异向双螺杆挤压膨化机三维设计与性能分析(4)
1.2.3 异向双螺杆挤出机挤出过程研究
典型的挤压工艺过程为：加料→输送→熔融→模口挤出→定型→冷却→牵引→切割。在挤压室内，物料的移动依靠物料与机筒、物料与螺杆及物料自身间的摩擦力实现。由于螺杆或机筒结构的变化以及由于出料模孔截面比机筒和螺杆之间空隙横截面小得多，物料在出口模具的背后受阻形成压力，加上螺杆的旋转和摩擦生热及外部加热，使物料在机筒内受到了高温高压和剪切力的作用，最后通过模孔挤出，并在切割刀具的作用下，形成一定的产品。
1、固体输送
通常认为，对于理想的紧密啮合型的啮合异向双螺杆挤出机，物料从加料器落到两根螺杆上方时，被向外翻转的螺杆分别带入两螺杆的螺槽区，由于是全啮合的，物料既不能越过一根螺杆的螺棱进入其前方的螺槽，也不能由一根螺杆的螺槽进入另一根螺杆的螺槽，而是被封闭在被称为C形小室(如图l.1所示)的密闭腔室内，随着螺杆旋转，物料由一个C形小室沿着轴向进入另一个C形小室，向前做正位移输送，其输送机理类似于泵，因而其输送机理也被称为“泵送机理”【2】。
2、熔融
Janssen【3】采用剖分机筒，对等深等距螺纹元件中PP粉料的熔融现象进行了实验研究，得到了宏观的熔融过程和单个C形小室的熔融过程，结果表明其熔融过程不同于单螺杆挤出机。啮合异向双螺杆挤出机的熔融过程中占支配地位的热量来自于各间隙中的剪切热，而众所周知，单螺杆挤出机中的熔融机理为强制熔体移走的传导熔融。
Janssen的研究表明啮合异向双螺杆挤出机中的熔融过程基本如下：物料首先被热机筒加热，随着温度的升高，聚合物和螺杆表面之间的摩擦因数增大，当增大到一定程度时物料就被“拉”到各间隙中。在间隙中，粒子被“研磨”，产生塑性变形，使机械能高度耗散，产生的热量把物料快速熔融。通过这些间隙后、已成熔体的物料会随着螺杆旋转。由于拖曳力的作用，其他残留固体也被熔体带入啮合区。这一耗散混合的熔融机理使啮合异向双螺杆挤出机的熔融过程极为短暂，比单螺杆挤出机要短得多，只经过几个腔室便完成熔融。
3、熔体输送
由于有流体力学、流变学的相关知识作为基础，随着科技的进步，各种计算方法的应用及相关软件被开发出来，这为我们研究熔体输送段的螺杆特性提供了方便。熔体输送的模型主要有正位移泵模型、板框模型和真实的三文流道模型。
图1.3 正位移泵模型 图 1.4 板框模型
图1.2所示正位移泵模型尽管简单，但较能从宏观上反映啮合异向双螺杆挤出机的输送机理。这种模型用于紧密啮合不考虑漏流的啮合异向双螺杆挤出机，其输送机
理类似于双螺杆泵。
在啮合异向双螺杆挤出机的挤出过程中，C形小室的作用比较突出。因此有人将C形小室作为独立的研究对象来考察其内部的熔体流动特征并认为各个C形小室中物料的流动情况相同，在计算时却以平行平板理论为依据分别求出沿螺槽方向和螺槽横向的速度和压力分布情况，如图1．3所示，该模型又被称为“板框模型”【4】。
1．3 国内外异向双螺杆挤出机研究现状
1.3.1 国内研究现状
自上世纪80年代以来，我国科研工作人员对双螺杆膨化机进行了仿制和研究，在双螺杆膨化机设计和理论研究上进行了大量的工作，取的了一系列成果。