擠壓膨化機(jī)主要由一個(gè)機(jī)筒和在膨化機(jī)筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿等部件組成,有單螺桿擠壓膨化機(jī)和雙螺桿擠壓膨化機(jī)兩大類。在擠壓加工過(guò)程中,物料從喂料口進(jìn)入模腔,由螺桿推動(dòng)向前輸送時(shí),受到擠壓、混合、壓縮和剪切。由于推動(dòng)力、摩擦力和剪切力及外加熱的作用,物料受壓變熱,達(dá)到高溫、高壓狀態(tài),熟化成為改性的糊狀物。當(dāng)物料從前面的模孔擠出后,由于溫度和壓力突然降至常溫、常壓狀態(tài),致使物料內(nèi)水分急劇汽化蒸發(fā),體積迅速膨脹,成為膨化物。
一、單螺桿擠壓膨化機(jī)
單螺桿擠壓膨化機(jī)的螺桿由一根軸把各種結(jié)構(gòu)的螺桿單元連接組成。整個(gè)螺桿由三段組成:喂料段、揉合段及熔融均化段。物料從喂料口進(jìn)入機(jī)筒后,在螺桿中經(jīng)歷固體輸送、熔融和均化過(guò)程,使物料從松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變成連續(xù)可塑的面團(tuán)狀。
在單螺桿擠壓腔中物料基本上緊密圍繞在螺桿的周圍,呈螺旋形的連續(xù)帶狀,螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料沿著螺旋就像螺母一樣向前移動(dòng),但當(dāng)物料與螺桿的摩擦力大于物料與機(jī)筒的摩擦力時(shí),物料將與螺桿產(chǎn)生共轉(zhuǎn),這就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的向前擠壓和輸送作用了。當(dāng)物料的水分、油分越高,這種趨勢(shì)就越明顯。為避免這些問(wèn)題,現(xiàn)在大多數(shù)的單螺桿擠壓膨化機(jī)采用分段式,單、雙螺旋,壓力環(huán)與捏合環(huán)交錯(cuò)排列的組合螺桿和內(nèi)壁開(kāi)槽機(jī)筒,以適應(yīng)機(jī)腔內(nèi)物料的變化情況。
二、雙螺桿擠壓膨化機(jī)
雙螺桿擠壓膨化機(jī)是多螺桿擠壓膨化機(jī)中的一種,是在單螺桿擠壓膨化機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,在雙螺桿擠壓膨化機(jī)的機(jī)筒中,并排安放兩根螺桿,故稱雙螺桿擠壓膨化機(jī)。根據(jù)螺桿的相對(duì)位置可分為嚙合型與非嚙合型,嚙合型又可分為部分嚙合型和全嚙合型;根據(jù)螺桿的旋向可分為同向旋轉(zhuǎn)與反向旋轉(zhuǎn)兩類,反向旋轉(zhuǎn)又可分為向內(nèi)和向外兩種。
同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿壓力區(qū)性質(zhì)不同,物料在套筒內(nèi)腔受螺桿的旋轉(zhuǎn)作用,產(chǎn)生高壓區(qū)和低壓區(qū)。顯而易見(jiàn),物料將沿著兩個(gè)方向由高壓區(qū)向低壓區(qū)流動(dòng):一是隨螺桿旋轉(zhuǎn)方向沿套筒內(nèi)壁形成左右兩個(gè)C形物料流,這是物料的主流;另一個(gè)是通過(guò)螺桿嚙合部分的間隙形成逆流。產(chǎn)生逆流的原因是左螺桿把物料拉入嚙合的間隙,而右螺桿又把物料從間隙中拉出,結(jié)果使物料呈“∞”字形前進(jìn),改變料流方向。這不僅有助于物料的混合和均化,而且還使螺桿的齒槽間產(chǎn)生研磨(即剪切)與滾壓作用,出現(xiàn)壓延效應(yīng),這個(gè)效應(yīng)與反向螺桿壓延效應(yīng)相比要小得多。當(dāng)然,壓延效應(yīng)小,物料對(duì)螺桿的磨損也就減小,物料就是這樣經(jīng)過(guò)輸送、剪切、混合和機(jī)筒外殼的加熱,在高溫、高壓的作用下達(dá)到熟化,最后被擠出筒外。
反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓膨化機(jī)一般采用兩根尺寸完全相同,但螺紋方向相反的螺桿。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn)的區(qū)別在于壓力區(qū)的位置不同,雙螺桿向內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力為上高下低,物料通過(guò)雙螺桿時(shí),在入口會(huì)產(chǎn)生極高的壓力,造成進(jìn)料困難,目前這種向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)式很少采用;雙螺桿向外旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力為上低下高,有利于進(jìn)料。但反向旋轉(zhuǎn)與同向旋轉(zhuǎn)相比,物料在螺桿內(nèi)形成的C形物料流不能從一根螺桿移向另一根螺桿,物料產(chǎn)生的混合程度顯著降低,其自潔能力也沒(méi)有同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿有效和穩(wěn)定。
反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿由于上下有壓力差,產(chǎn)生使螺桿向兩側(cè)偏移的分離力F,螺桿在F作用下壓向機(jī)筒,加速了機(jī)筒和螺桿的磨損,且轉(zhuǎn)速越高,F(xiàn)越大,磨損越嚴(yán)重,從而限制了螺桿的轉(zhuǎn)速;而同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿不存在分離兩螺桿的力,故磨損較小,可高速運(yùn)轉(zhuǎn),并能達(dá)到很高的產(chǎn)量,故同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿應(yīng)用較廣泛。
物料所需要的熱量來(lái)源,除了與單螺桿相同的部分外,大部分來(lái)自嚙合間隙;受嚙合螺紋的剪切、擠壓和混合,產(chǎn)生熱量,并使熱量均勻化。間隙的大小對(duì)膨化質(zhì)量影響很大,間隙小、剪切力大,但通過(guò)的物料量減少;間隙大,通過(guò)的物料量增加了,但剪切力減小。雙螺桿強(qiáng)制輸送和自潔的特性,使物料在機(jī)筒中停留時(shí)間短而均勻;雙螺桿良好的混合性能使物料得到的熱量及時(shí)均化,加快了物料的熟化程度,減少了料溫的波動(dòng),提高了膨化產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
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