摘要：简述有关单螺杆挤出机的固体输送理论，并从固体塞各向压力、螺槽深度、容积密度和体积力等方面进行了修正，对套筒做简单分析。

　　关键词：固体输送 固体塞 容积密度 体积力

　　中图分类号：TQ320.66+3 　文献标识码：A

　　This paper describes the solid transportation theory of extruder , amendments the theory from the solid cypriots’s pressure, lo groove depth,volume density and volume forces. Analysises the sleeve simply.

　　Key words solid conveying solid cypriot bulk density volume forces

　　引言

　　在单螺杆挤出机中，固体输送段占着重要的位置，它是决定挤出率和挤出稳定性的关键。同时，它也在很大程度上影响熔融塑化的效率。固体输送段是指料斗下方到物料开始熔融的一点为止。更细致的区分，它又可以分为三个区段，如图l。

　　图1 固体输送段

　　料斗段——从料斗下方直到开始形成固体塞为止。在这个区段内，物料表现为松散固体颗粒的螺旋输送。

　　固体输送段——从固体塞形成直到开始出现熔膜为止。在这个区段内，固体塞与螺杆、机筒的相对运动，表现为固体与固体摩擦的机理。

　　迟滞段——从熔膜形成，直至增厚到几倍对机简与螺棱间的间隙，而开始熔融的一点为止。在这个区段内，固体塞与机筒、螺杆的相对运动，表现为粘性剪切的机理。

　　旧式的普通螺杆挤出机，固体输送段的松散固体输送效率仅为0.2～0.4，并且随着螺杆转速愈高，输送效率愈低，这就限制了挤出机产量的提高。有的机台在加工某些物料时，甚至出现进料的严重波动，从而造成挤出的不稳定。此外，这种普通螺杆挤出机，不能在固体输送段建立足够的高压，使螺杆特性变软;不能把物料充分地压实，而使熔融速率甚低。

　　1 固体输送理论简述

　　随着单螺杆挤出机在生产实践中的应用，人们对高聚物在螺杆、机筒中的摩擦运动进行了大量的研究，以Darnell-Mol发表完整的理论分析为标志，建立了基于固体——固体摩擦机理的固体输送理论。在生产实践的发展过程中，人们对熔融塑化的过程又进行了大量的工作，以Z.Tadmor定量分析熔融过程为标志，建立了熔融理论。

　　近年来，一方面，由于采用了各种强化熔融塑化的新型螺杆，固体输送力不足的矛盾突出来了，另一方面，由于广泛采用计算机模拟方法设计挤出机，要求有一个正确的固体输送理论，来提供固体塞沿螺旋线方向的速度的正确数值。因此，很多人，包括原来研究熔融理论成就卓著的一些研究者，都把注意力转向固体输送理论的研究，对Darnell-Mo1理论进行了修正，提出了一些新的数学模型，并且已经在实践和理论方面都取得了卓著的成效。

　　1.1 Darnell-Mol理论

　　Darnell-Mo1理论的数学模型如图2所示，即把螺槽中的固体物料看成一个连续的弹性塞(固体塞)，固体塞与周围的机筒、螺槽表面直接接触。并假设固体塞上的压力各向相等，只是沿螺旋线方向的函数;摩擦系数与压力无关，只是温度的函数;螺槽深度为常数;以及固体塞在螺槽中的流速为常数。此外，还忽略了螺槽和机筒之间的间隙，忽略物料自身重力的影响和固体塞密度的变化。

　　图2 固体—固体摩擦模型

　　固体塞的运动受到固体塞与周围金属表面之间的摩擦力的约束。研究固体塞在螺槽中的运动，可得到以输送角Φ为参数的固体输送率的方程。

　　方程表明，体积流率随输送角Φ的增加而增加。输送角Φ是固体塞运动方向和垂直与螺杆轴线的平面之间的夹角。

　　Darnell-Mo1理论总结为了达到大的输送角，从而亦即得到大的输送率，必须使螺杆具有小的摩擦系数，机筒具有大的摩擦系热以及要有深的螺槽。至于螺旋升角，大的螺旋升角输送率大，大的螺旋升角使输送角减小。对某些特定条件下最宜升角为17°～20°，就是说，使螺距接近于直径是适宜的升角选择。固体输送段中压力的建立，是随着沿螺旋线方向的坐标成指数增加，而与料斗下方的初始压力成正比。初始压力被认为是取决于料斗中物料的高度。

　　2.2 对Darnell-Mol理论的修正

　　Darnell-Mol理论是在一系列简化假设的前提下得到的，这造成了与实际情况的不一致，一个完善的数学模型应该排除这些简化假设。许多人在这方面做了研究，对Darnell-Mol理诊进行了修正，其中最重要的有如下几方面:

　　2.2.1固体塞各向压力不相等

Darnell-Mol假设固体塞上的压力各向相等，仅仅是沿螺旋线方向的函数。这个假设被实验证明是不符合实际情况的。K.Schneider在一个活塞和圆筒中压缩物料进行测定，发现各种颗粒料的径向压力与轴向压力之比为k==0.4～0.6。对几种国产料的测定结果，表明这一修正是完全必要的。

比值k的理论推导有两种可能的方法。—种是假设物料为弹性体，而圆筒为刚性的，由横向应变为零的条件可得k= v/(1—v)，其中v是泊桑比。如果物料是不可压缩时，即v=1/2，于是k=1，Darnell-Mol假设的实质就是这样。如果取v=0.3，则可得k=0.43。另一种方法是假设物料三向受压而处于滑移的临界状态，即滑移面上的剪应力等于摩擦力，由此可得k= (1-sin)/(1+sin)，其中是材料的内摩擦角。如果取= 25°，则给出k=0.405。

虑及各向压力不相等的事实，设沿螺旋线方向的压力为p，机筒表面、螺根和螺棱侧面的压力分别为，，简化后的径向平衡方程式

　　及边界条件可得

其中

　　由于这一修正，采用与Darnell-Mol完全相同的途径，所得出的压力轮廓曲线有所降低，更接近于实际情况。

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