雙螺桿擠出機(jī)的發(fā)展改變了世界
縱觀雙螺桿擠出機(jī)的發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)其與塑料工業(yè)的發(fā)展是緊密結(jié)合的。比如，全球化工巨頭對(duì)同向雙螺桿擠出機(jī)的發(fā)展就起到了至關(guān)重要的作用——現(xiàn)在同向雙螺桿擠出機(jī)行業(yè)的**者Coperion（原W&P）的技術(shù)就源自Bayer；系統(tǒng)闡明同向雙螺桿幾何學(xué)的**篇公開(kāi)文獻(xiàn)則是由DuPont的Booy在上世紀(jì)七十年代發(fā)表的。
在此需要指出的是，同向雙螺桿擠出機(jī)的每一次重大技術(shù)升級(jí)均是在塑料改性（特別是工程塑料改性）的推動(dòng)下取得的。異向雙螺桿擠出機(jī)更是隨RPVC制品的發(fā)展而發(fā)展。因此編者認(rèn)為，中國(guó)的雙螺桿擠出機(jī)廠家*好與原材料供應(yīng)商合作，方有可能推陳出新，形成自己獨(dú)特的技術(shù)。
在過(guò)去的60年中，雙螺桿擠出技術(shù)是聚合物成型加工領(lǐng)域公認(rèn)的*重要的擠出進(jìn)展。雙螺桿擠出的商業(yè)發(fā)展史可追溯到20世紀(jì)50年代晚期，但其開(kāi)創(chuàng)性的工作則要再回溯20年。意大利和德國(guó)的工程師*先開(kāi)發(fā)了同向和異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，以更為有效地生產(chǎn)PVC管材。LMP(Lavorazione Materie Plastiche)公司的創(chuàng)始人Roberto Colombo，成為**個(gè)采用雙螺桿來(lái)混合纖維素醋酸鹽的人，其優(yōu)點(diǎn)在于避免了溶劑的使用。1938年，他想到用相互嚙合、同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)來(lái)對(duì)PVC造粒以供擠出成型管材之用。在此之前，PVC管是由一段一段經(jīng)液壓機(jī)壓制成型的短管拼接成的。
在聚合物合成工業(yè)界，當(dāng)純樹(shù)脂從反應(yīng)釜里聚合出來(lái)時(shí)，雙螺桿被用于對(duì)其進(jìn)行混合和造粒。時(shí)至今日，雙螺桿擠出機(jī)已被廣泛用于塑料的填充改性和增強(qiáng)改性，及反應(yīng)擠出（聚合反應(yīng)、接枝反應(yīng)等）。色母粒和擠出發(fā)泡也大都是通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)*先問(wèn)世
LMP(1996年被Owens Corning收購(gòu))*早的同向旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)可安裝雙螺桿或三螺桿，直徑*大可至109毫米。LMP于1939年初獲得了**個(gè)有關(guān)**。其*初的客戶之一為*早開(kāi)發(fā)出PVC的德國(guó)I.G.Farbenindustrie公司。
**次世界大戰(zhàn)后，LMP授權(quán)法國(guó)的Creosot-Loire(現(xiàn)在的Clextral)公司、英國(guó)的R.H.Windsor公司和日本的Ikegai Iron Works公司生產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)。1955年，Toshiba Machine 成為日本**家生產(chǎn)全嚙合異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的公司。
照片出自1962年Plastics Technology“新擠出機(jī)之螺桿”的報(bào)道：W&P采用組合式螺桿設(shè)計(jì)并配置捏合塊的ZSK系列擠出機(jī)面。
**次世界大戰(zhàn)期間, I. G. Farben開(kāi)始將捏合塊用于同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)以實(shí)現(xiàn)混合之作用。戰(zhàn)后，德國(guó) Bayer繼續(xù)進(jìn)行這方面的研究，并與1957年授權(quán)Werner and Pfleiderer GmbH（雙螺桿界鼎鼎大名的W&P公司-編者注）開(kāi)始生產(chǎn)其ZSK系列同向雙螺桿擠出機(jī)。除了捏合塊之外，雙螺桿擠出機(jī)的另一大**之舉也誕生了——采用各種螺紋元件來(lái)組成整根螺桿，從而可以根據(jù)不同的工藝要求來(lái)靈活設(shè)計(jì)螺桿。現(xiàn)在，這已成為同向雙螺桿擠出機(jī)的全球標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
1981年，德國(guó)的Berstorff開(kāi)發(fā)了能夠改善分布混合的捏合塊和螺紋元件，其原理是基于嚙合元件之間的非完全自掃。W&P則于1995年的K展上推出了劃時(shí)代的高速高扭矩同向雙螺桿擠出機(jī)（Mega系列-編者注）。Berstorff 也很快推出了高扭矩機(jī)型，但較之W&P，其自由體積更小、剪切速率更高（因其內(nèi)外徑之比更小-編者注）。
