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2021-12-29

 此篇文章会着重介绍在10到15年间,双螺杆挤出机显著的进步和发展,包括高扭矩(能量)设计的实现,同时更高转速的使用带来的操作灵活性和产能的提高,以及最后对于加工处理低堆积密度物料的工艺突破。

虽然同向旋转双螺杆设备的几个基本概念在二十世纪早期就被Wuensche [1]和Easton [2, 3]申请专利,但同向旋转设计是基于Erdmenger元件剖面自清洁几何学原理的,此设计是目前市场上使用的所有双螺杆挤出系统的理论基础。

自清洁剖面元件的初步设计和开发可见于德国专利862,668,此专利于1952年被W. Meskat和R.Erdmenger申请,优先期到1944年(没有美国的专利)。那个时候此设计的目的是混合高粘度的液体,如聚合后反应产物。

上述专利以及相关的一系列专利(属于Erdmenger或他在Bayer的某个同事),确定了基础设计参数,并最后于1950年由Werner和 Pfleiderer开发和商业运用ZSK双螺杆挤出机,以及之后50多年出现了很多复制机型。此设计的关键特征在于其两根螺杆的自清洁性能。它能消除物 料在挤出机工艺段行进时的停滞和可能导致的降解。

自清洁几何学螺杆发明的价值在于这对于同向旋转双螺杆挤出系统来说是一个基础专利,而此双螺杆系统目前被广泛应用于塑料、食品和化学领域。(关于最近的发 展,请见由Andersen发表的ANTEC 2009论文[4]和White于1991年发表的Twin Screw Extrusion [5]。)

自从同向旋转双螺杆挤出机基础理论被提出后,有了一系列技术上重大的持续改进。包括Bierdel发明的一系列新的螺杆元件[6],有更高自由容积的双头剖 面元件(最初在Erdmenger专利上使用的是自由容积较低的三头元件),输送能量更高效的新的螺杆芯轴,以及最新的工艺应用技术[7]。而其中最重要 的一个步伐是高转速/高扭矩配混技术基本面的识别[8]。这是由Heidemeyer于2000年3月28日申请的美国专利6,042,260的基础。

高扭矩,高转速双螺杆配混技术

自从第一代高扭矩、高转速ZSK MegaCompounder (Mc)于90年代中期被推出市场以来,新的能量传输技术(传动箱、芯轴和材质)允许在Mc比扭矩11.3的基础上,额外增加50%升级到比扭矩为18的 Mc18(PVF: Md/a3[Md = 扭矩,a = 中心距])。

提高能量传输能力的影响在于配混行业产能(生产率)的显著提高,更高的效率和系统适应度。