齿轮泵在挤出生产工艺上的独特作用

下面的分析将主要论证齿轮泵在挤出生产工艺上的独特作用。这些分析是在一台单螺杆挤出机上进行的。

1.压力均匀特性

 

图1表示了一个挤出机如何消除进口压力脉动的实例。此曲线的测绘，是通过以恒定转速运行一台排量为50cc/rev的Zenith齿轮泵，并改变一台2-1/2口径的单螺杆挤出机的喂料速度而获得的，原料为PETG。左侧曲线表示进口压力脉动值(每格为250psi)，右侧曲线表示相应出口压力脉动值(每格为50psi)。这个图形表明了对于进口压力脉动，齿轮泵的输出不受影响。在这个测试中，我们还通过手动方式在泵的进口施加了一个750PSI脉动，而相应的出口反应仅为10PSI。这确认了一个工作中的齿轮泵可使模头处的压力脉动衰减的效果。因而可以得出结论，齿轮泵能有效隔离由挤出机螺杆抖动、速度不稳、喂料不畅等引起的不规则脉动，使对终成型装置的影响降至低。

进一步的研究也证明了这点。使用一台CDPE单螺杆挤出机，不连接齿轮泵，其压力脉动均为1800psi的±4.3%;而使用齿轮泵后，则降低至±1.2%。

图2表示了一个“主动计量”概念，在这里，齿轮泵保证了向模头输出一个压力与速度均为稳定的物流。在许多生产工艺中，进口压力高，而出口压力低也是很普遍的。给挤出机建立高背压的目的是要强化混合与熔融，而通过模头的流量则由泵进行调节以达到终的产品尺寸。

 

此图是在与图1相同的实验中测绘的。

通常Zenith泵对进口压力在较宽的范围内基本上不是很敏感(500-1500psi),这取决于聚合物本身与齿轮泵上的压降。根据这些测试的资料，齿轮泵可以降低在熔融过程中所产生的瞬间压力脉动。由于这些特点，在?具顶端处的尺寸稳定性即可得到改善，而产品的质量也即得到了改善。

2.增加生产能力

在有齿轮泵相助的挤出线上，由于泵的进口压力维持较低(通常500psi)即可，因而在从挤出机的螺杆到齿轮泵之间的压力输送过程中，物料的回流可被降低。从液压角度来讲，齿轮泵是一种比挤出机更易有效建立压力的装置。因而，螺杆挤出机在给定的模头压力下，其输出可被大大改善。ZenithPEP－II泵可以容易地建立起模头所需要的压力，这样就可以降低挤出机的背压。按一般规律，挤出机的背压每降低1000PSI，其在给定速度下的输出量可增加大约10％。

 

在LDPE的挤出实验中，靠使用一台齿轮泵，挤出机输出量比在同样的螺杆速度及模头压力下(3400PSI，参见图3)增加了29％。这是很容易理解的，因为挤出机此时已不在3400PSI的压力下输出物料，齿轮泵只需要挤出机提供一个很小的进口压力(此实验中为500PSI)。

显而易见，利用一台齿轮泵，挤出机在同样的速度下，其生产能力可大大提高。

3.温度控制

需要再次强调的是，作为使用ZenithPEP－II齿轮的效果，挤出机背压的降低将减少聚合物在机内的驻留时间并使塑化过程更为稳定。当挤出机速度和压力一定时，在齿轮泵挤出系统的泵入口处的温度要比常规挤出系统在挤出机出口处的温度降低许多。即使在泵中还有一个温升，但总的温度比常规挤出机系统还是要低。图4表明了在一个生产工艺中，在低速度下运行一台大排量泵比在高转速下运行一台小排量泵所表现出的好处。

从此图可知，在流量为80磅/小时，三台不同排量的泵，其温度结果如下：

排量(cc/rev)转速(rpm)温升(°C)

10～8030

20～4012

30～278

根据比热和热传导性，对于其它聚合物也有类似的结果。泵的温升可计算如下:

T(°C)=2Π×TV×N/16800×Q×SH

其中TV＝粘性扭矩(lb-in)Q=流量(1b/min)

N=泵转速(rpm)SH=比热

 

图5显示了一个温升的实例。所用泵为ZenithPEP-II，排量为100cc/rev,本图表示出了不同转速及不同压力下温升的变化。

4.降低剪切能量

ZenithPEP-II泵中的齿轮采用了冠状齿根形设计，与常规标准齿型相比降低了剪切能量及功率消耗。此外低长径比齿形的利用，还减少了聚合物从齿轮中部排出所须通过的距离。这些特点大大降低了被传递给物料的能量，保护了其机械性能，并在整个过程中维持了较低温度。同时泵的寿命得到延长，驱动装置被减小，为大多数挤出系统提供了一个高效节能稳定装置。冠状齿根齿形在效果上可使输出量增加5～10％。

 

图6表明了具有冠状齿根的齿轮与标准齿轮在一条PS生产线上对比的结果。此曲线显示其增长约为30％。