1 概述

　　熔體(ti) 泵在塑料加工中通常與(yu) 單螺杆或雙螺杆擠出機一起使用，它可以使熔體(ti) 進一步均化，壓力穩定，物料輸出無脈動，可提高製品的質量。這種設備不僅(jin) 用於(yu) 塑料熔體(ti) 造粒、混料，也可用於(yu) 擠出片材、管材、薄膜和型材等。熔體(ti) 泵的工作原理及主要結構與(yu) 液壓係統中的齒輪泵相近。但由於(yu) 塑料加工工藝的特殊性，其選材及結構設計都有獨特性。在塑料加工中，熔體(ti) 泵被安裝在擠出機與(yu) 機頭之間。這樣就可以把擠出方向產(chan) 生的波動與(yu) 機頭及下遊設備隔離開來，不論泵入口處的壓力是否發生波動，隻要進入泵的熔體(ti) 能充分地充滿齒槽，它就能以穩定的壓力和流量向機頭輸送物料，並保證機頭無波動擠出，從(cong) 而提高係統的穩定性和製品精度。同時，由於(yu) 熔體(ti) 泵是一種增壓設備，它能把擠出機計量段的穩壓、增壓功能移到熔體(ti) 泵上來完成，從(cong) 而避免了擠出機在高的機頭壓力下工作時存在的功率消耗大、剪切力大、摩擦劇烈、物料停留時間長，以及容易降解等缺點，使擠出生產(chan) 率提高，擠出機磨損降低。另外，使用熔體(ti) 泵還能增加係統的可控製性，降低熔體(ti) 溫度，降低能耗，實現線性輸出。在整個(ge) 擠出係統中由微機控製著各個(ge) 工藝參數，可將塑料擠出成型技術提高到一個(ge) 新水平。

　　2 熔體(ti) 泵的工作原理及結構要求

　　熔體(ti) 泵是一種容積泵，它依靠齒輪相互齧合過程中所引起的工作容積變化來輸送液體(ti) 。以外齧合熔體(ti) 泵為(wei) 例，其工作容積由泵體(ti) 、側(ce) 蓋及齒輪的各齒間槽構成。當一對齒輪相互齧合時，由於(yu) 齒輪的輪齒與(yu) 殼體(ti) 內(nei) 孔表麵間隙很小，齒輪端麵與(yu) 蓋板間隙也很小，因而把吸入腔和壓出腔隔開，當齒輪旋轉時，齧合點左側(ce) 齧合著的齒逐漸退出齧合，空間增大，形成局部真空，把液體(ti) 不斷吸進吸入腔;齧合點右側(ce) 的齒逐漸進入齧合，把齒間的液體(ti) 擠壓出來。其過程是當主動輪帶動從(cong) 動輪旋轉時，在吸入口塑料熔體(ti) 充滿齒間，輪齒的頂圓半徑掃過一定的容積，塑料熔體(ti) 沿泵體(ti) 內(nei) 表麵被帶往排出腔。從(cong) 兩(liang) 個(ge) 齒輪流出的塑料熔體(ti) 在排出腔相互匯合，其中絕大部分被擠入泵的出口，隻有小部分返回到吸入腔。隨著齒輪不斷的吸入和排出，達到輸送塑料熔體(ti) 的目的。

　　在塑料擠出係統中所應用的熔體(ti) 泵通常為(wei) 三件組合式結構，它是由兩(liang) 個(ge) 相互齧合的主動齒輪和被動齒輪、中間泵體(ti) 、兩(liang) 側(ce) 泵蓋及泵體(ti) 外部加熱冷卻裝置組成的。熔體(ti) 泵內(nei) 的主動齒輪由長軸直接與(yu) 驅動裝置連接，被動齒輪在主動齒輪的帶動下共同朝輸送方向旋轉，將粘度較高、流動性較差的塑料熔體(ti) 通過流道輸送到機頭。

