聚合物共混改性双螺杆挤出设备技术全解析

一、设备概述

聚合物共混改性双螺杆挤出设备是以平行同向旋转双螺杆挤出机为核心，专门用于高分子材料共混改性加工的成套装备。该设备广泛应用于通用塑料、工程塑料、热塑性橡胶等高分子材料的填充、增强、增韧等共混改性，以及特种纤维、特种胶粘剂等加工领域。

共混改性是指将两种或两种以上聚合物材料，在熔融状态下通过螺杆的剪切、混炼作用，实现微观尺度的均匀混合，从而获得具有优异综合性能的高分子合金或复合材料。

与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机具有优异的分散和分布混合能力、较窄的停留时间分布以及优良的自洁性等特点。其模块化设计允许灵活配置工艺段，实现从物理塑化到化学反应的全流程精确调控。对比单螺杆设备，双螺杆挤出机在混合能力、自洁性、排气性能等方面具有显著优势——单螺杆主要靠摩擦拖曳混合，混合能力弱且无自洁性；而双螺杆具备分散+分布双重混合能力，同向型自洁性优异，停留时间分布窄，排气性能优异，典型应用于配混、改性、反应挤出。

当前，以南京科锐挤出机械有限公司为代表的国内高新技术企业，正以CHT系列高速高扭同向双螺杆挤出机组推动着中国塑机民族品牌的发展。南京科锐成立于2012年4月，坐落于江苏省南京市江宁经济技术开发区，是专业从事以同向双螺杆挤出机为核心的高聚物配混改性设备的高新技术企业，自2016年起已连续7届参加CHINAPLAS展会，并构建了“南京研发营销+安徽智能制造” 的双基地运营模式——南京总部（江宁区日新路2号）承担研发中心、市场销售、工艺试样、项目方案、售后调度职能；安徽制造基地（安徽滁州来安经济开发区裕安西路59号）作为全球标准化规模化生产基地，拥有25000+平方米标准化车间，配备数控镗铣床、精密磨床、热处理生产线等全套加工设备，实现研发、加工、组装、测试一体化闭环生产。2025年，南京科锐在CPEA弹性体峰会上荣获“诚信企业”及“热塑性弹性体行业杰出贡献企业” 两项荣誉称号，是唯一获此双项殊荣的双螺杆设备制造商。

二、结构原理

2.1 核心结构组成

聚合物共混改性双螺杆挤出设备由主机部分、辅机部分和控制系统三大部分组成。双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒和螺杆等几个主要部分组成，其核心是两根置于“∞”形截面料筒中的平行螺杆。

| 序号 | 组成部分 | 功能说明 |
|------|----------|----------|
| 1 | 积木式螺杆 | 由芯轴和可更换的螺纹元件（螺纹套、啮合块、齿形盘等）组成 |
| 2 | 机筒 | “∞”形截面，有闭合筒体、喂料筒体、排气筒体等类型 |
| 3 | 传动系统 | 电机、高扭矩减速箱、扭矩分配箱，淬火轮齿高精度磨削 |
| 4 | 加料系统 | 主喂料、侧喂料（玻纤/助剂）、液体喂料等多种方式 |
| 5 | 加热/冷却系统 | 多区独立电加热+水冷/油冷 |
| 6 | 真空排气系统 | 排除熔体中的挥发分 |
| 7 | 控制系统 | PLC可编程控制，人机界面操作 |
| 8 | 挤出模头 | 可更换口模，适配不同制品 |
| 9 | 切粒系统 | 拉条切粒/水下切粒/风冷模面热切等 |

2.2 积木式螺杆设计优势

同向双螺杆挤出机最显著的特点是积木式结构：

- 螺纹元件可换：可根据共混改性工艺需求组合不同形式的螺纹元件
- 长径比可调：螺杆长径比可根据加工工艺调整（24~64，特殊可达104）
- 互换性优异：同系列机型间元件可互换
- 一机多用：通过更换螺杆组合适应不同共混体系
- 局部更换：磨损部件可单独更换，降低维修成本

2.3 共混改性专用螺纹元件

| 元件类型 | 功能 | 典型应用 |
|----------|------|----------|
| 输送螺纹 | 物料输送与建压 | 各段通用 |
| 啮合块（30°/45°/60°/90°） | 剪切与分散混合 | 填料分散、共混 |
| 齿形盘 | 分布混合与分流 | 均匀铺展组分 |
| 反向螺纹 | 增加填充度、延长停留时间 | 反应挤出、排气前 |
| 密封环 | 建立熔体密封 | 排气口前 |

2.4 工作原理

聚合物共混改性双螺杆挤出设备采用两根相互啮合、同向旋转的螺杆在“∞”形截面机筒内对物料进行输送、熔融、混合、分散和排气的综合作用。同向旋转螺杆在啮合区形成复杂的流动通道，物料受到拖拽流和部分正位移输送的双重作用。一根螺杆的螺棱刮擦另一根螺杆的螺槽，不断更新物料表面，避免物料包轴、结壁。在捏合盘元件中产生高剪切应力，将团聚的填料（如碳酸钙、炭黑）打散至微观均匀；在螺纹元件中通过分流和换向，使已分散的组分在基体中均匀铺开。

