1870年出現(xiàn)的橡膠擠出機是熱喂料擠出機。它喂入的膠料要求必須經(jīng)過熱煉,且供料均勻、穩(wěn)定、等速,料溫保持在50~ 70℃,其螺桿短,螺紋溝深 ,均化效果不理想。從2 0世紀(jì) 70年代起 一度出現(xiàn)長徑 比變小的現(xiàn)象。由于熱喂料擠出機可連續(xù)擠出、 操作簡單、 生產(chǎn)效率高、擠出成品形狀穩(wěn)定 ,在很多制品的生產(chǎn)工藝中 ,仍然采用熱喂料擠出機。在輪胎生產(chǎn)中用于各種胎面、各種型膠的擠出以及在膠管、電纜及其它橡膠制品的生產(chǎn)中用于包膠及膠坯的擠出。
冷喂料擠出機出現(xiàn)于 20世紀(jì)40年代,60年代開始得到推廣和普及 ,80年代成為發(fā)展主流。 至90年代初期,歐美等發(fā)達(dá)[敏感詞]用冷喂料擠出 機生產(chǎn)的產(chǎn)品 已經(jīng) 占到生產(chǎn)總量的 95% 。有分離型螺桿擠出機、擋板螺桿擠出機、空穴式螺桿擠出機、傳遞式混煉擠出機、銷釘螺桿擠出機和多流道傳遞混合螺桿( MCT) 擠出機等。冷喂料排氣擠出機的出現(xiàn)源于1956年Bernhatdt提出的抽真空擠出機螺桿的設(shè)計。它使用的螺桿按膠料窄壓縮段螺槽中的流動狀態(tài)可分普通型冷排螺桿和強力剪切型冷排螺桿。冷喂料排氣擠出機的螺桿分為喂料段、壓縮段、節(jié)流段、排氣段和擠出段。節(jié)流段采用了淺槽等距等深螺紋,可使膠料獲得較高的剪切和穩(wěn)定的輸送過程,同時也提高了排氣效果。在冷喂料螺桿擠出機中,向擠出機中加入的是室溫的膠條。橡膠擠出機也經(jīng)常按是否用于排氣來進(jìn)行分類。
從設(shè)備結(jié)構(gòu)來看,冷喂料擠出機與熱喂料擠出機相比,一般有較長的機身,長徑比( L / D) 為 8~20,螺紋溝較淺。由于機身長、功能多,進(jìn)料溫度低,其功率比熱喂料擠出機大得多,約相當(dāng)于同規(guī)格熱喂料擠 出機的2—4倍。如德國貝爾斯托夫公司生產(chǎn)的直徑為 250ram的冷喂料擠 出機 的功率為500kw,而同規(guī)格的熱喂料擠出機僅為105kw,但生產(chǎn)能力卻比熱喂料擠出機低。冷喂料擠 出機的出現(xiàn)簡化 了生產(chǎn)工藝 ,所喂膠料不再需要熱煉,膠料在室溫下喂入擠出機,即可得到各種形狀的制品膠胚。它完全可以替代熱喂料擠出機,并可省去膠料熱煉工序,簡化了生產(chǎn)工藝,并可使機頭建立較高壓力,對提高擠出制品質(zhì)量有一定效果,因此在某些制品的生產(chǎn)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是為使膠料得到較好的塑化效果而設(shè)計的主副螺紋結(jié)構(gòu)的螺桿,使擠出產(chǎn)量受到影響,而且需要較大的驅(qū)動功率,在一些生產(chǎn)工藝中的使用受到了限制。
主副螺紋冷喂料擠出機出現(xiàn)于1970年,它的主螺紋與普通型螺桿的螺紋相同,主要結(jié)構(gòu)是在主螺紋槽中設(shè)置了具有一定高低差的副螺紋,而副螺紋則在螺距和螺棱高度上有所變化,只允許通過窄縫向前輸送膠料,從而有效地消除了普通螺桿螺槽中膠料的“死區(qū)”,強化了塑化和混煉的效果,但它對膠料的混煉質(zhì)量不均勻,消耗的能量較大。
螺紋元件的嚙合區(qū)具有較大的速度梯度,因此在嚙合區(qū)有利于物料的充分混合 。雙合金螺桿 、一字型三螺桿、三角形三螺桿和 四螺桿擠出機的嚙合區(qū)個數(shù)分別為 1 、2 、3 、4個 ,由于嚙合區(qū)個數(shù)的增加,物料混合能力也逐漸增強。三角形三螺桿和四螺桿擠出機具有特殊的結(jié)構(gòu)——中心區(qū)。中心區(qū)的物料形成環(huán)流,環(huán)流的存在促進(jìn)了中心區(qū)物料的混合,增加了物料在中心區(qū)的混合時間。經(jīng)過分析,物料不會滯留于 中心區(qū)。 雙螺桿、一字型三螺桿、三角形三螺桿和 四螺桿擠出機的流量、回流量 、回流系數(shù)以及平均剪切速率依次逐漸增大,從理論上驗證了多螺桿擠出機在物料輸運能力以及物料混合能力等 方面均具有較佳的生產(chǎn)能力,多螺桿擠出機更適合聚合物的加工。
MCT擠出機沿螺桿軸向分為進(jìn)料段、 傳遞混合段和出料段。在傳遞混合段,螺桿和機筒內(nèi)壁有螺旋相反的螺紋,在螺桿上流道數(shù)逐增、 螺紋深度逐減,在混合傳遞區(qū)中部達(dá)到極值后逐漸恢復(fù)原狀,在螺桿流道增多過程中,機筒內(nèi)壁上流道數(shù)與螺桿上流道數(shù)相反、 流道深度也與螺桿相反 。依靠機械作用進(jìn)行 的,摩擦力很小 ,因此 MC T擠 出機的螺桿長度遠(yuǎn)比普通擠出機的螺桿長度要短,僅為螺桿直徑的7倍左右。
在對擠出技術(shù)的不斷探索中,即20世紀(jì)60年代后期和90年代初開始了銷釘技術(shù)的研究,將銷釘從機筒圓周方向徑向[敏感詞]螺桿螺紋槽中,將流動的膠料進(jìn)行剪切和攪拌。膠料變成熔體以低剪切速率在螺桿螺紋中流動,逐漸形成連續(xù)的粘流體,這樣便破壞了膠料在擠出過程中的層流和結(jié)塊現(xiàn)象,打破了膠塊,達(dá)到了膠料塑化好、膠溫低和節(jié)能的效果,簡化了生產(chǎn)工藝。1979年該項技術(shù)在美國獲得了專利。銷釘式冷喂料擠出機的出現(xiàn),使冷喂料擠出機技術(shù)得到了很大的發(fā)展和提高。這種擠出機不僅在螺桿結(jié)構(gòu)上有了較大改進(jìn),而且由于在機筒上增加了銷釘,使其對膠料的塑化性能、擠出制品的致密性、擠出量都有很大的提高,并且排膠溫度較低,可滿足多種生產(chǎn)工藝的擠出要求,同時由于改進(jìn)了螺桿結(jié)構(gòu),使其驅(qū)動功率下降,單位能耗明顯降低。由于其具有塑化性能好、排膠溫度低、擠出量大的特點,在橡膠工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。