利用熔體泵的增壓和計(jì)量特性將它與單螺桿擠出機(jī)串聯(lián)組合，即可以形成一種性能全新的熔體泵擠出 系統(tǒng)。構(gòu)建好這種擠出系統(tǒng)的基本思路在于：綜合單螺桿擠出機(jī)與熔體泵各自的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，棄短揚(yáng)長(zhǎng)，進(jìn)而使系統(tǒng)的整體性能更趨完美。讓該系統(tǒng)在保留傳統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)所有功能的同時(shí)，又使系統(tǒng)的各項(xiàng)性能全面提高并顯著優(yōu)于單純的單螺桿擠出機(jī)。其主要優(yōu)異之處在于：
2.1 穩(wěn)定熔體流量提高擠出制品的尺寸均一性
采用上述的SP系統(tǒng)來(lái)解決單螺桿擠出機(jī)的流量 波動(dòng)問(wèn)題，不失為一種較優(yōu)的方案。在SP系統(tǒng)中，擠出成型所需的增壓和計(jì)量作用完全靠熔體泵實(shí)現(xiàn)，以充分利用泵的穩(wěn)壓、穩(wěn)流能力。SP系統(tǒng)對(duì)擠出機(jī)配置的硬件性能要求較低，適應(yīng)的塑料品種廣泛，運(yùn)轉(zhuǎn)操作容易。或者說(shuō)，SP系統(tǒng)對(duì)引起擠出機(jī)流量波動(dòng)的諸多因素的變化比較寬容，而穩(wěn)定擠出流量的能力又強(qiáng)于單螺桿擠出機(jī)。這可由SP系統(tǒng)的穩(wěn)壓實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。
筆者在我所研制的SP32210機(jī)組上進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。在螺桿頭部、泵的入口和泵的出口處各裝一熔體壓力傳感器（位置如圖1所示）并可自動(dòng)記錄，以檢測(cè)熔體壓力的動(dòng)態(tài)變化情況。用PE料擠出實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)有意改變擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，引起泵入口側(cè)的壓力大幅變化。圖3的曲線是實(shí)驗(yàn)中壓力變化的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)泵的入口側(cè)壓力P1約在10MPa的范圍內(nèi)變化時(shí)，而出口側(cè)壓力P2的變化不超過(guò)0.5MPa,壓力波動(dòng)的減弱比是20∶1。從圖3中還可以看出，P1的變化是由螺桿頭部壓力P3波動(dòng)而引起，二者波動(dòng)的趨勢(shì)相同。
圖3 熔體泵的進(jìn)出口壓力變化曲線(PE)
Fig.3 Curesofpressurechangeofmeltpump(PE)
2.2 高熔融混合能力與高產(chǎn)量
SP機(jī)組與螺桿直徑和長(zhǎng)徑比相同的常規(guī)單螺桿 擠出機(jī)相比，它的熔融塑化能力和產(chǎn)量都會(huì)提高。這主要有兩方面的原因。其一：在SP機(jī)組中，由于串聯(lián)了熔體泵，擠出機(jī)的螺桿在排料口就不再需要太多的加壓作用，一般只需提供3MPa～5MPa的壓力，來(lái)滿足為熔體泵入口供料即可。而常規(guī)擠出機(jī)的單螺桿為滿足成型工藝的要求，則需要具備35MPa左右的加壓能力。從單螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)率公式（2）看出，在不改變螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，僅降低螺桿長(zhǎng)度方向上的 壓力降dP dL ,使逆流Qp和漏流QL減少，即可提高產(chǎn)量 Q。一般情況，使用現(xiàn)有的常規(guī)型單螺桿擠出機(jī)與熔體泵串聯(lián)，保守地估計(jì)，產(chǎn)量也會(huì)提高10%～15%。按粗略的估算法，機(jī)頭壓力每降低7MPa,產(chǎn)量就可提高5%～7%[6]。
SP機(jī)組產(chǎn)量提高的另一原因，也是主要原因，即由于SP機(jī)組使用的螺桿不再需要提供計(jì)量和很高的加壓作用，螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理可與常規(guī)螺桿明顯不同。其基本思路和主要特點(diǎn)是：盡可能提高螺桿的熔融塑化能力；將熔體輸送段減至常規(guī)計(jì)量段的1/2～1/3;加長(zhǎng)熔融段，如增加分離型螺桿段的長(zhǎng)度、增加剪 切、混合型元件的長(zhǎng)度或段數(shù)；采用較小的壓縮比或增加熔體輸送段槽深；各段螺槽深度比常規(guī)螺桿深等等。具有以上特點(diǎn)的螺桿稱之為“SP型螺桿”或“無(wú)計(jì)量段型螺桿”。SP型螺桿主要因其自身的熔融塑化能力增強(qiáng)而使SP系統(tǒng)的產(chǎn)量提高。SP型螺桿只有與熔體泵串聯(lián)使用才能顯示出較高的效益。
