半個世紀以來，我國的塑料工業(yè)經(jīng)歷了從無到有，從小到大的發(fā)展過程，尤其是改革開發(fā)二十年來得到高速發(fā)展，已初步形成了部類齊全的工業(yè)體系，從產(chǎn)量上己躋身于世界先進行列。據(jù)有關(guān)資料介紹，我國1999年塑料原料的產(chǎn)量為760萬t，僅次于美、日、德、韓，居世界第五位:而塑料制品的產(chǎn)量己超過1500噸，僅次于美國，躍居世界第二位。塑料機械行業(yè)是為塑料工業(yè)提供技術(shù)裝備的行業(yè)，強勁的市場需求促進塑料機械工業(yè)的發(fā)展。以2000年為例，我國塑料機械工業(yè)總產(chǎn)值為85.28億元，進口設(shè)備耗費外匯l3－l5億美元，超過國內(nèi)塑機總產(chǎn)值。其中擠出機組產(chǎn)量7784臺，同向平行雙螺桿擠出機844臺、異向平行及錐形雙螺桿擠出機1255臺，擠出機組進口1817臺，耗資1.16億美元，出口1625臺，創(chuàng)匯0.15億美元，產(chǎn)品的總體技術(shù)水平相當于先進國家的八十年代水平。當然也不乏一批具備九十年代乃至當今國際領(lǐng)先水平的產(chǎn)品，但一些專用性強的高新技術(shù)產(chǎn)品還需依賴進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，近年來我國擠出機的進口量呈現(xiàn)出逐年遞減之勢，2000年比1999年進口臺數(shù)減少了5.3%，外匯支出減少了32.7%，而出口臺數(shù)減少了73%，創(chuàng)匯卻增加了12.3%，這說明國產(chǎn)擠出機技術(shù)含金量有一定的提高，出口的價格也相對上漲。 在我國塑料加工業(yè)中，幾乎1/3－1/2的塑料制品是通過擠出成型來完成。作為塑機的第二大類產(chǎn)品，擠出成型機組的產(chǎn)量和銷售額約占塑料機械的20－25%，其生產(chǎn)廠家分布在機械、輕工、化工、石化、建材、軍工等行業(yè)，在地域上多集中在塑料加工業(yè)發(fā)達地區(qū)，如江浙、遼寧、山東、廣東等東南沿海地區(qū)。全國124家主要塑機企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值為38.7億，東南沿海就占了70%以上:全國生產(chǎn)擠出機的廠家超過百家，多數(shù)為民營或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，約占塑機行業(yè)廠家的60%，擠出機的品種占塑料機械品種的30%，這個比例還有逐年上升趨勢。全國每年能夠生產(chǎn)300臺(套〉以上擠出機機組的廠家僅有3、4家，大部分企業(yè)只能生產(chǎn)低檔次的老產(chǎn)品，難以達到經(jīng)濟規(guī)模，尤其在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面與發(fā)達國家相比差距較大。由于專業(yè)水平和產(chǎn)品技術(shù)含量低，決定了產(chǎn)品的附加值低，從而使企業(yè)的整體效益不高，在國際競爭中處于劣勢。 1． 常規(guī)單螺桿擠出機組現(xiàn)狀和技術(shù)水平分析 在常規(guī)單螺桿擠出機組的性能方面，我國己能生產(chǎn)螺桿直徑為∮12－∮250mm多種規(guī)格、門類齊全的擠出機組，長徑比太多在25－30范圍。一些新型的混煉元件如分離型、屏障型、分流型、變流道型以及流束位置變換型等說煉元件得到了較為廣泛的應(yīng)用:螺桿最高轉(zhuǎn)速:直徑∮150－∮200的大型擠出機加工烯烴類物料時為50－75r/min，加工PVC等熱敏性物料時為5－42r/min:直徑∮30以下的小型機器加工烯烴類物料時為l60－200r/min，加工PVC等熱敏性物料時為18－l20r/min:北京化工大學(xué)研制成功的∮l2mm手提式單螺桿排氣擠出機為1200r/min。而國外單螺桿擠出機螺桿直徑最小∮6mm，最大為∮700mm，最大長徑比達60。日本池貝公司∮30單螺桿擠出機最高螺桿轉(zhuǎn)速為3000r/min，擠出機300kg/h，遠遠高于我國同規(guī)格機器實際產(chǎn)量l4kg/h的水平. 