1 介绍 

挤出机作为高聚物生产、改性、和成型加工的主要设备，已越来越得到广泛应用，目前塑料成形加工总量约有1/3是挤出机上完成的。绝大部分高聚物生产过程中，下游工序都是用挤出机进行脱水、脱挥、干燥和造粒的。挤出机的性能对挤出物的质量有重要影响，因此如何提高挤出机的性能一直是塑料加工技术工作者关注的热点。随着国民经济高速发展和现代国防建设的需要，对高分子材料的品种、性能和质量提出更高要求，从而要求有新的混炼技术和装备来满足这个需要。为此，美国、瑞士、日本、德国等发达国家相继推出FCM连续混炼机、BUSS混炼机（往复式单螺杆销钉挤出机）、KCK混炼机（串联式磨盘挤出机）、Pomini密炼机和同向平行双螺杆挤出机等新型混炼机。尽管这些混炼机的结构、原理有所不同，但它们都有共同追求的技术目标，即、多功能、经济地完成混炼的三要素：剪切、分流和置换。在特种挤出机的研究领域，经我国广大科技工作者努力，在一些主要的几种如排气挤出机、串联式磨盘螺杆挤出机、往复式单螺杆销钉挤出机、发泡挤出机、带熔体齿轮泵的挤出机、串联式多阶挤出机、行星螺杆挤出机等在均有厂家生产，具备了独立研究的能力，共享有自主知识产权，目前已进入系列化开发研制阶段。下面将着重就串联式磨盘螺杆挤出机和往复式单螺杆销钉挤出机的应用范围、新一代机型的开发研制以及理论研究进行阐述。

2 应用范围

2.1 串联式磨盘挤出机

串联式磨盘挤出机适用于从橡胶、塑料到陶瓷等各类工业材料的连续密炼机；可制取其它螺杆挤出机无法加工的特殊高分子合金材料及高填充的物料，列如：塑料的纳米熔融插层改性，如PET/MMT熔融插层改性；塑料与有机填充料的共混改性，PVC与木粉的共混改性；热敏性物料的共混，如粉末涂料的制备；再生胶脱硫；一步法PVC异型材成型。如图1所示

2.2往复式单螺杆销钉挤出机，又称Buss机，不仅是生产塑料粉料和涂料的理想设备，而且还适用于工程塑料、电线电缆料、软硬PVC、热固性塑料以及各种色母料的配混、造粒和成型。尤其在加工那些要求混炼质量高而且又对剪切和加热比较敏感的物料时，该机更能显示出其“三低一高”（低压力、低剪切、低温升和高混炼质量）的特有优势。图2所示

3 新一代机型的开发研制

3.1 新一代串联式磨盘挤出机

新一代串联式磨盘挤出机的设计开发是在本实验室现有机组的基础上进行的。新一代机型的加料段中螺杆采用锥形大导程螺纹元件，机筒内衬套上开设有轴向沟槽，以加大螺杆加料段输送和建压能力，其结构三维模型如图2所示；新一代机型的螺杆仍然采用组合的形式（见图3），但动盘与定盘之间的间隙采用非等间隙设计，更有利于物料的分散混合；计量段螺杆几何参数进行了优化设计，采用小导程螺纹元件，起到稳定挤出和建立压力的作用。

除了挤压系统外，新机型的加热冷却系统也在原有基础上进行了改进。新机型的加热冷却方案如下：1螺杆芯轴内部通入导热油，通过控制导热油温度来控制螺杆温度；2加料段机筒通入冷却水进行强制冷却；3熔融段机筒、计量段机筒和机头机筒采用导热油加热冷却方式，熔融段每段定盘、计量段机筒和机头采用独立温控。

3.2 新一代往复式单螺杆销钉挤出机

目前，往复式单螺杆销钉挤出机的技术和市场基本上被瑞士Buss公司垄断，为了打破垄断，我校橡胶塑料机械研究运用CAE/CAD技术，对往复式单螺杆销钉挤出机的运动轨迹进行了动态模拟，对其流场进行了数值计算，在此基础上开发研制了有自主知识产权的WXJ-45型往复式单螺杆销钉挤出机，并配置了自行研制成功的熔体齿轮泵。近年来一直在进行该类机组的系列化开发区以及新型混炼元件的研制，图4为WXJ-140往复式单螺杆销钉挤出机挤压系统三维造型，图5为新一代四排销钉混炼元件三维模具。

4 混合性研究

众所周知，混合分为两种，分散混合和分布混合。理论研究中，将这两种机型的混炼性能作为研究。

4.1串联式磨盘挤出机

图6的6幅图片描述了磨盘挤出机分布混合过程。（1）中物料处于入口位置，随着动盘旋转物料进入动盘和定盘的间隙，不同颜色的粒子的位置发生相对改变，即发生了分布混合（见（2）～（6））。从（2）和（3）对比可以看出，随着物料在动盘和定盘的间隙的输送，同种颜色聚团现象越来越少。图（4）～（6）是动盘的另外一面，可见，当物料爬过动盘顶部，进入动盘与另一定盘之间间隙后，分布混炼的效果就更加。从磨盘的混炼原理来看，其分散混合性能主要就体现在动盘和定盘之间相对运动所产生的剪切应力。磨盘转动速度越快，动盘和定盘之间的间隙越小，产生的剪切速率越大，剪切应力越大，越有利于分散相在主体聚合物中的分散混合。对新一代磨盘机来说，每段定盘都采用高精度独立温控系统，再加上磨盘非等间隙设计，可将处于动盘和定盘间的物料温度控制在结晶温度范围内，这样可以将分散相固定于主体聚合物中，使得剪切应力更有效的作用于分散相，从而更有利于分散相充分破碎，以达到较好的分散混合性能。