螺杆设计质量的标准

1.11.1 螺杆设计质量的标准螺杆设计质量的标准 螺杆和料筒组成了挤出机的挤压系统。为说明挤压系统的重要性，人们 通常称之为挤出机的心脏。塑料（橡胶）正式在这一部分由玻璃态转变为 黏流态，然后通过口模、辅机而被做成各种制品的。由挤出过程分析可以 看出，至少应当从以下几个方面评价螺杆： （一）产量 所谓产量是指在保证塑化质量的前提下，通过给定机头的产量或挤出 量。如前所述，产量一般用公斤/小时或公斤／转来表示。一根好的螺杆， 应当具有较高的塑化能力。（生产能力）应当指出，低温挤出是目前的一 个发展趋势，它能改善挤出制品的质量（如降低内应力等），防止热敏性 物料过热分解，降低能量消耗，减少主辅机冷却系统的负担，提高生产 率。 （二）塑化质量 一根螺杆首先必须能生产出合乎质量要求的制品。所谓合乎质量要求 是指所生产的制品应当合乎以下几个方面的要求: 1.具有合乎要求的各种性能。具有合乎规定的物理、化学、力学、电学性 能； 2、具有合乎要求的表观质量。如能达到用户对气泡、晶点、染色分散均 匀性的要求等。 3、具有合乎要求的螺杆的塑化质量： （1）螺杆所挤出的熔体温度是否均匀，轴向波动、径向温差多大。 （2）是否有得以成型的最低的熔体温度。 （3）挤出的熔体是否有压力波动。染色和其它填加剂的分散是否均匀等。 （三）单耗 单耗，是指每挤出一公斤塑料（橡胶）所消耗的能量，一般用N 来表示。其中N 为功率（千瓦），Q 为产量（公斤/小时）。这个数值越 大，表示塑化同样重量的塑料（橡胶）所需要的能量越多，即意味着所耗 费的加热功率越多，电机所做的机械功通过剪切和摩擦热的形式进入物料 越多。反之亦然。一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下，单耗应尽可 能低。 （四）适应性 所谓螺杆的适应性是指螺杆对加工不同塑料、匹配不同机头和不同制 品的适应能力。一般说来，适应性越强，往往伴随着塑化效率的降低，因 此我们总希望一根好的螺杆，其适应性和高的塑化效率都应兼备。 （五）制造的难易 一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。 螺杆是挤出机最主要的部件，它直接关系到挤出机的应用范围和生产率，作 为每小时生产 180 公斤的聚氯乙烯螺杆，应采用高强度、耐热和耐腐蚀的合金钢 材料制得。据此选用 38CrMoAlA 氮化合金钢 1.21.2 设计螺杆首先要考虑的问题 要设计一根合乎以上标准的性能优异的螺杆并非一件轻而易举的事。在 进行螺杆设计时，要综合考虑以下问题： 1、物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸和温度状况。 不同物料的物理特性（如挤出温度范围、粘度、稳定性和流变性能）相 差很大，因而加工性能也很不相同。 橡胶挤出机螺杆与塑料挤出机螺杆差别很大： 如螺杆长径比、 螺槽深度、 螺杆结构（塑料挤出机螺杆带有混炼元件、剪切元件）等。 2、口模的几何形状和机头阻力特性。 由挤出机的工作图可知，口模特性线要与螺杆特性线很好地匹配，才能 获得满意的挤出效果。如： 1）高阻力机头，一般要配以均化段螺槽深度较浅的螺杆， 2）低阻力机头，需与均化段螺槽较深的螺杆相配。 3）对排气挤出机，机头阻力的大小和螺杆性能的匹配显得更重要，弄得 不好，挤出机甚至不能工作。 3、料筒的结构形式和加热冷却情况。 由固体输送理论知，在加料段料筒壁上加工出锥度和纵向沟槽并进行强 力冷却，会大大提高固体输送效率。若采用这种结构形式的料筒，设计螺杆 时必须在熔融段和均化段采取相应措施， 使熔融速率、 均化能力与加料段的 输送能力相一致。 