擠出機(jī)螺桿的性能評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)

于文娟

摘 要：擠出機(jī)螺桿的作用是使膠料隨螺桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)逐漸變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，向機(jī)頭方向推移，并與機(jī)身相配合，實(shí)現(xiàn)壓縮生熱、軟化攪拌，混合膠料等。文章結(jié)合實(shí)際，分析了螺桿性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)等，在此基礎(chǔ)上，闡述了擠出機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，供大家參考。

關(guān)鍵詞：擠出機(jī)螺桿；熔融；混煉；流變；計(jì)量

中圖分類號(hào)：TQ32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

據(jù)目前不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在我們使用的80%以上的塑料產(chǎn)品都是由塑料制品中擠出成型法生產(chǎn)的。而擠出成型法主要是由螺桿擠出機(jī)進(jìn)行操作，可以這樣說，擠出機(jī)螺桿在實(shí)際生產(chǎn)中起著最為重要的作用，所以我們平時(shí)要對(duì)擠出機(jī)螺桿性能進(jìn)行設(shè)計(jì)并作評(píng)價(jià)，來不斷滿足日益生產(chǎn)的需要。

一、螺桿性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1 產(chǎn)量與成本。擠出機(jī)的產(chǎn)量主要是由螺桿決定著，也是對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)之一。而除此之外，它的功率也是衡量產(chǎn)量與成本的參考物。這些都是在生產(chǎn)中決定其優(yōu)劣好壞的標(biāo)準(zhǔn)。因此，我們要著重對(duì)其進(jìn)行對(duì)比。

2 螺桿的質(zhì)量問題。在生產(chǎn)成品中，成品的質(zhì)量一般來說是有外觀，尺寸等決定著，也是影響質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)。在操作中，它的機(jī)筒內(nèi)和機(jī)筒末端的塑料溫度、質(zhì)量流關(guān)鍵在螺桿的操作，也可以這樣說，這些標(biāo)準(zhǔn)分別起著不同的作用。而熔體的流變性能是用來評(píng)價(jià)螺桿的性能了，它與溫度、壓力及質(zhì)量流率有一定關(guān)系，還與螺桿的結(jié)構(gòu)及參數(shù)有關(guān)。下面筆者分別對(duì)操作參數(shù)，混煉均勻性等分別做一分析介紹。供大家參考借鑒。

首先來看它的操作參數(shù)。螺桿性能它的操作參數(shù)第一取決于溫度。尤其對(duì)強(qiáng)度與光學(xué)性能有很大關(guān)系。在生產(chǎn)中如果提高它的溫度，這樣可能會(huì)降低熔體的粘度，同時(shí)在一定程度上會(huì)增加流動(dòng)性，提高產(chǎn)品制品質(zhì)量。所以來說，溫度的把握一定要實(shí)施與產(chǎn)品實(shí)際性能，種類，尺寸大小等來決定，不能一味根據(jù)某些定義來果斷判定，設(shè)定。這是要注意的。

第二取決于它的壓力。壓力要比溫度好些，沒有那么大的明顯，可以減小擠出參數(shù)的波動(dòng)。但也要確保塑料熔體塑化均勻性來控制，那就是擠出機(jī)的出口壓力，同時(shí)還有壓力分布狀態(tài)。

第三是操作參數(shù)的波動(dòng)。我們知道，操作參數(shù)的波動(dòng)容許值取決于塑料的種類及要求的制品性能。如果說溫度、壓力及質(zhì)量流率的波動(dòng)值大于容許值，那么就會(huì)造成制品的機(jī)械性能不勻，出現(xiàn)光學(xué)性能降低等現(xiàn)象。

其次是螺桿的混煉均勻性。如果混煉均勻性不好，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，促使產(chǎn)品性能不均勻，更會(huì)影響外觀的質(zhì)量。

再次是它的熔體流變性。一般來說，熔體流變性是指粘性與彈性。粘性是隨著剪切速率的提高而降低，根據(jù)離模膨脹來確定熔體的彈性。而粘度是由分子量覺得的，分子量多粘度就會(huì)增加。

二、螺桿的設(shè)計(jì)分析研究

1 第一，螺桿直徑的選擇。它的選擇直接決定著制品的質(zhì)量。在操作中要把握好直徑的選擇，不能忽視。所以，螺桿直徑D指螺桿螺紋的外徑。螺桿有效長(zhǎng)度L指螺桿工作部分長(zhǎng)度。有效長(zhǎng)度和螺桿總長(zhǎng)不同。長(zhǎng)徑比就是螺桿有效長(zhǎng)與直徑的比值。早期的拚出機(jī)螺桿的一長(zhǎng)徑比較小，只有12-16。隨著塑料成型加工工業(yè)的發(fā)展，擠出機(jī)螺桿的長(zhǎng)徑比逐漸增大，目前常用的為15、20、25，最大可達(dá)43。

