新一代单螺杆挤出机的螺杆转速最高可达1500r/min，这一速度是传统设备的8~10倍。而正在开发中的新设备还可能将螺杆转速提升至2000r/min或更高
 

节能和节省空间

6年前，欧洲的加工商购买了首个高速挤出机，用于在线热成型PS和PP片材。他们购买的主要目的是节能和减小占地面积。

这些挤出机大多用于片材的在线热成型，其运行速度可达400~800r/min，离线生产的运行速度为 900~1500r/min。用户表示，由于不需要对挤出机机筒的大部分金属进行加热或冷却，而且即使减少齿轮也不会造成热量的损失，因而这些高速挤出机能够节约10%~15%的能量。有必要的话，高速挤出机可使用加热套，但更多时候则完全不需要。加热套能够很方便地安装和拆卸，而且也只有在最初的启动阶段才使用。随后，塑料会在摩擦热的作用下熔融。不管是在线还是离线生产，机筒始终保持冷态，除了喂料区，几乎无需冷却。

这些高速挤出机还可以通过配置齿轮减速机来实现节能的目的。这些设备通常直接通过马达连接螺杆进行驱动，齿轮比为1:1。“在超过750r/min的螺杆转速下加工PS和PP等材料时，不仅可提高速度，还可以有效降低单位能耗。” 德国Kuhne公司的薄膜和片材部门经理Rainer Bobowk先生说。

捷克斯洛伐克的Faerch Plast公司使用螺杆转速达到1500r/min的巴顿菲尔挤出机老热成型PP挤压片材，这在世界上尚属首次

大多数高速挤出机的螺杆直径为60~75mm，一般不超过90mm。Kuhne公司可提供螺杆直接范围为60~72mm，长径比为33:1的挤出机。而BEX公司可提供螺杆直径为75mm，长径比为34:1~40:1的高速挤出机，并能够使产量得到最大程度的优化。该公司表示，当螺杆直径小于75mm时，设备制造商不能充分利用高速螺杆的所有优势，因为在高转速下，螺纹过深可能会造成螺杆断裂。而螺杆直径大于75mm时，会在一定程度上削弱绝热效果，因此，需要额外添置加热和冷却设备。

小尺寸的高转速设备由于占地面积小，允许加工商在现有的工厂规模下扩大生产。早在6年前，Bartling公司装配了其第一台高速 BEX设备，随后又安装了一台Kuhne公司的设备。

其目的是在现有的生产规模下提高产量。“实践证明，这是非常正确的决策。” Bartling公司的负责人Axel Bartling先生说，“在线热成型盛装人造黄油的PP包装盒时，因为这些设备非常小，启动和停止非常容易。”

在小型设备上，颜色的更换更快速，浪费也更少。丹麦的Faerch Plast公司在2007年首次以1500r/min的速度挤出PP片材。在螺杆直径为75 mm的BEX挤出机上，该公司将黑色、蓝色、白色和透明片材热成型为食品盛装盘。因为螺杆可以保留4kg树脂（一个螺杆直径为150mm的挤出机需要保留40kg树脂，才能达到同等产量），Faerch公司表示，该设备从黑色更换为透明色时需要大约1h，（相比之下，传统的挤出机则需要1.5h），而从透明色更换为黑色仅需要3min。

Huhtamaki Oyj公司的总部设在芬兰，据说比其他加工商拥有更多的高速挤出机。该公司在其工厂中安装了超过10台高速挤出机，用以片材的在线挤出和热成型。据介绍，Huhtamaki公司使用Kuhne公司的高速挤出机（螺杆直径为72mm）在线热成型硬质PP和PS片材，并将BEX高速挤出机（螺杆直径为75mm）引入其阻隔片材生产线中。

Kuhne公司推出的螺杆直径为72mm的高速挤出机首次在K2007展会中亮相，目前已被Orka/Hipol公司用于其PP和PS片材生产线中，其生产速度可达900r/min

