Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland

由于某些原因，很多屏障型螺桿與高剪切混合機(jī)一起使用，但事實(shí)上，分配式混合機(jī)是一個(gè)更好的選擇。

用于單螺桿擠出機(jī)的混合裝置有許多類型。它們以一種增加熔融能力的主要分散裝置或剪切裝置，或者是一種再分配裝置（其混合基本上是通過(guò)多次分割熔體，在整個(gè)部件上分配作為層的微量組分而實(shí)現(xiàn)）來(lái)進(jìn)行區(qū)分。所有的混合機(jī)都必須具備這兩種功能中的一些能力。

這些混合裝置的使用會(huì)影響螺桿的整體性能。剪切混合機(jī)比較常見的類型是“艾根型混合機(jī)”和“勒魯瓦型混合機(jī)”，它們的歷史可以追溯到20世紀(jì)60年代末。勒魯瓦型混合機(jī)因擠出傳奇人物布魯斯馬多克（Bruce Maddock）在聯(lián)合碳化物公司時(shí)在其上面進(jìn)行的工作而被俗稱為“馬多克型混合機(jī)”或“UCC混合機(jī)”。

現(xiàn)在，一種螺帶式馬多克型混合機(jī)（如圖1所示）已被開發(fā)出來(lái)，它兼具兩種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從應(yīng)用的廣泛性來(lái)看，這種混合機(jī)位居行業(yè)領(lǐng)先地位。

艾根型和馬多克型混合機(jī)最初被開發(fā)出來(lái)，是為了提高傳統(tǒng)螺桿（非屏障型）的熔融質(zhì)量。在各種應(yīng)用中，它們被用于加工許多不同的聚合物，但在加工結(jié)晶聚合物（主要是聚烯烴）時(shí)其真正價(jià)值得到了凸顯。由于顯著提高了產(chǎn)量和熔融質(zhì)量，它們一經(jīng)問(wèn)世，幾乎立即被市場(chǎng)所接受。

圖1 較新的馬多克型混合機(jī)兼具原始馬多克型混合機(jī)和艾根型混合機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。涂黑的區(qū)域是倒陷或間隙區(qū)域，聚合物必須通過(guò)該處并承受大量的剪切

1961年，在推出這些混合機(jī)之前，Geyer在Uniroyal公司開發(fā)了一種用于橡膠加工的屏障型螺桿設(shè)計(jì)。不久以后，它的熔體/固體分離概念在熱塑性聚合物加工中進(jìn)行了試驗(yàn)，在大約10年內(nèi)，屏障型螺桿成為當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù)之一。屏障型螺桿不需要補(bǔ)充混合機(jī)，因?yàn)榭梢栽谄琳隙沃锌刂坪屯瓿扇廴冢员苊饬藢?duì)高剪切混合機(jī)的需求。

然而在今天，即在便理論上已經(jīng)不必為屏障型螺桿配備高剪切混合機(jī)，但是在相當(dāng)多的時(shí)候人們還是這樣做了，這一現(xiàn)象令人費(fèi)解。

如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，一旦物料通過(guò)這些螺桿上的屏障段，就應(yīng)該完全熔融。在大多數(shù)情況下，在屏障段后面添加一臺(tái)分散或剪切混合機(jī)會(huì)不必要地增加熔體溫度，且由于壓力降的增大會(huì)降低產(chǎn)出，并使擠出和隨后的冷卻過(guò)程產(chǎn)生更大的能量需求。一般，為使溫度、顏色或添加劑分布均勻化，同時(shí)盡量減少熔體溫度的額外增加和產(chǎn)量下降，一臺(tái)分配式混合機(jī)是一個(gè)更好的選擇。

分配式混合機(jī)有很多種類，具體的選擇取決于混合物的屬性、每個(gè)組分的比例和螺桿L/D。一些較常見的分配式混合機(jī)如圖2所示。

薩克斯頓型混合機(jī)通過(guò)將熔

圖2 分配式混合機(jī)通常是屏障型螺桿的理想選擇，對(duì)于這些常見的設(shè)計(jì)都各有優(yōu)缺點(diǎn)

體分割成許多料道實(shí)現(xiàn)混合，其中斷的螺紋方便了這些料道之間的混合。但基本上，這種設(shè)計(jì)依賴于和計(jì)量段相同的混合原則，并且主要對(duì)熱均勻化的效果最顯著。這類設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是可以被設(shè)計(jì)成擁有非常低的壓力降。

針型混合機(jī)可以多次分割熔體，根據(jù)針和行的數(shù)量，形成指數(shù)式分割。這種類型的混合機(jī)可以盡可能地減少混合中的層流限制，并通過(guò)形成無(wú)限數(shù)量的層混合不同黏度的材料。其缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的壓力降。

菠蘿型混合機(jī)像針型混合機(jī)一樣分割熔體，但在不同的角度把這些分割匯集起來(lái)進(jìn)行混沌混合。它們?cè)诩尤腩伾珪r(shí)是非常有用的。

不管混合機(jī)類型如何，分配式似乎能比分散剪切型混合機(jī)更好地與屏障型螺桿相匹配，除了在一些情況下，如對(duì)于小到足以通過(guò)粗糙屏障段粒子的強(qiáng)剪切有特定要求時(shí)。