纺丝中的机械设备-(2)螺杆挤出机

螺杆挤出机.jpeg

在化学纤维（尤其是熔融纺丝，如涤纶、锦纶、丙纶等）的生产中，螺杆挤出机被誉为整个生产线的“心脏”。它的稳定性和性能直接决定了纤维的质量和产量。

螺杆挤出机的主要任务可以概括为以下三个核心过程：

输送与压实： 将来自料斗的切片（颗粒状或粉状聚合物）稳定、均匀地向前输送，并在输送过程中将其压实，排出夹带的空气。
熔融与塑化： 通过外部加热（电加热器）和内部剪切生热（螺杆旋转产生的机械能），将固体的聚合物切片完全熔化成粘流态的熔体，并使其各部分的温度和粘度均一化。
计量与增压： 将均一的聚合物熔体以恒定不变的压力和流量输送到纺丝组件（喷丝板），为后续的纺丝成型提供稳定的条件。

简单来说，它完成了 “固体 → 均一熔体 → 稳定输出” 的整个过程。

1.png

一台典型的纺丝用螺杆挤出机主要由以下几部分组成：

驱动系统：
- 电机与减速箱： 提供螺杆旋转的动力，并能精确控制螺杆的转速。转速的稳定性直接决定了输出熔体的流量稳定性。
挤压系统（核心部分）：
- 机筒： 一个耐高温、耐高压的金属圆筒，内部光滑。外部装有分段式的加热器和冷却风扇，用于精确控制温度。
- 螺杆： 挤出机的“灵魂”。是一根表面有螺旋槽的金属杆，在机筒内旋转。其结构设计至关重要。
加料系统：
- 料斗： 储存和供给聚合物切片的容器。通常带有干燥装置（如充填干燥空气）或与单独的干燥系统相连，以防止切片含水率过高导致熔体水解降解。
- 加料装置： 确保切片能均匀、无架桥地进入机筒。
加热与冷却系统：
- 加热器： 通常为电阻加热器，分段包围在机筒外，对物料进行加热。
- 冷却装置： 通常是风冷（冷却风扇），防止因螺杆剪切生热过多导致机筒局部温度过高，实现温度的精确控制。
控制系统：
- 温控系统： 精确控制各加热区的温度。
- 压力传感器： 监测机头熔体压力，是判断滤网是否堵塞、螺杆工作是否正常的关键参数。
- 转速控制： 精确控制螺杆转速。

2.png

3.png

螺杆是技术核心，其设计非常讲究。根据功能，通常分为三个区段：

加料段：
- 功能： 负责从料斗接收固体切片，并将其向前输送和预热。
- 特点： 螺槽深度最深，容积恒定，确保稳定的固体输送。
压缩段（过渡段）：
- 功能： 这是物料发生相变（固体→熔体）的区域。螺槽容积逐渐减小，对物料产生巨大的挤压和剪切作用，同时排出空气。强烈的剪切和外部加热共同作用，使物料彻底熔融。
- 特点： 螺槽深度由深变浅，是螺杆设计中最重要的部分。其长度和压缩比是关键参数。
计量段（均化段）：
- 功能： 对已熔融的物料进行进一步的均化（温度、粘度、组分），并像一台计量泵一样，以稳定的流量和压力将熔体输送到机头。
- 特点： 螺槽深度最浅且恒定，产生稳定的挤出压力。

关键参数：

长径比（L/D）： 螺杆有效长度与直径的比值。这是衡量螺杆性能的一个重要指标。纺丝用螺杆通常具有较大的长径比（如24:1, 28:1, 30:1甚至更高）。长径比越大，意味着物料在机筒内停留时间越长，熔融和混合更充分，温度更均一，但制造难度和成本也越高。
压缩比： 加料段第一个螺槽的容积与计量段最后一个螺槽的容积之比。它反映了物料被压缩的程度。合适的压缩比对于有效排气和良好塑化至关重要。

与塑料成型用的挤出机相比，纺丝用螺杆挤出机要求更为苛刻：

在纺丝流程中，螺杆挤出机扮演着不可替代的角色。它将固态的聚合物原料转化为均一、稳定、纯净的熔体，为后续的纺丝组件（计量泵、过滤器、喷丝板） 提供合格的“原料”，最终纺制成性能优良的化学纤维。其技术水平是衡量一个化纤工厂制造能力的关键标志之一。