雙螺桿擠出機指南：工作原理、類型及選擇方法
快速規格
| 螺桿配置 | 同向旋轉或反向旋轉 |
| 典型長徑比 | ³2:1 – 52:1（最高可達 68:1） |
| 螺紋直徑範圍 | 20毫米 – 200+毫米 |
| 吞吐量範圍 | 5 – 8,000 公斤/小時 |
| 最大螺桿轉速（同向旋轉） | 高達 1,200 轉/分 |
| 常用材料 | PP、PE、PA、PVC、PET、ABS、TPU |
雙螺桿擠出機利用兩個相互嚙合的螺桿在加熱的機筒內旋轉，其功能是將原料混合、加熱並成型為成品零件或顆粒。它最常用於全球範圍內的聚合物混煉生產線、製藥連續生產系統、寵物食品加工生產線和塑膠回收生產線。 2025年全球雙螺桿擠出機市場規模約為1.52億美元，預計到2033年將以5%的複合年增長率成長，這主要得益於市場對高品質混煉和高效回收技術的需求。
本文將幫助您了解雙螺桿擠出機的組件級工作原理；對四種類型的雙螺桿擠出機進行並排比較；並提供一個框架，幫助您確定哪種類型最符合您的製程需求。以下提供的所有規格和成本數據均來自已發布的行業資料，因此您可以根據實際的財務數據而非行銷手冊來比較報價和規格。
雙螺桿擠出機的工作原理
雙螺桿擠出機採用如圖所示的結構，其內部在分段式料筒中同心安裝兩根螺桿。兩根螺桿採用嚙合設計，即兩根螺桿的螺紋相互嵌套，且螺桿沿同向旋轉。這種嚙合方式能夠實現自清潔功能，在輸送物料的同時，改善料筒內剪切力的分佈，進而增強物料混合效果。
內部，分段式料筒由沿其長度方向排列的6至12個獨立控溫區組成。獨立控制的冷卻或加熱迴路控制液體溫度，使熔融過程溫度維持在設定值的±2℃範圍內。原料透過進料斗進入，經過不同的分段區域，最後透過模具排出，成型為各種形狀和尺寸的成品顆粒或零件。
📐 工程筆記
擠壓過程要經過五個分段區： 進料區 （固體輸送溫度為 40–80 °C）→ 熔融帶 （剪切和筒體加熱引起的塑化）→ 混合區 （揉捏塊應用了分配混合和分散混合）→ 脫氣區 （大氣或真空排氣口去除水分和揮發性物質）→ 計量區 （建立壓力以進行模頭卸料）。這些區域的具體位置、樣式和深度可以透過設計擠出機螺桿軸上各個螺桿元件的排列方式來改變。
螺桿部分後方是齒輪箱和驅動裝置。現代同向旋轉雙螺桿擠出機的典型扭力水準比舊式設計高出30%，根據公佈的數據，其扭力密度可達18 Nm/cm³。 SPE擠出事業部將扭力與馬達尺寸結合起來，使用公式扭力 = 9,550 × kW ÷ RPM，因此，150 kW 馬達在 600 RPM 時，每個軸大約產生 2,388 Nm 的扭力。
四種雙螺桿擠出機的比較
根據螺桿旋轉方向（同向旋轉或反向旋轉）和料筒設計（平行或錐形）的不同，雙螺桿擠出機有四種類型：每種類型都針對不同的產量和製程要求。
| 類型 | 螺桿轉速 | 升/降範圍 | 最適合 |
|---|---|---|---|
| 同向旋轉平行 | 300 - 1,200 RPM | 32:1 – 68:1 | 聚合物混煉、母料、食品擠出 |
| 反向旋轉平行 | 30 - 60 RPM | 10:1 – 25:1 | PVC壓延，低剪切混合 |
| 同向旋轉圓錐體 | 200 - 600 RPM | 錐形 | 實驗室規模研究，小批量試驗 |
| 反向旋轉錐形 | 10 - 50 RPM | 錐形 | PVC管材和型材擠出，硬質板材 |
在同向旋轉雙螺桿擠出機中，螺桿沿著同一方向旋轉。相互嚙合的螺桿葉片形成開放通道，構成「8」字形路徑，從而實現良好的混合和一致的停留時間。同向旋轉配置適用於處理種類最廣泛的熱塑性聚合物，並且是迄今為止全球範圍內大多數熱塑性混煉作業中最常用的雙螺桿配置。