　　熔體(ti) 泵作為(wei) 一種較高壓力的容器盛裝著各種不同的熔體(ti) ，有的熔體(ti) 腐蝕性較強。因此要求泵體(ti) 用合金鋼或不鏽鋼來製造。但是，不鏽鋼的泵體(ti) 成本高，力學強度低。一般對泵體(ti) 的要求是輕量化、強度高、穩定性好。輪齒結構按直齒結構設計較多。齒輪常和軸製成一體(ti) ，這樣在高扭矩條件下更為(wei) 可靠。通常兩(liang) 齒輪之間中心距近似等於(yu) 齒麵寬度。當泵內(nei) 壓力差特別高時，可采用非直齒型輪齒結構。齒麵寬度小於(yu) 兩(liang) 齒間的中心距，齒麵寬度減小，受壓麵積小，可以降低軸承和輪齒的負荷。此外，齒麵寬度減小，可以縮短兩(liang) 軸之間的距離，減少撓度。對於(yu) 容積較大的熔體(ti) 泵，可通過動力分配器使兩(liang) 個(ge) 齒輪軸同為(wei) 主動軸，以減小齧合受力，減少變形。

　　熔體(ti) 泵工作時兩(liang) 側(ce) 的壓力差較高，有時可高達31MPa，易引起機械彎曲變形，因此需要增大齒輪直徑。通常齒輪直徑與(yu) 齒麵寬度構成下式：

　　D=(0.5-2)b

　　式中：D--齒輪直徑;

　　b--齒輪寬度。

　　熔體(ti) 泵輸送熔體(ti) 的過程中，輪齒是一對一對相互齧合的。因此其瞬時流量是脈動的。熔體(ti) 的脈動程度取決(jue) 於(yu) 輪齒的彈性模量和輪齒的多少，齒數越少，齒間越深，脈動越大。為(wei) 了減少脈動，可增加齒數，通常輪齒都多於(yu) 16個(ge) 。這也符合輪齒避免根切的原則。

　　熔體(ti) 泵的容積效率、能量效率、熔體(ti) 壓力、熔體(ti) 溫度及機械磨損都與(yu) 機械間隙的大小有直接關(guan) 係，確定機械間隙時，既要考慮建立所需要的壓力，防止過多熔體(ti) 的反向流動，又要考慮熔體(ti) 受高剪切易引起過熱降解等工藝要求，通常采用的機械間隙為(wei) 0.035-0.15mm，當然這個(ge) 間隙與(yu) 熔體(ti) 粘度、壓力、溫度，以及齒輪轉速、容積效率密切相關(guan) 。沉浸在熔體(ti) 之中的兩(liang) 個(ge) 相互齧合的齒輪在壓力作用下，熔料沿著各種間隙向壓力低的方向流動，形成一定漏流量。漏流量的多少取決(jue) 於(yu) 熔體(ti) 粘度的高低、工藝操作條件及泵的幾何結構。

　　在泵體(ti) 的外部設有加熱冷卻裝置，目的是把泵的溫度控製在一定的範圍內(nei) ，使泵保持較優(you) 的工藝條件。加熱常采用電加熱和液體(ti) 加熱兩(liang) 種方式，電加熱(如帶狀和鑄鋁加熱器)升溫迅速，比較經濟;液體(ti) 加熱溫度較均勻，也容易控製。對於(yu) 容量超過1500cm3的熔體(ti) 泵，推薦采用液(氣)體(ti) 加熱。

　　3 熔體(ti) 泵的控製和應用

　　在擠出機-熔體(ti) 泵擠出係統中，控製係統占有重要地位。擠出機、熔體(ti) 泵、機頭的組合係統中，各個(ge) 部分相匹配的各工藝參數由微機以極快的速度控製，以充分發揮熔體(ti) 泵的獨特功能，達到係統的動態平衡。熔體(ti) 泵輸出量的穩定性與(yu) 泵速度有直接關(guan) 係，泵的速度由數字自控器來控製，數字自控器安裝在電機、變速機構所組成的驅動係統中，它準確地控製著泵的速度，準確度可達0.1%以上。此外，泵體(ti) 溫度的變化也影響泵的輸出量，由P-V-T的關(guan) 係可知，當泵的溫度發生變化時，熔體(ti) 粘度和比熱容也相應地發生變化。例如在加工LDPE溫差為(wei) 16%時，引起擠出率的變化為(wei) 1%。

