如果假设材料以固体床的形式存在于螺槽中,则上述现象是可以看到的。当在没有外界摩擦的情况下旋转螺杆,我们可以发现固体床(物料颗粒)随着螺杆转动,并不向前输送;而当我们施加外界力(机筒摩擦)时,固体床的旋转速度则小于螺杆的旋转速度,导致固体床沿轴向发生移动。实质上,聚合物固体床并非完全“拧紧”。为了保持物料与机筒表面的高摩擦性,常常需要冷却机筒的喂料段,一般采用冷水管道冷却。二者之间的摩擦导致了喂料段压力的提高,并且施加在物料的固体床上,进一步推动物料向前运动,直至过渡段熔融。图4 35比较了常规的光滑机筒的挤出机与具有沟槽喂料系统的挤出机的建压特点。在这些挤出机中,对于输送与混合所需的大部分压力是在计量段产生的。为了保证物料与机筒表面的高摩擦性,在机筒表面沿轴向加工沟槽是最简单的原理。这种具有沟槽喂料系统的挤出机最早在1969年由Menges与Preodhl发明,称作沟槽喂料式挤出机。为了避免压力过大而损坏机筒或螺秆,沟槽的长度不宜超过3.5D。图4-36表示了具有沟槽系统的单螺杆挤出机的结构示意图。影响沟槽喂料式挤出机发展与改进的关键因素是加工的问题,过高的熔体温度,产量的降低,由高黏度与低摩擦系数引起的,典型的是高分子量聚乙烯与聚丙烯的加工。在沟槽式挤出机中,物料输送与建压的任务被赋予了喂料段。喂料段中高压力(图4-35)导致了优于常规系统的特点。用沟槽喂料体系,具有较高的生产率、较高的熔体流动稳定性以及压力恒定性。这一点被图4-37中螺杆特征曲线所证明,该图给出了45mm直径的沟槽喂料挤出机的螺杆特性曲线,该挤出机带有图4-34表示的相应的混炼段和口模。
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