追溯设备的发展史

欧洲的热成型设备制造商与高速挤出颇有渊源。早在20世纪70年代，Thyssen Plastikmaschinenbau公司就制造出了螺杆直径为90mm的挤出机，能够以高达450r/min的速度加工PS片材，其产量可达1179.4kg/h。在1980年，Thyssen Plastikmaschinenbau公司被BEX公司收购，其高速挤出机的开发也相应停止。“挤出机制造商最初秉承着这样一个理念，‘我能卖给客户一台大的设备，为什么还要费尽心思来制造一台小的设备呢？’” 德国一家设备制造商的技术总监说，“而BEX公司并不是这样，他们打破常规，开始制造小型的高速挤出机。因此，我们又都说，‘我们也可以这样’。”

现在，高速挤出机的发展非常迅速，以至于很难界定高速的概念。通常，螺杆的圆周转速超过1m/s就被认为是高速的，而现在，螺杆的圆周转速要达到3m/s、4m/s，甚至5m/s，才被认为是高速的。

在美国，高速单螺杆挤出机多用于色母粒的混配，而不是片材的热成型，其首要目标是实现快速混合和颜色更换，而不是追求更高的产量。20世纪60年代，Prodex公司制造了2台螺杆直径为50mm的挤出机（转速为1000r/min），用于PP色母粒的生产。后来，该公司成为HPM公司的一部分。在20世纪90年代中期，HPM公司开始制造螺杆直径范围为50~114mm，长径比为50:1的挤出机，主要用于色母粒的生产。这些设备使用了HPM公司专利的Triple Wave螺杆，螺杆转速为800~1000r/min。螺杆直径为63.5mm的挤出机采用了功率为367.5kW的马达，能够以850r/min的转速加工HDPE，产量可达1089kg/h。该公司螺杆直径为90mm的机型，其最高螺杆转速可达500r/min。

尽管本文关注的焦点是单螺杆挤出机，但不可否认的是，自20世纪90年代以来，高速同向双螺杆混配挤出机同样取得了突破性进展。现在，许多设备的螺杆可实现1200r/min的高转速，有些机型甚至达到了1800r/min。

早期报告

欧洲的新一代高速单螺杆挤出机已经以“24/7”的生产模式正常运行了1~4年。Faerch Plast公司对PP片材离线挤出时的冷却辊温度进行测量并发现，在高速运行时，薄壁冷却辊能够改善PP片材的晶体结构。“高的透明度是螺杆的高转速与冷却优化控制相结合的产物。” Faerch Plast公司的产品经理Frank Ostervemb先生解释道。

在美国，大直径的薄壁冷却辊的使用十分普遍，但是在欧洲却是新生事物。2007年，德国两家辊子制造商开发出了可用于高速挤出的薄壁辊。Derichs Maschinenund Apparatebau公司和Josef van Baal公司推出的薄壁辊子带有6或8条螺旋形冷却道，能够赋予辊子高的强度和刚性。其好处是，允许将辊子保护套的厚度降低至12.7mm（常用的辊子保护套的厚度为25.4mm，即欧洲标准）， 从而将热传递的速度提高了20%~40%。

波兰的Huhtamaki公司使用小型的高速挤出机在线热成型PP杯子，显著提升了产量，而且杯子的质量更好

在加工PP材料时，在高速挤出机的计量段，由于较高的剪切力，使得材料的熔体温度要比在传统的挤出机中高几度。另外，高的剪切力还会降低PP的熔体黏度。通过一系列试验，Faerch Plast公司已经确定，高的螺杆转速不会影响片材的抗冲击性能。

另一个关于高速挤出机的惊人发现是，PS、ABS和其他树脂在高速挤出机中的停留时间更短，因此在加工处理时，材料发生降解的几率将大大降低。BEX公司有一家来自荷兰的客户，他们使用BEX公司的高速挤出机来生产APET片材，生产速度最高可达800r/min，产量可高达998kg/h。这家客户表示，他们在进行高速挤出时，很少发生材料降解的情况。