由于常規(guī)單螺桿擠出機與其它擠出機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維修方便、價格低廉、操作容易等特點.在我國相當長時間內(nèi)仍有很大市場，因此如何使常規(guī)單螺桿擠出機優(yōu)質(zhì)、高效、多功能化，仍然是我國塑機研究工作者的艱巨任務(wù)。 2.特種擠出機現(xiàn)狀和技術(shù)水平分析 在特種擠出機的研究領(lǐng)域，經(jīng)我國廣大科技工作者努力，在一些主要的機種如排氣擠出機、串聯(lián)式磨盤螺桿擠出機、往復(fù)式銷釘螺桿擠出機、發(fā)泡擠出機、帶熔體齒輪泵的擠出機、串聯(lián)式多階擠出機、行星螺桿擠出機等在國內(nèi)均有廠家生產(chǎn)，具備了獨立研發(fā)的能力，并享有自主知識產(chǎn)權(quán)，目前己進入系列化開發(fā)研制階段。華南理工大學(xué)發(fā)明并研制成功的塑料電磁動態(tài)塑化擠出機以及系列產(chǎn)品，己投入批量生產(chǎn)。北京化工大學(xué)最新研制成功的三類特種擠出機∮l2手提式高速排氣擠出機，∮28熔體齒輪泵擠出機和CPJ75/l35串聯(lián)式磨盤擠出機。 綜上可以看出，經(jīng)過十幾年的努力，我國在特種擠出成型技術(shù)與裝備的研究水平和開發(fā)能力方面與國際先進水平的差距并不是很大，一些新型混煉裝備的主要機種國內(nèi)基本都能生產(chǎn)，在某些領(lǐng)域還有所突破。但是如何將樣機轉(zhuǎn)化為定型產(chǎn)品，進而實現(xiàn)系列化生產(chǎn)，尚需一段時間。 2． 異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出成型機的現(xiàn)狀與技術(shù)水平分析 3.1異向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿擠出機 異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機有許多種類型，可分為平行和錐形兩大類，前者兩根螺桿的軸線互相平行，后者兩根螺桿的軸線相交成一角度。目前流行的平行異向雙螺桿擠出機多為在嚙合區(qū)縱橫向都封閉，即共軛型的。錐形雙螺桿擠出機與嚙合型平行異向雙螺桿擠出機的工作機理基本相同。如果將其設(shè)計成嚙合區(qū)螺槽縱橫向皆封閉的，則其輸送能力和建壓能力都很強，因其加料端兩螺桿軸線間有較大的空間，可以采用大的止推軸承和扭矩分配齒輪，從而能承受高扭矩和高推力負荷，很適合硬聚氯乙烯類制品的擠出成型。鑒此，目前國內(nèi)PVC制品擠出成型加工中大多采用錐形雙螺軒擠出機。但當螺桿直徑大到一定程度時，錐形雙螺桿擠出機需要大尺寸的止推軸承和扭矩分配齒輪，使得機器結(jié)構(gòu)過于龐火，因此大型設(shè)備多采用平行異向雙螺桿擠出機。目前串聯(lián)式軸承的設(shè)計制造已不成為問題，因而錐形和平行雙螺桿擠出機兩者傳動系統(tǒng)制造難易的差異正在縮小，較突出的問題是錐形雙螺軒機螺桿及機筒的加工制造難度較大，且磨損較大，制造成本比平行機要高，因此目前螺桿直徑在∮55－80mm范圍內(nèi)的異向雙螺桿擠出機多采用錐形雙螺桿機。而直徑∮80以上者多采用平行異向雙螺桿機，直徑∮30左右的平行異向雙螺桿機，多用于實驗室等場合。異向雙螺軒擠出機與單螺桿擠出機的主要差別有兩點:首先，是它們的輸送機理不同。單螺桿擠出機中的物料傳送是拖曳型流動，國體輸送過程為摩擦拖曳，熔體輸送過科為粘性拖曳，國體物料與金屬表面之間摩擦系數(shù)的大小以及熔體物料的粘度在很大程度上決定了單螺桿擠出機輸送能力的強弱:嚙合型異向雙螺桿擠出機中物料的傳送是正位移輸送，隨著螺桿的回轉(zhuǎn)，物料被相互嚙合的螺紋強制性地向前推進，其正位移輸送的程度取決于一根螺桿的螺棱與另一根螺桿的螺槽的接近程度。用緊密嚙合的異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機可獲得最大的正位移輸送。 其次，二者的速度場不同。單螺桿擠出機中速度分布相對來說比較明確并且易于描述，雙螺桿擠出機中的情況則相當復(fù)雜且描述困難，這主要是由于雙螺桿擠出機中嚙合區(qū)的存在造成的。許多研究者通過忽略雙螺桿擠出機中嚙合區(qū)的漏流對其流場做了分析，然而發(fā)生在嚙合區(qū)的漏流與雙螺桿擠出機的混合特性和總體行為有很大關(guān)系，因此在不計嚙合區(qū)漏流的情況下所做的流場分析雖然具有一定的參考價值，但其實用價值不大。