　　在擠出係統中安裝熔體(ti) 泵後，螺杆擠出機內(nei) 就不必再有太高的壓力了，逆流量和泄漏量的減少，螺杆轉速的提高，既改善了製品的質量，又節省了能源。例如，將電機功率為(wei) 65kW，擠出量為(wei) 150kg/h的直徑90mm單螺杆擠出機與(yu) 熔體(ti) 泵連接後進行實驗，其結果表明，擠出量約增加了30%，總動力消耗約減少了25%。此外，對摻有較高比例回收料的材料也能適應。

　　在熔體(ti) 泵輸送物料過程中無物料滑動現象，不論螺杆擠出機內(nei) 的壓力如何變化、流量如何波動，熔體(ti) 泵始終供給機頭一定的物料，能減少機頭的波動。其壓力輸出波動僅(jin) 為(wei) ±0.1%，從(cong) 而提高了製品的質量。例如，在PET薄膜生產(chan) 係統中使用熔體(ti) 泵後，改善了薄膜厚度精度，厚度變動從(cong) ±3%降至±0.5%;在生產(chan) 壁厚為(wei) 2mm的醫用PVC管時，其厚度公差精度可達±0.37%。

　　另外，使用附設熔體(ti) 泵的擠出係統還能解決(jue) 下列重要的工藝問題：

　　(1)共擠出多層薄膜、板材或片材時，能保證各層厚度的精確比例。

　　(2)通過降低廢品數量，保證異型長條製品的尺寸精度，從(cong) 而節省原料。

　　(3)使用熔體(ti) 泵"閉塞"擠出機不僅(jin) 能減少逆流，而且能降低加工溫度。

　　4 結語

　　在擠出薄膜和薄壁異型材時，使用熔體(ti) 泵效果較佳。因為(wei) 使用熔體(ti) 泵可使塑料熔體(ti) 均化且降低擠出機輸送的熔體(ti) 壓力和流量的波動幅度，這對獲得高質量製品尤其是厚度均勻的製品起著決(jue) 定性的作用。特別是生產(chan) 薄膜或超薄薄膜如PET、PS、PP和PA等高定向薄膜時對熔體(ti) 壓力和流量的不穩定性特別敏感，如果存在過大的脈動幅度或原料被雜質汙染或形成凝膠顆粒，則易使熔體(ti) 混煉和均化質量降低，實際上就不可能在穩定的工藝狀態下生產(chan) 出高質量的定向薄膜，而熔體(ti) 泵則可解決(jue) 這一問題。

　　盡管熔體(ti) 泵在塑料擠出係統中得到了廣泛應用，但在加工含有填充劑或特殊改性劑的塑料中應用仍受到限製，它對各組分的分散度、與(yu) 塑料的相容性和磨蝕性都有嚴(yan) 格的要求。含有大顆粒、磨蝕性填充劑或增強劑的物料不能用裝有熔體(ti) 泵的擠出機加工，因為(wei) 內(nei) 含的增充劑顆粒易形成料栓，而料栓不能通過熔體(ti) 泵齧合齒輪的齒間間隙，且料栓的堵塞和齒的磨蝕性磨損會(hui) 使熔體(ti) 泵很快損壞。另外，細散的礦物填充劑也能引起上述結果，因為(wei) 這種填充劑與(yu) 塑料的相容性不好時，在高速剪切區內(nei) 得不到剪切而逐漸形成能損壞熔體(ti) 泵的料栓。

　　綜上所述，在國外，熔體(ti) 泵在塑料擠出中的應用已經相當廣泛。但由於(yu) 種種原因，國內(nei) 使用熔體(ti) 泵的還較少。伴隨著塑料工業(ye) 的迅速發展，特別是共混材料所占比例的增加，以及擠出係統中使用熔體(ti) 泵技術的不斷完善，熔體(ti) 泵在我國的應用領域將會(hui) 不斷拓寬和發展。