反向旋轉式雙螺桿擠出機採用反向旋轉設計，當螺桿葉片嚙合時，它們相互擠壓，在低轉速下產生壓延效應，這種設計非常適合PVC和其他熱敏性材料。雙螺桿擠出機用途廣泛，適用於各種需要精確製程控制的應用。 雙螺桿擠出機 錐形料筒從較大的進料直徑逐漸變細到較小的出料直徑，無需單獨的熔體泵即可自然建立壓力。
一個常見的錯誤選擇是為硬質PVC型材指定同向旋轉平行擠出機。 PVC的加工溫度範圍相對較窄（165–185 °C），且在高剪切力下會快速降解。反向旋轉的錐形雙螺桿擠出機能夠維持適當的低剪切速率，同時產生足夠的壓力以驅動型材模頭。
雙螺桿擠出機對比 單螺桿擠出機
對於雙螺桿擠出機還是單螺桿擠出機，這主要取決於您對物料的處理需求。單螺桿擠出機能夠在一個通道內有效地完成輸送和熔化，而雙螺桿擠出機則能提供卓越的混合效率。 9,10
| 參數 | 雙螺桿 | 單螺桿 |
|---|---|---|
| 混合能力 | 分散型+分佈式；可處理高達 80% 的填料 | 主要為分配劑；填充劑含量限制在40%左右 |
| 倉庫工作量統計 | 30 – 4,000 公斤/小時（平行同向旋轉） | 典型值：50 – 1,500 公斤/小時 |
| 資金成本 | 1.5倍 – 3倍高 | 較低的入口點 |
| 螺桿配置 | 模組化；螺絲元件依配方重新排列 | 固定式；一體式螺絲設計 |
| 自擦拭 | 是的（交錯式設計） | 不；需要人工清潔 |
| 最佳應用 | 混煉、反應擠出、回收 | 簡單熔化、管材擠出、薄膜吹塑 |
如果你的製程僅限於熔化和成型一種聚合物，而不添加任何填料， 單螺桿擠出機 使用雙螺桿可能是更經濟高效的方式，也能達到相同的效果。當需要混合多種樹脂、添加30%或以上的填料，或使用需要精確控制停留時間的反應型配方時，可以考慮使用雙螺桿。
雙螺桿擠出的關鍵應用
雙螺桿擠出機廣泛應用於產品品質直接影響利潤的產業，需要連續運作、精確的溫度控制和嚴格的產品品質保證。主要應用市場包括：
| 應用類型 | 吞吐量範圍 | 關鍵要求 |
|---|---|---|
| 聚合物混煉 | 200 – 4,000 公斤/小時 | 高扭力適用於充滿系統 |
| 色母粒/色母粒 | 150 – 2,000 公斤/小時 | 顏料分散均勻性 |
| 寵物食品和零食擠壓 | 100 – 1,200 公斤/小時 | 澱粉糊化，水分控制 |
| 製藥（HME） | 1 – 50 公斤/小時 | GMP，停留時間控制 |
| 塑料回收 | 300 – 3,000 公斤/小時 | 脫氣性能、抗污染性能 |
| 電線電纜複合材料 | 200 – 1,500 公斤/小時 | 阻燃劑分散 |
| 管材及型材擠壓 | 50 – 500 公斤/小時 | 尺寸穩定性，低剪切力（PVC） |
在以下領域 塑膠混煉機由於同向旋轉平行擠出機能夠處理單螺桿設計無法處理的極高填充量（碳酸鈣 60-80%，玻璃纖維 30-50%），因此這類機器非常普遍；而在食品工業中，雙螺桿擠出機已被用於替代休閒食品顆粒和寵物食品的批量烹飪，因為其連續加工可提供穩定的質量，並且與批量運行 2015%，可提供穩定的質量，並且與批量功率。
製藥熱熔擠出是成長最快的領域之一。最近一篇綜述論文指出… AAPS PharmSciTech 是一個很好的參考資料，展示瞭如何使用雙螺桿擠出機作為連續混合器來生產無定形固體分散體，從而將難溶性藥物的生物利用度提高到所需水平。 實驗室規模擠出機 吞吐量低至 0.4 公斤的模型可以讓研發團隊在生產前對配方進行試驗。