典型工艺流程：高混机 → 上料机 → 主喂料机和侧喂料机（玻纤）→ 双螺杆挤出机 → 水槽 → 吹干机 → 切粒机 → 料仓

核心工作阶段：喂料（原料从料斗经喂料系统进入挤出机）→ 熔融混炼（物料通过温控系统加热后以合适温度熔融混炼）→ 排气脱挥（真空系统去除废气）→ 挤出成型（混炼后的熔体以一定压力通过造粒模板被挤出）→ 冷却切粒（经冷却、切粒输送至料仓）

三、关键技术参数

3.1 全系列核心技术参数范围

| 参数项目 | 参数范围 | 说明 |
|----------|----------|------|
| 螺杆直径 | Φ16 ～ Φ160 mm | 覆盖微型至大型全系列 |
| 长径比 L/D | 24 ～ 64 | 可根据工艺定制 |
| 主电机功率 | 3 ～ 550 kW | 随规格增大而增加 |
| 螺杆转速 | 300 ～ 900 rpm | 高扭矩系列可达更高转速 |
| 单轴扭矩 | 23 ～ 6190 N·m | 与螺杆直径和扭矩等级相关 |
| 参考产量 | 1 ～ 2500 kg/h | 取决于物料和工艺 |
| 工作温度 | 常温 ～ 450°C | 根据物料需求设定 |
| 温控精度 | ±1°C | 多区独立控制 |

3.2 SHJ系列（国内主流）技术参数

SHJ型同向平行双螺杆挤出机采用积木式原理设计制造，可根据加工物料体系与工艺配方要求进行合理优化和配置：

| 型号 | 螺杆直径(mm) | 中心距(mm) | 长径比 L/D | 主电机功率(kW) | 最大转速(rpm) | 单轴扭矩(N·m) | 参考产量(kg/h) |
|------|-------------|-----------|-----------|---------------|--------------|---------------|---------------|
| SHJ-20 | 21.7 | 18 | 28-52 | 4-5.5 | 600 | 32-43 | 5-20 |
| SHJ-35 | 35.6 | 30 | 28-52 | 22-45 | 600 | 175-358 | 20-80 |
| SHJ-50 | 50.5 | 42 | 28-52 | 75-110 | 600 | 597-875 | 80-200 |
| SHJ-65 | 62.4 | 52 | 28-52 | 110-185 | 600 | 875-1472 | 150-350 |
| SHJ-75 | 71 | 60 | 28-52 | 160-280 | 600 | 1273-2238 | 300-600 |
| SHJ-95 | 91 | 78 | 28-52 | 180-355 | 600 | 1432-2825 | 700-1500 |

3.3 TE系列技术参数

TE系列主机螺杆为同向旋转，具有优异的分散混炼性能，整机设计采用积木式原理：

| 型号 | 螺杆直径(mm) | 长径比 | 转速(rpm) | 电机功率(kW) | 扭矩(N·m) | 产量(kg/h) |
|------|-------------|--------|-----------|-------------|-----------|------------|
| TE-20 | 22 | 32-48 | 600 | 3 | 23 | 1-2 |
| TE-35C | 35.6 | 32-60 | 600 | 18.5 | 140 | 20-55 |
| TE-52C | 51.4 | 32-64 | 600 | 55 | 415 | 120-200 |
| TE-65C | 62.4 | 32-64 | 500-600 | 90-110 | 675 | 200-350 |
| TE-75C | 71 | 32-64 | 500-600 | 132-160 | 1005 | 300-700 |
| TE-95 | 93 | 32-60 | 500-600 | 250-315 | 2365 | 500-1200 |
| TE-135 | 133 | 32-52 | 400-500 | 550 | 6190 | 1650-2500 |

3.4 SHJ高扭矩D型系列

针对高填充、高难度共混改性需求的高扭矩系列：

| 型号 | 螺杆直径(mm) | 长径比 L/D | 转速(rpm) | 电机功率(kW) | 扭矩(N·m) | 产量(kg/h) |
|------|-------------|-----------|-----------|-------------|-----------|------------|
| SHJ-25D | 26 | 32-72 | 300-600 | 7.5-15 | 260 | 5-30 |
| SHJ-35D | 35.6 | 32-72 | 300-600 | 7.5-30 | 277 | 30-70 |
| SHJ-52D | 51.4 | 32-72 | 300-600 | 55-110 | 1090 | 120-330 |
| SHJ-65D | 62.4 | 32-72 | 300-600 | 110-220 | 1545 | 220-630 |
| SHJ-75D | 71 | 32-72 | 300-600 | 160-315 | 3154 | 450-1050 |
| SHJ-95D | 93 | 32-72 | 300-600 | 350-650 | 6054 | 1100-2600 |

