整整80年前，塑界發(fā)生了一件大事——能夠制造出聚合物加工用的雙螺桿擠出機，誕生了！
80年過去了，雙螺桿擠出機已經(jīng)了廣泛應(yīng)用，許多行業(yè)都能看見它的身影。例如：高分子合金共混、PVC管材、食品行業(yè)、制藥行業(yè)等。接下來，我們談?wù)勲p螺桿擠出機的發(fā)展歷程。
從單到雙，應(yīng)用范圍大大提升
早在19世紀中葉，擠出機就已經(jīng)在工業(yè)中普遍應(yīng)用了。但那時候的擠出機都屬于單螺桿擠出機，主要應(yīng)用在瓷器黏土、橡膠、食品工業(yè)三大領(lǐng)域。
人們發(fā)現(xiàn)，單螺桿擠出機輸送物料的效率受介質(zhì)本身的流變性能影響很大，并且，螺槽根部的物料滯留嚴重，所以發(fā)明家們一直在尋找可以解決上述問題的方案。
土爆了對不對？然而，他就是**上**個提出意義上的雙螺桿擠出機的人。雙螺桿擠出機的發(fā)明，將擠出機在工業(yè)中的應(yīng)用大大提升了。當(dāng)然，改進仍在繼續(xù)。
歷史轉(zhuǎn)折，雙螺桿擠出機取代液壓機
80年前，也就是1938年，意大利LMP公司創(chuàng)始人Roberto Colombo***制造出聚合物加工用的雙螺桿擠出機，并且用來制造PVC管材。
這是一個歷史性時刻！因為此前，PVC管材都由液壓機壓制成型的。從那一刻開始，液壓機開始被雙螺桿擠出機取代。而這，還只是雙螺桿擠出機的初嘗試。
Colombo Roberto在美國申請的一系列中的一篇——screw press for mixing and extruding plastic materials（1951）
由上圖可見，Colombo的螺桿全部由輸送元件組成，這是因為他的設(shè)計初衷是擠出成型，所以并沒有考慮混合效率的問題。
1939年，Colombo對雙螺桿擠出機進行改進，直徑做到109mm。同年，他獲得了**個客戶——德國IG法本公司。雙螺桿擠出機開始市場認可。
不過，此時雙螺桿擠出機的制造與應(yīng)用還沒有達到科學(xué)性的高度，可以說應(yīng)用遠遠于理論。
繼續(xù)改進，克服又一個難題
直到1940年代，一支由數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、工程師和一批機械專家組成的隊伍，在德國薩克森-安哈爾特州的IG工廠，開始了系統(tǒng)性研究這類嚙合同向雙螺桿擠出機。其中就有大名鼎鼎的W. Meskat，A. Geberg和Rudolf Erdmenger。（不會念這些名字？沒關(guān)系，看個意思就行）
他們的任務(wù)是，開發(fā)出一臺可以用來處理高粘度體系混合問題的化工設(shè)備。
大家知道，單螺桿擠出機的缺陷在于其輸送能力與輸送介質(zhì)流變特性非常相關(guān)，為了克服這一難題，他們再次把注意力放在了同向嚙合雙螺桿擠出機。
技術(shù)突破，聚合物共混擠出機***量產(chǎn)
1950年代，有了數(shù)年的研究積累，W. Meskat和R. Erdmenger等人把雙螺桿擠出機的一些關(guān)鍵性參數(shù)進行定義并整理，使擠出機的理論研究走向規(guī)范化。下為數(shù)篇中的一篇，可以看出，當(dāng)時的擠出機已經(jīng)以單頭元件為主，中還公開了嚙合元件的應(yīng)用。
1957年，獲得許可的WP公司推出了**臺共混用的雙螺桿擠出機ZSK系列。ZSK即為德語Zweiwellige Knetscheiben-Schneckenpresse的縮寫，意為“雙軸嚙合盤型擠出機”，同時也推出了可以進行自由模塊組合的擠出機。該擠出機很快進行了量產(chǎn)。
**臺用于聚合物共混的雙螺桿擠出機（1950年代）
超越限制，不斷提高產(chǎn)量
WP公司推出的ZSK機型相比于同時期的單螺桿擠出機在產(chǎn)量并沒有很大優(yōu)勢，這主要是受制于齒輪箱設(shè)計加工技術(shù)，更準確地說，是軸向止推軸承的限制。
因為雙螺桿一旦確定中心距以后，需要軸承在有限的尺寸下提供足夠大的推力。同時需要把電機的扭矩均勻地分配給兩根螺桿。這在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇與熱處理、加工制造上都很困難。
歷代ZSK機型比扭矩發(fā)展-科倍隆
另一個限制產(chǎn)量的主要因素是比扭矩。比扭矩意味著在單位空間體積上，擠出機可以提供的扭矩極限，該參數(shù)的大小往往決定著擠出機的產(chǎn)量性能：比扭矩越高，代表相同螺桿直徑下的產(chǎn)量越高。
其實，比扭矩并非越高越好，因為擠出機工藝是個復(fù)雜的系統(tǒng)，高比扭矩意味著更高的產(chǎn)能，代表著更低的單位機械能，而產(chǎn)品終的熔溫相較于低比扭設(shè)備會有所降低，但是這對于混合質(zhì)量、脫揮效率等也帶來了不利因素。因此，如何平衡這些參數(shù)是使用者****考慮的。
從1960年代起，在聚合物加工領(lǐng)域逐漸普及后，伴隨著市場需求，擠出機的各項參數(shù)指標也在不斷進步。人們意識到，想要做出更好的產(chǎn)品，需要在一定的混合質(zhì)量的要求下，盡量縮短停留時間，降低熔體溫度，提高產(chǎn)量。
65mm機型產(chǎn)量的更新
由圖可以看到，以65mm機型為例，從1980s到2000s，將近20年時間里產(chǎn)量提升了近10倍。比扭矩從ZSK**代的4Nm/d3已發(fā)展到18+ Nm/d3，大小徑比從1.22提高到1.80，物料的平均停留時間也由數(shù)十分鐘降低到了僅僅數(shù)十秒。
從1938年***加工PVC，至今已過了80年，目前，在高分子共混改性行業(yè)，雙螺桿擠出機已成為代表性的加工設(shè)備。通過雙螺桿擠出機的發(fā)展歷史，我們可以看出，只要使用者不斷提出需求，雙螺桿擠出機的發(fā)展就不會止步。