對於回收利用，雙螺桿擠出機用於處理含有混合聚合物、高水分和污垢的消費後塑膠。排氣和脫氣段用於排出一些揮發性成分，而進料螺桿和料筒段則產生穩定的熔體質量。下游設備如 水下造粒系統 最終可以擠出並切割出形狀均勻的顆粒，用於再加工或直接銷售。
影響輸出品質的性能指標
五個關鍵指標能夠區分一台成功的雙螺桿擠出機和一台失敗的擠出機。在詢價之前，先比較這五個參數時，請務必確保它們彼此相等。
5項規格對比
- 比扭力（牛頓米/公分）：目前機器的比扭力為 18 牛頓米/公分。正常運作時，請保持在額定容量的 20% 以下。扭矩越高，可加工的聚合物混合物黏度越高，或填充化合物的含量越大，而不會燒毀馬達。
- 長徑比：標準範圍為 32:1 至 48:1。對於需要回混或揮發性成分含量高的化合物，可增加至 52:1，並在反應擠出或揮發性成分去除過程中設置混合區和脫氣區。增加料筒長度可延長停留時間，同時增加物料受熱面積。
- 螺桿轉速（RPM）：同向旋轉螺桿的轉速範圍為 300 至 1,200 轉/分；反向旋轉螺桿的轉速限制在約 60 轉/分。將轉速從 200 轉/分提高到 300 轉/分可顯著提高效率或產量，同時提供更大的剪切能量。應根據樹脂的熱要求選擇合適的轉速。
- 溫度控制系統：務必確保每個料筒段都擁有獨立的加熱和冷卻系統，並劃分為 8 至 12 個區域。嚴格的獨立溫度控制至關重要，它可以避免熔體溫度出現顯著波動（低於 ±2 °C），最終導致產品劣化。
- 下游設備：條狀造粒機、水下造粒機、片狀模頭等都可能對擠出機施加背壓。請確認您的下游設備是否需要最大模頭壓力（100 至 350 巴之間）。
📐 工程筆記
驅動馬達選型： 扭力（牛頓米）= 9,550 × 功率（千瓦）÷ 螺桿轉速（轉/分）例如，一台功率為 200 kW、轉速為 500 rpm 的驅動電機，每根軸將產生 3,820 Nm 的扭力。 塑膠技術 據我們了解，齒輪箱過早失效最常見的原因是馬達功率不足。務必選擇扭力比製程所需扭力高出 20% 的馬達。
常見問題及預防方法
即使是性能優良的雙螺桿擠出機也偶爾會故障。所有觀察到的故障都有五個根本原因，而這些原因完全可以透過正確的設定和狀態監控來預防。
加工碳酸鈣和玻璃纖維等腐蝕性礦物時，螺桿葉片和筒體襯裡會隨著時間而磨損。隨著螺桿與筒體間隙增大，物料會向後溢出，對產量、混合和均勻性產生不利影響。解決方案：加工腐蝕性物料時，應使用特殊的雙金屬或氮化筒體，並在每次計畫更換零件時記錄螺桿的外徑。
一兩個特定料筒區域的過度冷卻會導致樹脂過度活化，從而引起變色、降解，甚至可能產生氣體逸出。常見故障包括：冷卻水供應不足、熱電偶失效、螺桿錯位導致料筒破裂。啟動時應注意這些問題。應安排專職工程師負責檢查冷卻系統、校準熱電偶和驗證螺桿對準情況。
過多的空氣和溶劑滯留會導致顆粒表面出現色素缺陷、空隙和氣泡。如果排氣口長度不足或真空度不夠，氣體就會滯留在熔體中。預防措施：將開口設置在低壓區的頂部。對於對水分敏感的原料，目標真空度為 50 至 100 毫巴。
擠出機供料不足或過量都會導致螺桿轉速/物料流量平衡失調，也會影響產量、扭矩，並最終導致料斗中物料結塊。預防措施：使用精度為±0.5%的重力式給料器，並根據馬達電流即時調整給料速率。
長時間以接近或達到額定扭力100%的轉速運轉會損壞齒輪箱並導致螺桿過早失效。這種情況常見於擠出機啟動時使用低溫物料或填料含量超過設計安裝限值。預防措施：初始啟動時轉速不應超過額定轉速的60%。待料筒達到設定溫度後，可逐步提高轉速。持續運轉扭力應低於額定扭力的80%。
如何選擇合適的雙螺桿擠出機
選擇不適合您的雙螺桿擠出機，會造成昂貴的設備浪費。一台不適用於您應用場景的機器會阻礙您的業務成長，並限制模具流動性。請使用以下清單，引導您完成七個關鍵決策，以確定雙螺桿擠出機是否適合您的應用。