2 影響因素的判定。這個(gè)判定主要是有排氣口影響螺桿的結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)徑比來定的。對(duì)排氣式擠出機(jī)，螺桿要采用多階結(jié)構(gòu)。設(shè)置一個(gè)排氣口，螺桿為雙階結(jié)構(gòu)；設(shè)置兩個(gè)排氣口則為三階結(jié)構(gòu)，以此類推。

3 固態(tài)塑料的判定。這個(gè)主要是指料粒間的空隙在內(nèi)的塑料密度。在生產(chǎn)中如果松密度高于實(shí)際密度的50%，那么在輸送過程中就會(huì)很容易輸送。原因是螺桿進(jìn)料段螺槽深度應(yīng)該在0.1-0.2D；壓縮在1.5-3。但是要注意的是，如果說松密度低于實(shí)際密度的50%時(shí)，我們?cè)谳斔褪蔷蛻?yīng)該取H應(yīng)采用較大值。相反也是。同樣來說，采取錐形結(jié)構(gòu)。其進(jìn)料段直徑較熔融段及計(jì)量段直徑大一些。

4 螺桿熔融能力結(jié)構(gòu)分析研究。影響它的熔融能力各個(gè)因素取決于較小的螺棱寬度、多螺棱；較大的羅棱角及內(nèi)加熱螺桿。

5 熔體流變性能及機(jī)頭阻力影響螺桿計(jì)量段的結(jié)構(gòu)。這個(gè)主要因素是流變性能及機(jī)頭的阻力，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮。

高粘度熔體能有效的建立起壓力，故計(jì)量段槽深應(yīng)采取較小值。螺桿計(jì)量采取多螺棱結(jié)構(gòu)，這樣就會(huì)直接減少壓力波動(dòng)。

6 它的混煉元件分析。為了減少普通螺桿混煉不夠均勻，出現(xiàn)分散混煉現(xiàn)象，我們必須在螺桿中設(shè)置混煉元件。而分散混煉元件是有UC式、Egan式以及三角槽式屏障段等組成。這樣的作用就是要減少熔體的徑向溫差。

7 設(shè)置開槽襯套或齒輪泵時(shí)的螺桿設(shè)計(jì)分析研究。在進(jìn)料機(jī)筒內(nèi)設(shè)置開槽強(qiáng)制進(jìn)料襯套，主要是用來提高擠出機(jī)的性能，滿足實(shí)際需要。但是要注意在開槽襯套擠出機(jī)時(shí)候，要滿足較高的固體輸送能力。這樣做的目的是因?yàn)樵陂_槽進(jìn)料段建立了70-100Mpa高壓，所以要加以注意。

我們可以這樣操作，第一，螺桿選取時(shí)，我們應(yīng)采用較小的壓縮比，壓縮比最好是1.第二，不斷提高螺桿的熔融和混煉能力，特別是要設(shè)置分流混煉元件。主要目的是發(fā)揮開槽襯套段較高的固體輸送能力。

為了提高擠出過程的穩(wěn)定性，我們可以在擠出機(jī)與機(jī)頭之間裝設(shè)有齒輪泵。我們可以讓螺桿僅需建立2-3.5Mpa的壓力，就可把熔體送入齒輪泵中。因此，螺桿計(jì)量段也可采用較深的螺槽，另外，我們還可以增強(qiáng)螺桿的熔融與混煉能力這個(gè)指標(biāo)，這樣在實(shí)際生產(chǎn)中可以不斷提高擠出機(jī)的產(chǎn)量與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李振軍.單螺桿擠出機(jī)螺桿幾何形狀對(duì)熔體溫度分布的影響[J].塑膠工業(yè)，2000（04）.

[2]柳和生.單螺桿擠出機(jī)螺棱間隙軸承效應(yīng)研究[D].浙江大學(xué)，1999.

[3]F.漢森.塑料擠出技術(shù)（第二版）[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

[4]李春燕，曹志清.擠出新方向：?jiǎn)温輻U擠出機(jī)混合新動(dòng)向[J].亞太塑料與橡膠，2005.

[5]王賢惠，曹志清.單螺桿擠出機(jī)混合裝置與混合機(jī)理研究的新進(jìn)展[J].橡塑技術(shù)與裝備，2006（04）.

[6]吳啟寶.聚合物熔體廣義螺旋擠出機(jī)機(jī)理研究[D].華南理工大學(xué)，2000.

[7]朱富華.擠出機(jī)理論及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000.endprint