由于發(fā)生在嚙合區(qū)的復(fù)雜流動使得雙螺桿擠出機具有混合充分、熱傳遞均勻、熔融能力強、排氣性能良好等諸多優(yōu)點，所以仍有許多科研工作者為了更準確地分析嚙合區(qū)的流動正在做著不懈的努力。 與單螺桿擠出機相比異向雙螺桿擠出機具有很多優(yōu)點:①加料容易。由于雙螺桿擠出機是靠正位移原理輸送物料，因此可以加入粘度很高或很低的物料以及帶狀料、糊狀料、粉料等。②物料在雙螺桿擠出機中停留時間短，滯留時間分布窄，因此雙螺桿擠出機適于加工熱敏性物料。③優(yōu)異的排氣性能。這是嚙合型雙螺軒的自潔功能使得物料在排氣段獲得完全的表面更新所致。④優(yōu)異的混合、塑化效果。⑤低的比功耗。雙螺桿擠出機的比功耗比單螺桿擠出機低百分之三十左右。這使得雙螺軒擠出機在節(jié)能、降耗方面具有明顯的優(yōu)勢。 雙螺桿擠出機中兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向和嚙合程度的不同，導(dǎo)致了同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機和異向旋轉(zhuǎn)雙螺擠出機不同的泵送、混合和流動機理，同時也決定了這兩類擠出機不同的用途。在嚙合型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機中，物料在螺槽中的流動?quot;∞"字形螺旋流動。并且同向雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速較高，使得物料所受剪切作用較大。這些特點使得同向雙螺桿擠出機具有優(yōu)異的分散混合及分布混合能力、較窄的停留時間分布、優(yōu)良的自清理效果等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于聚合物配混(共混、填充、增強)、排氣(脫揮〉及反應(yīng)擠出(聚合物聚合及反應(yīng)型改性)等領(lǐng)域。但與異向雙螺桿擠出機相比同向雙螺桿擠出機的輸送效率較低，建壓能力比較差，因此一般不能用來直接擠出成型。若想獲得高的擠出壓力，則需在下游接聚合物熔體齒輪泵或接第二階單螺桿擠出機，這會使機器設(shè)備成本提高。 在嚙合型平行異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機中，物料被封閉在繞每根螺桿的C型小室中，作類似于齒輪泵中的正位移輸送。異向雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速較低，物料剪切發(fā)熱量小，因此它對物料的熱穩(wěn)定性要求不高，可以在物料成剛滿度范圍的下限進行操作，因此物料不容易分解，特別適用于熱敏性物料(PVC)的成塑加工。與同向雙螺軒擠出機相比，異向雙螺桿擠出機輸送效率高、排氣效果及熔融效果好，對物料的分散混合效果較差，但建壓能力強，因而可用來直接擠出制品。另外異向雙螺桿擠出機特別適于加工PVC粉料，可直接加入粉料而省去造粒工序，使制品成本下降百分之二十左右。異向旋轉(zhuǎn)雙螺軒擠出機主要用于擠出PVC管材，型材，板材和造粒。 近幾年來，異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機在國內(nèi)外得到了突飛猛進的發(fā)展。現(xiàn)在國外異向雙螺桿擠出機的研究重點為擴大其應(yīng)用范圍，提高其技術(shù)性能指標，提高整個機組的配套性和應(yīng)用先進的測控系統(tǒng)。 與發(fā)達國家相比，我國在雙螺桿擠出機的設(shè)計制造及應(yīng)用方面存在很大的差距。國內(nèi)觀螺桿擠出機開發(fā)及研究工作起步較晚，因此產(chǎn)品檔次較低，系列化程度低，多數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)水平、螺桿、機筒的精度、整機性能和質(zhì)量與目前發(fā)達國家的發(fā)展水平有一定差距。目前，我國生產(chǎn)的異向旋轉(zhuǎn)雙螺軒擠出機多為錐形雙螺桿擠出機，平行異向雙螺桿擠出機很少，并且多為中、小型機，國內(nèi)所需的大型異向雙螺桿擠出機幾乎全部依賴進口。在雙螺桿擠出機的設(shè)計、計算以及制<