非包装应用的片材也可以用高速挤出机生产。波兰的Alma Polska Wroclaw公司在2009年2月将螺杆直径为75mm的高速挤出机引入其生产线中，用于生产可作冰箱衬里用的ABS和PS片材（1~6mm厚），生产线的产量超过1360.8kg/h。该公司还被认为是首家使用高速挤出机生产非包装用片材的生产商。据介绍，Alma公司为其高速挤出机配置的螺杆是传统的ABS螺杆。

除此之外，一些加工商开始以适中的螺杆转速来生产LDPE产品，并获得了很高的产量。目前，已经有6台高速挤出机正用于生产LDPE拉伸薄膜，其中，资历最老的来自德国的Manuli Stretch公司，至今已有3年的生产经验了。还有一些加工商开始用其来生产管材。在2006年，奥地利辛辛那提挤出技术公司向Rehau公司售出了一台螺杆直径为60mm、长径比为37:1的高速挤出机。该设备配置了Rehau公司的标准直流马达和双级齿轮箱，可用于生产PP管材。但是，Rehau公司的齿轮箱在进行高速生产时，噪声比较大，而且要求较高的熔融温度。经多方考虑，Rehau公司最终选择在正常的速度下（约为100r/min）进行生产，产能也从理想的1587.6kg/h降低为339kg/h。

辛辛那提挤出技术公司在K2007展会中推出了其商用版Rapidex 1500挤出机。与早期的样机不同，该机型安装了 Oswald永磁同步扭矩马达，并将其与螺杆直接相连。目前，该公司已经交付了2台该系列挤出机，能够以800r/min的速度生产最大直径为1200mm的HDPE管材制品，有效产量可高达1147kg/h，这相当于3m长的大型挤出机（螺杆直径为150mm）的产量。另外，该公司还展示了其新的高速管材冷却技术，据说能够在既定冷却长度的条件下，将产量提升一倍。

意大利阿穆特公司交付了2台GLE 9000 HS系列高速挤出机，能够分别以400r/min和700r/min的速度生产PE和PP管材。

共挤出流延薄膜是高速挤出的另一个全新应用领域。除了 Huhtamaki公司位于法国的阻隔薄膜生产线外，西班牙的EDV Packaging公司也采用高速挤出机来挤出PP和PS阻隔型流延薄膜。但是，该公司拒绝透露相关细节。

辛辛那提挤出技术公司已经售出了2台螺杆直径为60mm的高速挤出机，它们带有一个新的高速冷却系统，能够高速生产HDPE管材，产量超过1360.8kg/h

高速螺杆的设计

高速挤出机的螺杆需要更长的熔融段和更高的长径比（通常，L/D=30:1~40:1），以确保能够在相同的螺杆转速下获得更高的产量。

20世纪90年代，Kuhne公司开始尝试制造高速挤出机。当时，该公司的常务董事Kurt Huth先生提出，将其螺杆直径为120mm的标准挤出机的速度提升50r/min，结果将PS片材的产量从原来的800kg/h提高到了2600kg/h。该公司的Bobowk先生回忆道，运行一年后，齿轮箱遭到损坏，该公司也从中得到了大量有关高速挤出机螺杆的设计经验。

BEX公司对于螺杆设计的探索阶段是与Faerch Plast公司展开合作的那一年。2006年，Faerch公司安装了BEX公司转速为1500r/min的挤出机，该设备在高速运行时容易产生过高的剪切力。经过一年的优化设计，该设备目前已经能够在1500r/min的速度下正常生产PP片材，其产量可达1360.8kg/h。

