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| 生物基材料双螺杆挤出 | |
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高速能量输入挤出机已经在各种应用场合使用了几十年。包括食品、药品，反应性挤出和塑料复合，它们组成了最大的应用领域。最近的一个趋势是，使用HSEI挤出机来生产源自或利用生物基可再生材料来制备的产品。虽然该工艺与传统的聚合物的制备大体相同，但在处理热敏型和剪切敏感型生物基聚合物的时候存在微妙的差别。
双螺杆挤出机在对材料进行加工时，是在筒内使用螺杆来完成传送、混合和泵送的。筒的模块化，便于沿着筒长对个别单体操作进行分段运输。料筒采用电子加热及液体冷却方式，并充当独立的温度控制区。各分段原件被组合在大扭矩轴上，以根据工艺要求对螺杆进行优化配置。典型的可用于反应性挤出和/或多段脱除挥发溶剂作用的长度直径比（L/D），范围为32到48:1，最高为60 L/D（或更长）。电能通过传动系统（电机-变速箱）转换为机械能，然后通过旋转的螺杆对材料进行剪切。
模块化筒和分段的螺杆，具备可控的擦拭及泵送特性，使人们可以调节螺杆和料筒的几何构型以匹配工艺任务的要求。固体输送和塑化通常发生在这一制备过程中第一部分。混配、下游供料、液体注入和通风都通常用到，它们的原理是由工艺来决定的。螺杆的结构配置范围从剪切敏感型到剪切被动型都有。
螺杆挤出机是一种缺料-补料的设备；其补料速率是由计量设备来决定的。可以是固体进料器也可以是液体进料器。螺杆输出转速的独立性，使得可以通过调整双螺杆挤出机的剪切强度，来优化混合效率。此外，由于挤出机中压力梯度的控制，并且工艺过程中部分为零，材料可以引入到料筒的下游区段。这是有益的，例如，在高装填的淀粉混合中，所有的供料不可能只在一个地方，或者在同样的供料温度和/或剪切敏感添加剂（比如天然纤维）的情况下，如果在整个料筒长度范围中加工的话，它们是会降低的。
自由容积，是个普通的挤出术语，它是用于加工材料的构型里的可用空间，其直接关系到OD/ID比。OD/ID比通过区分每个螺杆的外径(OD)和内径(ID)来定义。HSEI双螺杆挤出机外径/内径比的行业标准约为1.55（在Leistritz命名法中，它属于HP系列）。在2004年推出的新MaXX系列，采用的是1.66的外径/内径比。这种设计在HP系列相同螺杆中心线及相同（或更高）的扭矩的情况下，具有更深的螺杆螺纹和更大的筒直径。通常情况下，由于自由容积变大，每RPM可以加工更多的物料。
讨论到HSEI双螺杆挤出机时，扭矩是另一个关键的工艺参数，它直接关系到螺杆轴的直径。螺杆轴直径越大，具备越高的扭矩能力。而更深的螺丝螺槽则提供了更多的自由容积，但却是以牺牲螺杆轴的扭矩能力为代价的，因为小直径轴是必要的。一般认为，使用对称的，锻造的花键轴，其外径/内径比为1.55时，可以达到扭矩和容积的最佳平衡。随着轴的轴截面积的减小，增加自由容积变得可能，但是在加工过程扭矩的传递减小。为了弥补转矩能力的减弱，MaXX系列采用不对称的花键轴（正在申请专利），它能达到与HSEI双螺杆挤出机一样（或更高）的扭矩，单轴的直径更小。该构型可以把能量更高效地传到各螺杆元件上，同时螺纹深度更大，容积也更大。
实验
实验数据主要是使用ZSE-27挤出机来比较HP系列与MaXX系列的双螺杆挤出机。由于HP和Maxx系列的螺杆中心线是一样的，则可以互相交换加工部件。L/D值为40的加工长度以及相似的螺杆设计，被复制以确定缺陷并对比性能。使用高密度聚乙烯（HDPE），低密度聚乙烯（LDPE）和PLA作测试材料，来比较两个不同加工构型的生产能力差异。工艺条件保持不变，使尽可能实现对照。用作分析的工艺数据有速率，熔体温度，扭矩和具体的能源输入。
在ZSE-27挤出机中，HP和MaXX模型的剪切速率描述如下：
剪切速率 =（π*D*n）/(h*60)
D = 螺杆直径（HP系列为27，MaXX系列为28.3）
n = 螺杆转速（rpm）
h = 多出的刮板间隙（对HP系列和MaXX系列都为1mm）
在600rpm条件下，剪切速率峰值比较如下：
HP = (π*27*600)/(.1*60) = 8,478s-1
MaXX = (π*28.3*600)/(.1*60) = 8,886s-1
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