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湖南匡为科技有限公司:世界最大长径比双螺杆挤出机的优势、市场前景[机械资讯]皮裙

挤出机    
2020年07月16日

在橡塑机械领域,双螺杆挤出机从80年代实现国产化以来得到了飞速发展,南京已成为世界双螺杆挤出机的制造中心,但高端领域市场仍被国际巨头占据。大长径比一直是双螺杆挤出机行业的一个技术瓶颈。目前国内双螺杆挤出机的最大长径比在68左右,而日本制钢所在2004年即已做到120。

北京理工大学王建课题组与湖南匡为科技有限公司历经3年的艰苦工作,近日实现技术突破,研制出世界最大长径比双螺杆挤出机。现总机长径比136[*],螺杆直径30mm,螺杆总长达4.08m。目前已申请8项核心发明专利。

超大长径比双螺杆挤出机的诞生历史

2015.01,北京理工大学王建课题组与湖南匡为科技有限公司开展合作,致力于超大长径比双螺杆挤出机的研发;

2016.06,完成超大长径比关键零部件及样机设计,投入制造;

2016.10,完成超大长径比双螺杆挤出机样机制造;

2017.03,在北理工塑料加工实验室完成样机组装,空载运转实验成功;

2017.05,王建与匡为科技签订正式合作协议;

2017.06,超大长径比双螺杆挤出机加载白油输送挤出试验成功;

2017.10,完成辅助设备装机,超高分子量聚乙烯原丝凝胶纺丝试验成功。

螺杆挤出机是依靠螺杆旋转产生的压力及剪切力,能使得物料可以充分进行塑化以及均匀混合,通过口模成型。主要应用于塑料、橡胶和食品相关材料及制品的加工。啮合型同向双螺杆挤出机应用最为广泛,主要在塑料的混炼和造粒方面发挥关键作用。其主要优势为:高速度、高剪切/混合能力、自洁性、适应性/模块组合、集成化/熔融、混合、排气、反应等;应用领域包括:反应挤出制备新型聚合物,接枝反应改性聚合物,聚合物排气脱挥,聚合物体系物理共混,各类颗粒填充聚合物,直接挤出成型片材、板材、管材、棒材、型材、薄膜、纤维等等制品。

同向双螺杆挤出机的性能评价指标:容积率、比扭矩、转速。目前,新型同向双螺杆挤出机的研发主要在提高以上三个参数上面下功夫,其相关创新主要是从螺杆“径向”方面结构及尺寸入手,忽视了轴向方面结构及尺寸的创新。

大长径比的优势:停留时间长、改善加料、可靠脱挥/排气、多介质、高混合性能、高容积率(轴向提高)、高产量、高比扭矩、适用于纺丝和反应挤出等等。

如何实现???

王建课题组与匡为科技合作,打破传统从螺杆“径向”改进创新的思路,从“轴向”入手,创新性设计了一种螺杆支撑装置,进而为进一步提高双螺杆长径比提供了可能性。这种新型螺杆支撑装置的主要结构特点:悬臂梁改简支梁——不扫膛,磨损小;间隙控制稳定,精度高;受力稳定;噪音小;支持长径比增大。

在新设计的基础上,基于流变学和流体动力学基本理论,结合数值模拟技术手段和实验小试有机结合,最终实现了超大长径比双螺杆挤出机的研制成功。针对凝胶纺丝工艺,最先将超大长径比双螺杆挤出机用于超高分子量聚乙烯原丝的制备,实验过程同时考虑了工艺参数的反复修正与优化,实验数据正在整理分析阶段,相关论文将随后发表。目前,正在进一步推进实验工作,将超大长径比双螺杆挤出机用于碳纤维PAN原丝的制备。

超大长径比双螺杆挤出机的优势

停留时间长

改善加料

可靠脱挥/排气

多介质

高混合性能

高容积率(轴向提高)

高效率,省去了预混

高产量

低能耗,单驱动

高比扭矩

适用于纺丝、反应挤出

不扫膛,磨损小

间隙控制稳定,精度高

受力稳定

噪音小

超大长径比技术,可带来长的停留时间,有利于反应挤出过程中物料间的充分反应,进而带来更高的反应率和更好的产品质量;有利于芳纶、超高分子量聚乙烯和PAN基碳纤维原丝等的凝胶纺丝工艺过程中的溶胀和对高分子链线团缠绕结构的解缠绕。

超大长径比双螺杆挤出机的市场前景

特种纤维领域:

超高分资料聚乙烯纤维:国内超过50条生产线,市场规模约5000万。

芳纶纤维:国内超过50条生产线,市场规模约2.5亿。

碳纤维:国内碳纤维PAN基原丝双螺杆挤出潜在市场规模约2亿。

反应挤出领域:国内超过500条生产,市场规模约2.5亿。

国际市场:规模为国内市场的20倍以上。

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