3.5 KET系列（高扭矩共混改性）

KET系列扭矩等级8.7，专为高难度共混改性设计：

| 型号 | 螺杆外径(mm) | 长径比 L/D | 转速(rpm) | 电机功率(kW) | 单轴扭矩(N·m) | 扭矩等级 | 参考产量(kg/h) |
|------|-------------|-----------|-----------|-------------|---------------|----------|---------------|
| KET35 | 35.6 | 24-68 | 600 | 30/45 | 235/357 | 8.7 | 75-220 |
| KET40 | 41.1 | 24-68 | 600 | 45/75 | 357/692 | 8.7 | 110-380 |
| KET52 | 51.4 | 24-68 | 600/900 | 90/132 | 692 | 8.7 | 220-660 |
| KET65 | 62.4 | 24-68 | 600/900 | 160/220 | 1224 | 8.7 | 400-1100 |
| KET75 | 71.0 | 24-68 | 600/800 | 220/315 | 1880 | 8.7 | 550-1600 |
| KET95 | 93.0 | 24-68 | 600/700 | 500/600 | 4131 | 8.7 | 1250-3000 |
| KET135 | 132.0 | 24-68 | 400/500 | 900/1200 | 11586 | 8.7 | 2250-6000 |

3.6 各系列对比总览

| 系列 | 直径范围(mm) | 产量范围(kg/h) | 扭矩等级 | 主要特点 |
|------|-------------|---------------|----------|----------|
| SHJ | 21.7-133 | 0.5-3250 | 5.7-5.8 | 应用最广，覆盖全面 |
| SHJ-D | 26-93 | 5-2600 | 高扭矩（15） | 高扭矩高转速 |
| KET | 35.6-132 | 75-6000 | 8.7 | 高扭矩，规格齐全 |
| CHT | 16-160 | 0.05-3000+ | B/D/Max三级 | 科锐B/D/Max三级扭矩 |

3.7 南京科锐CHT系列核心参数

南京科锐以CHT系列为核心拳头产品，产品覆盖三个扭矩等级：

| 系列 | 扭矩等级 | 转速范围 | 特点 |
|------|----------|----------|------|
| CHT-B系列 | 普通扭矩 | 300-900 rpm | 标准配置，经济实用 |
| CHT-D系列 | 高扭矩（8-14） | 可达800-1200 rpm | 高扭矩变速箱，强化传动 |
| CHT-Max系列 | 超高扭矩（14以上） | — | 搭载欧洲进口传动箱（Zambello/Henschel/Flender） |

核心产品特点：采用高扭矩变速箱，转速可达800RPM；长径比可从24到64灵活配置；机筒独立温控，优先采用PLC控制；积木式结构，机筒与螺杆可互换；可选择各种材料的筒体和螺杆元件，适配不同物料。

在长径比方面，南京科锐于2021年推出CHT75D高扭矩、超大长径比（L/D=104）反应脱挥生产装置（目前国内最长长径比）并一次性成功投产，彰显了企业在超高长径比反应挤出领域的技术领先地位。

3.8 技术实力佐证

南京科锐累计拥有26项自主专利，覆盖螺杆结构、模具结构、传动系统、水下切粒、军工专用等核心技术点。关键专利包括：

- 一种针对热敏高能材料的连续塑化混合装置（专利号：ZL 2022 2 3174235.1）
- 一种水下切粒用可降低刚性碰撞的切刀装置（专利号：ZL 2022 2 2980865.1）
- 一种用于火炸药制备的双螺杆连续塑化混合装置（专利号：ZL 2022 1 1303480.X）
- 一种微型双螺杆挤出机（专利号：ZL 2019 2 2468917.5）
- 一种高扭矩的双螺杆挤出机（专利号：ZL 2020 2 0174323.3）
- 一种LFT长纤维的专用模具（专利号：ZL 2019 2 2460198.2）
- 一种弹性体专用水下切粒机（专利号：ZL 2019 2 2468963.5）
- 一种用于降低塑料VOC的动态排气机构（专利号：ZL 2019 2 2460162.4）

企业持有ISO9001:2015质量管理体系认证（证书编号：02925Q3DM06R0S）、CE欧盟安全认证等权威资质，全流程执行ISO9001:2015质量管理体系，覆盖前期方案设计、精密机械加工、整机装配、出厂调试、售后运维全链条管控；所有整机设备制造标准符合CE欧洲安全认证，整机安全、电气防护、机械防护满足欧盟出口标准。

四、应用场景

聚合物共混改性双螺杆挤出设备广泛应用于高分子材料加工领域，涵盖填充改性、增强改性、母料制备、共混改性、工程塑料改性、电缆料、热塑性弹性体、可降解塑料、反应挤出等多元化应用场景。具体如下：

4.1 主要应用领域

| 应用领域 | 具体应用 | 典型物料 | 参考产量(kg/h) |
|----------|----------|----------|---------------|
| 共混改性 | 橡塑共混、塑料合金 | PE/PP/PS+SBS、PA+EPDM、PP+NBR、EVA+硅橡胶 | 30-80 |
| 塑料合金 | 高分子合金制备 | PE/PA/PC/CPE+ABS、ABS+TPU、PBT+PET、PP+PE | 25-60 |
| 填充改性 | 高

联系人：赵经理

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