BEX公司将经特殊设计的螺杆命名为是一个“改进的5区域屏障螺杆”，但是，这里面的5个区域并不是我们想象中的螺杆分区——加料段、熔融段、混料段、排气段和计量段，而是加料段、熔融段、导流段/节流段、排气段和计量段。

加料段和计量段（螺杆的螺纹不算在内）很长，约占据了整个螺杆长度的2/3。PP加料段的螺纹很深，之后会逐渐变浅，到达导流段时已经完全平滑，没有任何螺纹痕迹。这种结构设计产生的扭矩较小，能够保证塑料更快速地通过该区域。随后的节流段含有阻隔元素，接下来是传统的排气段和计量段。值得注意的是，新设计省去了混料段。“现在，还没有人找到能够在高速范围内使用的动态混料器。”德国Plastconsulting公司的主要负责人 Huth先生解释道。通常，混料都是在湍流状态下完成的，而高速运行能够为聚合物的混合创造湍流环境，从而确保物料的均匀混合。Faerch公司在1500r/min的高速下，将着色剂和添加剂很好地混合到了PP中。“当我们逐渐将速度降下来后，实验证明，混合同样没有任何问题。”Faerch Plast公司的项目经理Carina Nielsen先生说。

当速度为800 r/min时，对螺杆进行校正非常关键。Kuhne公司的高速螺杆经过改进，其加料段的孔隙更大，因此，在更高的速率条件下不会导致螺杆的偏移，但需要添加机筒加热和空气冷却装置，以控制加料区的高温。

对于高速挤出而言，如何处理废料时常困扰着加工商，而直到加深了螺杆的加料段后，这一问题才得到解决。 Bartling公司表示，他们能够很好地混合50%的PP回收料。Faerch公司最高则能够混合70%的回收料。

在高速挤出机安装了换网器后，齿轮泵、长的超静态混料器也随之出现在设备中。混料器拥有多个探头，能够有效探测和监控温度（尤其适用于PP）。“确保材料完全熔融非常重要，”Faerch公司的Ostervemb先生说，“因为你并不想使用滤网来处理那些未熔融的物料。”

谁在制造？

高速单螺杆挤出机最早在K2004展会中出现，被认为是生产薄片材的新技术。自那时起，BEX公司已经成功交付了25台转速为400r/min的设备，以及超过50台转速为600~1500r/min的设备。

HPM公司已经交付了超过30台螺杆直径为50.8mm和63.5mm的挤出机，其转速分别为700r/min和850r/min。另外，还有超过20台螺杆直径为90mm的设备，其转速最高可达500r/min。其中一台设备用于生产片材，而剩下的则用于色母粒混配。

Kuhne公司已经交付了超过20台转速为400~800r/min的挤出机。奥地利的SML Maschinengesellschaft公司采购了10台，其中，4台螺杆直径为90mm的挤出机用于生产PS/PP复合膜，剩余6台则用于生产LDPE拉伸薄膜，设备的转速可达400r/min，产量超过998kg/h。

Welex公司向中东地区交付了一台高速挤出机，主要用于薄片材的生产。德国的Esde Maschinentechnik公司交付了27台挤出机，其中多数的平均转速为380~450r/min。

为管材生产而供应高速挤出机的有两家设备制造商，分别是辛辛那提挤出技术公司和意大利阿穆特公司。本文在前面已经有所介绍，这里就不再赘述。

高速挤出机在美国的发展前景如何？拉伸薄膜是一个不错的选择，因为该市场具有竞争力，而且正经历整合。现在，美国加工商主要关注节约成本，而接下来必将会将目光转向提高产量上。另外，高速挤出机还适用于奶酪杯和咖啡盖的在线热成型。“如果用户想在有限的生产规模下提高产量，高速挤出机是一个很好的选择。”Maplan公司的CEO兼总裁Kurt Waldhauer先生补充说。