- ✔
材料種類： 熱塑性塑膠、熱固性塑膠、食品級塑膠還是醫藥級塑膠？同向平行軸涵蓋範圍最廣。硬質PVC塑膠需要反向旋轉的錐形軸。 - ✔
吞吐量目標： 根據生產量選擇合適的螺桿直徑。 35毫米的機器每小時可處理30-80公斤物料；90毫米的機器每小時可處理500-2,000公斤物料。 - ✔
升阻比： 標準混煉用料比例為 36:1–44:1。反應擠出或重度脫氣需要 48:1–60:1。較長的料筒會增加成本和占地面積。 - ✔
扭力等級： 標準型（≤11 Nm/cm³）、高扭力型（13–15 Nm/cm³）或高級型（≥18 Nm/cm³）。填充量超過 50% 的系統需要使用高扭力型或高階型。 - ✔
模塊化： 無需機械加工即可重新排列料筒部件和螺桿元件嗎？模組化設計可讓您根據不同的配方客製化同一台機器。 - ✔
過程控制系統： 最低配置包括：基於PLC的溫度控制、重力式給料機介面和即時扭力/壓力顯示。高級系統還增加了配方儲存和資料記錄功能。 - ✔
總擁有成本： 初始價格僅為五年總成本的30%至50%。請將能源消耗、螺桿和料筒更換週期、備件供應以及操作人員培訓等因素納入考量。
對於典型的工業應用而言，價格低於 5 萬美元的預算型雙螺桿擠出機，由於螺桿磨損加速（需要每 12-18 個月更換一次螺桿）、能耗更高以及計劃外停機時間可能占到生產時間的 10-15%，其五年擁有成本將高出 40%。因此，在下訂單之前，務必仔細檢查螺桿和料筒的運行長度資料。
✔ 優勢
- 雙螺桿擠出機可為多組分配方提供卓越的混合效果。
- 模組化螺絲設計可快速更換
- 自清潔交錯幾何結構可減少清潔時間
- 透過同向旋轉剪切實現高效能傳遞
- 能夠在一次通過過程中完成液體輸送、側面輸送和真空排氣。
⚠ 限制
- 資本成本比單螺桿機高1.5-3倍
- 螺桿元件和筒體部分屬於易損件，且需定期更換。
- 由於採用了模組化設計，操作員的熟悉度更高。
- 反向旋轉設計僅限於低速、小眾應用領域。
- 變速箱維修費用昂貴，而且需要專業服務。
常見問題
Q：雙螺桿擠出機是用來做什麼的？
看答案
Q：單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機哪個比較好？
看答案
Q：雙螺桿擠出機有哪些問題？
看答案
Q：一台雙螺桿擠出機的價格是多少？
看答案
Q：投資一台雙螺桿擠出機的投資報酬率是多少？
看答案
Q：雙螺桿擠出機可以處理再生塑膠嗎？
看答案
您是否正在為您的生產流程尋找合適的雙螺桿擠出機系統？
關於此分析
UDTECH公司設計和製造同向和反向旋轉的雙螺桿擠出機，包括平行式和錐形兩種型號，螺桿直徑從35毫米到145毫米不等。本文提供的技術資訊、故障排除數據和成本參考均來自塑膠產業的眾多出版物，例如SPE擠出分會、AAPS PharmSciTech和Plastics Technology等。製程控制部分則是基於我們工程團隊在聚合物混煉、母料生產和回收等擠出機測試中累積的經驗編寫而成。
參考文獻和來源
- 雙螺桿擠出機作為熱加工連續混合機：技術和歷史視角 — AAPS PharmSciTech（美國國家醫學圖書館）
- 雙螺桿擠出機操作範圍 — SPE擠出事業部
- 扭力和速度：多少才算足夠？ — 塑膠技術
- 雙螺桿擠出機市場報告 — 認知市場研究
- 2030年塑膠擠出機市場規模及份額報告 — Grand View Research
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