早期的異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)
1940年，Krupp 的Wilhelm Ellermann 開(kāi)發(fā)了**臺(tái)商業(yè)化的嚙合異向雙螺桿擠出機(jī)，稱為Knetwolf。1941年，Krupp申請(qǐng)了相關(guān)**，并且為I.G. Farben制造了多臺(tái)機(jī)器，螺桿直徑*高可達(dá)400mm。戰(zhàn)后，德國(guó)杜塞爾多夫的Joseph Eck&Sohne Maschinenfabrik 公司接管了Knetwolf。但W&P于20世紀(jì)50年代開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)更為高效的同向雙螺桿擠出機(jī)后，Knetwolf的歷史使命就此結(jié)束。
意大利的Carlo Pasquetti，曾與Roberto Colombo一起致力于**臺(tái)同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的開(kāi)發(fā)，*終卻選擇了另一個(gè)方向——開(kāi)發(fā)了嚙合異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速小于同向雙螺桿擠出機(jī)，并且較之混合操作，其更適合泵送之用。在歐洲和美國(guó)，分別直到1959年和1969年，異向雙螺桿擠出機(jī)才開(kāi)始大規(guī)模商業(yè)化，這主要?dú)w功于Anton Anger和 Wilhelm Anger兄弟的工作。
在1951-1952年，Anger 兄弟剛開(kāi)始用平行異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)（Luxembourg的Nouvelle Mapre SA制造）來(lái)擠出橡膠，但之后發(fā)現(xiàn)該設(shè)備并不適合擠出PVC管材。于是乎，1955年，他們開(kāi)發(fā)了他們自己的**臺(tái)異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，其螺桿為三段式結(jié)構(gòu)并且長(zhǎng)徑比為12:1。據(jù)說(shuō)這是**臺(tái)能將PVC粉料直接擠出成型管材的擠出機(jī)。
到1959年，Anger兄弟成為世界上*大的PVC管材生產(chǎn)商，擁有30條擠出生產(chǎn)線。他們?cè)?/span>Munich的公司Kunststoffwerk Gebruder Anger GmbH生產(chǎn)雙螺桿擠出機(jī)供他們自己使用。1961年，Rheinstahl集團(tuán)收購(gòu)了Gebruder Anger公司。在此之前的1959年，Anger兄弟已在Vienna開(kāi)創(chuàng)了另一家公司——Anger Plastic Verarbeitungs Maschinenbau (APM), 從事兩階平行雙螺桿擠出機(jī)的商業(yè)化生產(chǎn)。1964年，Anton離開(kāi)APM獨(dú)立發(fā)展并且在奧地利的Linz創(chuàng)辦了Anton Anger Algemeine Maschineebau (AGM)公司, 并宣稱該公司生產(chǎn)了世界上**臺(tái)錐形雙螺桿擠出機(jī)。
開(kāi)發(fā)錐形異向雙螺桿擠出機(jī)的目的是為了形成大的螺桿中心距，以便在小的擠出機(jī)上擁有較大的空間來(lái)安裝大的軸承。小的平行異向雙螺桿擠出機(jī)其軸承太小不能承受較大的負(fù)載。直到現(xiàn)在，錐形異向雙螺桿擠出機(jī)仍然是中小型PVC生產(chǎn)線的優(yōu)選配置。