螺杆设计显著改善了一些树脂，如PLA和PET等的加工性能，使得片材的质量和颜色更佳，同时无形中也推动了高速挤出机的进一步发展。“我们现在仅仅是对一些潜在材料进行试验，看其他哪些材料还可以使用高速挤出机进行加工。”Kuhne公司的Bobowk先生说，“这只是研究的初期阶段。”到目前为止，这些拥有大马力驱动的设备已经尝试着加工一定选择范围的材料——以PS、PP和ABS等材料为主，还有少量的PE，它们均为未填充或少量填充的材料。每种树脂都要求使用不同的优化螺杆。

新一代的高速单螺杆挤出机要更长、更薄，触感冰冷，被誉为是挤出领域的“法拉利”。在最高转速下运行时，这些设备难免会产生一定的噪音。尽管噪声分贝低于欧盟噪声标准规定的80dbA，一般还是建议加工商将设备独立放置。另外，设备在高速运行下的磨损情况目前还是未知数。就目前所知，只发生过两台马达烧坏的情况，而且还是安装在早期开发的设备中。

越来越快

高速挤出机的发展得益于马达和传动装置的快速发展。早在2002年，BEX公司就开发出了首个单螺杆挤出机，并配置了一个与螺杆直接连接的4马达CMG驱动装置（来自Knoedler公司）。据介绍，该设备的螺杆直径为90mm，长径比为33:1。2003年，其转速为400r/min的试验机型被Bartling公司选用。在接下来的2年间，BEX公司共售出了超过25台这类挤出机，全部用于在线热成型。

2004年4月，BEX公司对其螺杆直径为75mm、长径比为30:1的新一代挤出机进行了测试。该设备采用一个标准的直流马达来驱动螺杆，螺杆转速最高可达1200r/min。在K2004展会中，该公司展出了该设备，当时设备的运行速度为750r/min。该样机被德国的Coexpan Deutschland公司购置，主要用于生产PS密封包装制品。据了解，该设备目前仍运转正常。6个月后，BEX公司为其螺杆直径为75mm的挤出机装配了CMG马达，螺杆的转速最高可达1200r/min。升级后的首两台设备被奥地利的Greiner Packaging公司选购，其中一台位于罗马尼亚的Sibou地区，主要用于片材的离线挤出生产，而另一台位于捷克斯洛伐克的Litvinov地区，主要用于在线挤出和热成型。在2006年，Kuhne公司开发出了其首个螺杆直径为60mm、转速达400r/min的高速挤出机（配置了CMG传动装置），并被Bartling公司选购。

在K2004展会中，Kuhne公司演示了其螺杆直径为60mm的挤出机（当时还处于研发阶段），其螺杆转速最高可达700r/min，这也是首个使用了永磁同步扭矩马达（来自德国的Oswald Electromotoren公司，功率为260kW）的高速挤出机。据介绍，该设备能以400~600r/min的速度生产PP和PE片材。

在2006年早些时候，BEX公司向Faerch Plast公司交付了世界上首台螺杆转速为1500r/min的挤出机。该设备最初采用了Knoedler公司的CMG马达（功率为440kW）进行驱动，其内置齿轮的齿轮比为1:1，但由于轴承不合格，而最终被Elin EBG Motoren公司的水冷直流马达驱动代替。

在K2007展会中，Kuhne公司展示的螺杆直径为72 mm、长径比为33:1的高速挤出机采用了水冷式Elin交流马达驱动装置，而且无需再配置变速箱。一台带有CMG驱动装置的该设备被塞尔维亚的Orka/Hipol AD公司选购，用于离线生产PP和PS薄片材，设备的螺杆转速最高可达900 r/min。

现在，Kuhne公司正在开发螺杆转速为2000r/min的高速挤出机，而BEX公司也正在试图将螺杆的转速提高至2400r/min。与此同时，Knoedler公司正在研制功率为600kW的新型CMG马达驱动装置，其尺寸要比现有装置大一倍。所有这些新开发的产品预计将在K2010展会中亮相。