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高效雙螺桿擠出機在色母改性加工中的創新應用
隨著高分子技術的快速發展和革新，越來越多的塑料制品在各個行業的應用也越來越廣泛，在航天、汽車、家電、日用、醫療、食品包裝、建筑、艦船等都能看到塑料制品的大規模應用。人們對產品的要求也越來越高，不光從安全、環保、以及人性化、外觀等方面提出更高的要求，就要求我們的色母粒也需要與時俱進，不斷的提高產品的安全、質量、性能等；也正因為我們的色母粒正好可以給我們的世界帶來更多的環保且安全的五彩繽紛的視覺盛宴，所以色母粒就像我們做飯時必須有的食鹽一樣*。
色母料是一種高濃縮、高效能的顏色配制品，通過雙螺桿擠出機把超常量的顏料均勻配混后載附于樹脂之中而制得的聚合物的復合物，毫無疑問，雙螺桿擠出機是色母粒加工的較佳選擇。
近些年，我國已經發展成為色母粒需求量增長較快的國家，隨著國內產能的增長，終端產品對高濃度和超高濃度、多功能性色母要求越來越高。為了解決以往在色母粒加工過程中的關鍵技術難題，南京科亞的工程師們通過對雙螺桿擠出機螺桿、筒體等關鍵部件的創新技術應用，解決了提高色母粒產品的質量、減少不同顏色品種切換過程中原材料的浪費等關鍵技術瓶頸。
小編這就帶各位探個究竟：
01 多項性能的優化
科亞第三代HK系列雙螺桿擠出機齒輪箱——更高的承載能力、更穩定的扭矩輸出、更長的使用壽命，為色母粒加工保駕護航。
HK系列機型的螺桿吃料能力更高，可加入更多的物料，即物料在螺桿內的填充率大幅提高，如圖1所示，可用h表示物料層的厚度，物料越厚代表填充率越高，產量越大；v代表螺桿轉速；在螺桿轉速不變、剪切率r因h變大而降低，從而降低了螺桿對物料的剪切率，如圖2所示，物料在螺桿向前推進過程中，越接近外圓，線速度越高，剪切力越強，物料填充率越高物料才會越接近小圓，剪切率才會降低，同時因為物料填充率較高，螺桿和筒體之間的金屬摩擦幾率降低。實現了產品能耗更低、產品質量更高、設備壽命更長、穩定性更好。
圖1
圖2
02 螺桿表面潤滑性的優化
在物料擠出過程中，若終產品對雜質殘留要求較高的情況下(如膜類、XLPE電纜)，螺桿在使用過一段時間后需要將螺桿抽出來進行表面清洗，以防止物料碳化粘結在螺桿表面，尤其是在色母粒作業過程中，還經常需要切換不同顏色，快速置換原料。針對這一類需求，南京科亞研發出一種螺桿表面噴涂耐磨潤滑層的配方設計：元件表面硬度達到HV3500、顏色為黑灰、涂層厚度4.0-6.0(UM)、高工作溫度900℃、摩擦系數0.3。提高表面硬度的同時，還保持著良好的涂層韌性、附著力及潤滑性。如圖3所示(左圖為表面噴涂潤滑層的新型螺桿元件，右圖是常規6542螺桿元件)。
圖3
03 筒體的優化設計與加工工藝的進步
多年來雙螺桿擠出機筒體以C型襯套結構(圖4)和整體襯套結構(圖5)為主，來適應多種聚合物的配方作業；在色母作業過程中，因需要經常切換物料，筒體內的接縫會導致不同顏色的交叉污染。
圖4
圖5
如圖4所示，C型襯套在套和套之間有一條貫穿整個設備的接縫，從而導致物料的殘留，切換顏色過程變長；如圖5所示，是填充母粒作業現場筒體拆除后的整體套，可以看出內襯套和筒體的端面已經不在一個平面上，其原因是筒體在生產過程中，受熱后筒體本體和襯套的熱膨脹系數不同導致，所以若采用整體襯套結構，在筒體和筒體之間有接縫的存在；也會導致物料的殘留，特別針對終產品為膜類的作業物料缺點尤其明顯；針對上述問題，我們開發了一種金屬燒結耐磨筒體(圖6)。
圖6
開創性的采用金屬燒結技術，將合金粉末經過特殊工藝，燒結在筒體內八字孔表面，形成一層均勻致密的合金層，該合金層不但解決了傳統方案的缺陷，且耐腐耐磨性更好，使用壽命長。有效解決了筒體內孔的拼接縫的問題，大大提高了不同物料切換的效率。
04 有效能耗降低
科亞開發了一種全新的筒體冷卻和加熱結構，如圖7所示，筒體采用全新的徑向冷卻水道設計，并使用進口的加熱元件，在提高溫控效率的同時也減少了筒體的溫差分布和熱變形，避免由此產生的局部剪切熱和硬件磨損，提高了設備和零件的使用壽命。如表1所示；
圖7
表1
參考測試數據：設定雙螺桿擠出機使用工況(絕大部分常規物料的改性作業)：加料段1~3區70~80%的時間都是在滿負載加熱狀態，4~機頭20~30%的時間在加熱；按照上述工況計算：HK53，長徑比44，按照前3節筒體80%的加熱時間，后7節30%的加熱時間計算，年開機5000小時計算：
傳統全鑄銅加熱器：
4.2x3x0.8x5000+4.2x7x0.3x5000=94500 kwh；
新型加熱棒：
2.8x3x0.8x5000+2.8x7x0.3x5000=63000kWh；
94500-63000=31500度，
全年節約電耗31500度；
節能約33%。
科亞第三代HK系列雙螺桿擠出機的技術革新，了色母行業應用范圍范圍、產能更高、能耗更低的發展趨勢；將雙螺桿擠出機與多學科(粉末合金、金屬切削加工、熱處理、陶瓷加熱等)跨界的技術合作與應用，使得HK系列機型更加適合色母行業加工生產；高扭矩和先進控制系統的應用，使得雙螺桿擠出機穩定性高，易操作，為色母行業用戶連續穩定生產提供了可靠保證。