1966年，**臺(tái)錐形雙螺桿擠出機(jī)從Anton Anger的AGM公司進(jìn)口到了美國(guó)。1969年，Cincinnati Milacron 收購(gòu)了AGM并于兩年后將Wilhem Anger的APM收入旗下，隨之對(duì)兩家公司進(jìn)行了合并（如今，Milacron在美國(guó)同時(shí)生產(chǎn)錐形和平行雙螺桿擠出機(jī)，其在奧地利的業(yè)務(wù)則拆分成為Cincinnati Extrusion公司，是SMS集團(tuán)的一部分）。
Schloemann獲得Pasquetti異向雙螺桿的設(shè)計(jì)（左圖，1964年的型號(hào)）；Reifenhauser收購(gòu)了Schloemann的技術(shù)并進(jìn)行了升級(jí)（右圖，1968年的型號(hào)）。（Photo：Kunststoffe雜志）
1960年，擁有生產(chǎn)50mm、80mm和1000mm Bitruder異向雙螺桿擠出機(jī)技術(shù)的Pasquetti Company, 將其設(shè)計(jì)授權(quán)給了德國(guó)的Schloemann公司。1972年，Reifenhauser購(gòu)買(mǎi)了Schloemann的雙螺桿技術(shù)，并將其應(yīng)用于PS、PE和發(fā)泡擠出?，F(xiàn)在Reifenhauser生產(chǎn)Bitruder擠出機(jī)應(yīng)用于管材、異型材和木塑擠出市場(chǎng)。
上世紀(jì)50年代后期，位于德國(guó)Bad Oeynhausen的Kestermann公司開(kāi)始制造平行異向雙螺桿擠出機(jī)。1970年，Rheinstahl收購(gòu)了Kestermann公司并將其與Gebruder Anger公司合并，*終形成了有名的Battenfeld Extrusionstechnik。
意大利的Bausano于1946開(kāi)始生產(chǎn)用于PVC擠出的的異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。之后于1965年，其異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)出口至美國(guó)。
早在1937年，德國(guó)的Paul Leistrits便生產(chǎn)了嚙合雙螺桿泵用于處理工業(yè)流體，并且在戰(zhàn)后生產(chǎn)了少量用于PVC擠出的設(shè)備。20世紀(jì)60年代后期它開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。不久之后，其也開(kāi)始了同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)。
1945年，Welding Engineers(從1998年開(kāi)始屬于NFM公司)公司開(kāi)發(fā)了用于加工硅藻土的非嚙合異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，并且在50年代早期被Standard Oil公司用于PVC和PE的擠出造粒。
1964年，Farrel 公司的Farrel Continuous Mixer（FCM）問(wèn)世，其被視為Banbury Mixer的改進(jìn)版。FCM的混合部分采用的是與Banbury轉(zhuǎn)子類似的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。之后，很多同向雙螺桿擠出機(jī)廠家，比如Krauss-Maffei、Japan Steel Works（JSW）和意大利的Pomini，將該種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于同向雙螺桿中以加強(qiáng)混合作用。
1971年，Kauss-Maffei成立了ExtrusionTechnik業(yè)務(wù)部并且從Anger公司挖來(lái)了三個(gè)工程師。針對(duì)PVC擠出, 他們開(kāi)發(fā)了雙錐形設(shè)計(jì)并且申請(qǐng)了**——螺桿從喂料段到計(jì)量段的槽深逐漸減小。該技術(shù)輔之以高扭矩設(shè)備可有效提高產(chǎn)量。
作為Anger的前工程師，HorstEigruber, 于1973年成立了Maplan公司。從1976年開(kāi)始，Maplan申請(qǐng)了**且開(kāi)始生產(chǎn)另外一種錐形雙螺桿。1998年，Eigruber申請(qǐng)了一種雙錐螺桿設(shè)計(jì)**，其與Krauss-Maffei的**剛好相反——螺桿從喂料段到計(jì)量段的槽深逐漸增大。Eigruber聲稱該設(shè)計(jì)可在高產(chǎn)量的情況下有效降低剪切。
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