4、螺杆转数。 由于物料的熔融速率很大程度上取决于剪切速率，而剪切速率与螺杆转 数有关，故进行螺杆设计时必须考虑螺杆转数这个因素。 5、挤出机的用途。 设计螺杆时必须弄清楚挤出机是用作加工制品．还是用作混料、造粒或 喂料。因为不同用途的挤出机的螺杆在设计上是有很大不同的。 在对评价螺杆的标准有了统一的看法和对螺杆设计必须考虑的因素有了一 个全面的了解之后，方能进行螺杆的具体设计。 1.3 螺杆的主要形式及确定 螺杆被称为塑料挤出机的心脏，它是使塑料混炼、加压而进行挤出作用的 重要部件。螺杆是通过等距不等深，等深不等距，不等深不等距从而逐渐减少 螺槽容积来获得压缩作用的。 1.3.1 螺杆的形式 1.渐变型螺槽深从供料段开始逐渐减小一直到螺杆头部，此类螺杆主要用于 软质与硬质聚氯乙烯，聚烯烃等。此类螺杆制造方便。 2.计量型具有长 4-60 的等距等深的计量段。这种螺杆头部压力和料流量较稳 定，因此挤出的制品质量好，广泛用于聚氯乙烯、聚烯烃及工程塑料。此类螺 杆的供料段为等距等深，压缩段螺槽深度逐渐减小。 3.突变型压缩段很短，仅 1-2D。供料段和计量段均为等距等深，计量段较 长。这种螺杆是为聚酞胺、聚丙烯等结晶性塑料设计的。将突变区放大至 5D 左 右适宜加工熔融温度范围较宽的塑料。 4.鱼雷头型计量段前头装鱼雷头。有时也可直接在压缩段前装鱼雷头代替计 量段。平滑鱼雷头用的较少，多数已改为带筋的鱼雷头，这种螺杆剪切力大， 塑化效果好，适用于聚苯乙烯、聚乙烯、聚酞胺、聚甲基丙烯酸甲酪、聚偏二 氮乙坏的造粒及成型。由于鱼雷头部份摩擦热大，应装冷却装置。 综上所述，广泛用于挤出成型的螺杆结构为计量型和突变型。 1.3.2螺杆的形式的确定 因加工的是聚氯乙烯且原材料为颗粒料，对温度的反应非常敏感易分解， 粘 度高、腐蚀性强，所以采用渐变型螺杆。 第 2 章 螺杆主要参数的设计 2.1 材料的基本特征 PVC 的微观形态为：线型分子无定形结构，外观是白色粉末状，一般粒度 为 40 目。平均分子量在 3 万~10 万，高分子量的 PVC 可达 25 万。20℃ 下，相对密度为 1.4，折光率为 1.544。 热学性质为:65—85℃开始软化，120150℃开始少量分解，160~180℃大 量分解，200℃完全分解。具体情况根据软、硬 PVC、配方中增塑剂量、稳定剂 量、填料、加工助剂量的多少及种类而确定。 PVC 热分解时的颜色变化过程为：由白色→粉红色→红色→棕色→黑 色。 PVC 分解时脱掉氯化氢，形成多烯结构，出现交联，致使制品变硬、发 脆，直至破坏。 PVC 的化学稳定性能良好，耐一般的酸、碱腐蚀。它的主要溶剂有：二氯 乙烷、环己酮、四氢呋喃等。 PVC 中含有氯原子，其阻燃性能要优于聚乙烯、聚丙烯等塑料，可用做建 筑材料。 PVC 属于通用型塑料，其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、断裂伸长率、 硬度等力学性能属一般水平，根据软质、硬质制品不同，力学性能也相差较 大。 PVC 的结晶度较小，一般为 5%左右，所以制品的透明性要优于聚乙烯、聚 丙烯等塑料。 PVC 的成型加工性能较差，不如聚乙烯等好加工。这是由于其熔融温度接 近分解温度，此时通过加稳定剂来提高分解温度。 硬质 PVC 制品需要添加 7 份左右热稳定剂，软质 PVC 制品需添加 2~4 份热稳定 剂，这样能顺利进行成型加工。对于硬质品，有时还需要再添加一些成型加工 助剂，如 ACR 等。成型温度一般控制在 150~180℃，有时可再高些，到 200℃左 右。 2.2 螺杆几何参数的确定 2.2.1 直径的确定 螺杆的主要参数之一，以毫米为单位表示。 在初步确定生产