我所研制的SP32210機(jī)組，既配置了SP型螺桿，也配置了常規(guī)螺桿。筆者對(duì)該機(jī)組的產(chǎn)能情況進(jìn)行了三種情況的比較實(shí)驗(yàn)：a.使用普通螺桿不加熔體泵，b.使用普通螺桿串聯(lián)熔體泵，c.使用SP型螺桿串聯(lián)熔體泵。用相同的PE料，相同的工藝溫度和同一口模擠出。實(shí)驗(yàn)中將螺桿轉(zhuǎn)速作為主變量，從低到高改變轉(zhuǎn)速。在b、c實(shí)驗(yàn)中，增加螺桿轉(zhuǎn)速時(shí)，通過(guò)調(diào)整熔體泵的轉(zhuǎn)速，將螺桿頭部壓力降至3MPa左右，來(lái)平衡螺桿擠出的流量。圖4是由上述實(shí)驗(yàn)中得出的擠出流量與螺桿轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。由曲線的趨勢(shì)可以看出：擠出流量隨螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增加；在相同轉(zhuǎn)速下，流量呈c>b>a;b與a相比，在螺桿轉(zhuǎn)速為60～70r/min時(shí)，（實(shí)驗(yàn)記錄b的螺桿頭部壓力約3MPa,a的螺桿頭部壓力約10MPa），產(chǎn)量增加達(dá)10%;c與a相比，螺桿轉(zhuǎn)速高于60r/min時(shí)，產(chǎn)量增加大于30%。
◆—未加熔體泵普通螺桿 ■—加裝熔體泵普通螺桿 ▲—加裝熔體泵 SP型螺桿
圖4 擠出流量與螺桿轉(zhuǎn)速曲線圖
Fig.4 Relationofthroughputandscrewspeed
2.3 優(yōu)異的排氣擠出性能
在ABS、PA、PC、PMMA、PET這類工程塑料的擠 出成型中，需要具有排氣功能的擠出機(jī)將料中的水分、單體或低聚物等成分排除。單螺桿排氣擠出機(jī)因設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低而常被采用。使用中，由于面對(duì)的塑料品種繁多，性能各異，使用不同形狀、尺寸的擠出模具阻力不一，當(dāng)調(diào)整擠出溫度、壓力、轉(zhuǎn)速這些工藝參數(shù)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)排氣口冒料現(xiàn)象，致使擠出機(jī)無(wú)法在理想的操作條件下運(yùn)行。而且，與不排氣的單螺桿擠出機(jī)相比，排氣單螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量波動(dòng)問(wèn)題更顯突出。所以一般來(lái)說(shuō)，常規(guī)的排氣單螺桿擠出機(jī)使用性能較差，效能較低。
將排氣單螺桿與熔體泵串聯(lián)[7],組成具有排氣功能的SP機(jī)組，可以徹底解決排氣口冒料問(wèn)題，擠出穩(wěn)定性顯著提高。這是因?yàn)椋瑔温輻U與熔體泵都各自配有獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)，兩者的轉(zhuǎn)速和流量隨時(shí)可被調(diào)至佳匹配狀態(tài)。若排氣口可能出現(xiàn)溢料，則可以通過(guò)降低螺桿轉(zhuǎn)速或增加熔體泵轉(zhuǎn)速來(lái)消除。串聯(lián)在擠出機(jī)排料口的熔體泵就相當(dāng)于一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)螺桿頭部或泵入口處的變壓作用，使排氣口上下游的流量達(dá)到平衡而防止冒料。因此，當(dāng)使用不同的樹(shù)脂或模具擠出時(shí)，可隨意調(diào)整擠出工藝參數(shù)，讓設(shè)備處于理想運(yùn)行狀態(tài)。為了使具有排氣功能的SP機(jī)組性能更好，排氣單螺桿的結(jié)構(gòu)，也有一個(gè)按照SP型螺桿的設(shè)計(jì)原則加以改進(jìn)更新的問(wèn)題。我所研制的SP32210機(jī)組及所配置的SP型螺桿，也具有排氣功能。從擠出工程塑料的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)使用效果來(lái)看，它的各方面性能要比常規(guī)的排氣單螺桿擠出機(jī)優(yōu)異的多。使用這種系統(tǒng)，可以取代一般工程塑料的預(yù)烘干擠出工藝。以擠出PMMA光纖樣品為例。PM2MA因其吸濕性，一般擠出前需預(yù)烘干4～6h。塑料光纖的傳光性能，對(duì)光纖擠出過(guò)程中的熔融塑化質(zhì)量要求極高，對(duì)光纖制品內(nèi)的微小氣泡含量限制極嚴(yán)。用SP32210機(jī)組不經(jīng)預(yù)烘干工藝直接擠出PMMA光纖，得到的光纖樣品除各項(xiàng)擠出質(zhì)量合格外，經(jīng)顯微照片顯示，其微小氣泡含量少于經(jīng)預(yù)烘干6h的光纖。
2.4 SP系統(tǒng)的其它性能與應(yīng)用
?。?）利用SP系統(tǒng)擠出流量波動(dòng)小、擠出產(chǎn)品尺寸精確的特點(diǎn)，可以通過(guò)降低擠出制品的質(zhì)量公差或尺寸公差來(lái)減少材料消耗，從節(jié)材降耗中獲取效益。擠出量精確控制，對(duì)原料成本昂貴的產(chǎn)品更顯必要。例如，在復(fù)合共擠出中使用昂貴的粘合劑或阻透劑等場(chǎng)合。
（2）可以使用回用料含量高的擠出制品。在熱成 型生產(chǎn)板材、片材的擠出中，常需要消化大量的邊角料 即回用料。經(jīng)破碎后的回用料顆粒尺寸不規(guī)則而引發(fā)擠出量波動(dòng)，這終會(huì)導(dǎo)致擠出制品的厚度公差變大或較高的廢品率。采用SP機(jī)組可以有效地解決這類問(wèn)題?？梢允褂没赜昧虾扛哌_(dá)50%或更高比例的原料擠出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
?。?）延長(zhǎng)擠出機(jī)的工作壽命。SP系統(tǒng)中配置的擠出機(jī)在很低的背壓下運(yùn)行（一般為5MPa左右），使得螺桿承受的軸向力和扭矩大幅下降，從而有效降低了螺桿、機(jī)筒和傳動(dòng)裝置的磨損。擠出機(jī)的使用壽命延長(zhǎng)使生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行成本進(jìn)一步降低。
