螺桿擠出機(jī)1新

1、動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示 1.1.定義定義：擠出成型擠出成型又稱擠塑（擠壓模塑），在擠出機(jī)又稱擠塑（擠壓模塑），在擠出機(jī) 的螺桿或柱塞的擠壓作用下，使高聚物的熔體（或的螺桿或柱塞的擠壓作用下，使高聚物的熔體（或 粘流體），通過(guò)一定形狀的口模，而成為具有恒定粘流體），通過(guò)一定形狀的口模，而成為具有恒定 截面的連續(xù)型材的一種成型方法。截面的連續(xù)型材的一種成型方法。 2.2.應(yīng)用：應(yīng)用： 塑料擠出成型：塑料擠出成型：管材、板材、片材、薄膜、擠出吹管材、板材、片材、薄膜、擠出吹 塑。塑。主要是熱塑性塑料的擠出，現(xiàn)也有熱固性。主要是熱塑性塑料的擠出，現(xiàn)也有熱固性。 橡膠擠出成型橡膠擠出成型：胎面、內(nèi)胎、膠管：胎

2、面、內(nèi)胎、膠管 合成纖維合成纖維：螺桿擠出熔融紡絲、溶液紡絲：螺桿擠出熔融紡絲、溶液紡絲 擠出成型是高聚物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)率高、適應(yīng)性擠出成型是高聚物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)率高、適應(yīng)性 強(qiáng)、用途廣泛、強(qiáng)、用途廣泛、所占比重最大的加工方法。所占比重最大的加工方法。 4-1 概概 述述 擠出還可用于塑料染色、混煉、擠出還可用于塑料染色、混煉、塑化塑化 造粒造粒、共混改性等。以擠出為基礎(chǔ)，配合、共混改性等。以擠出為基礎(chǔ)，配合 吹脹和雙軸拉伸：吹脹和雙軸拉伸：吹塑薄膜吹塑薄膜和拉幅薄膜。和拉幅薄膜。 PVCPVC管生產(chǎn)線管生產(chǎn)線 板材生產(chǎn)線板材生產(chǎn)線 熔體紡絲生產(chǎn)線熔體紡絲生產(chǎn)線 薄膜生產(chǎn)線薄膜生產(chǎn)線 工藝特點(diǎn)

3、：工藝特點(diǎn)： n連續(xù)成型，產(chǎn)量大，生產(chǎn)效率高。連續(xù)成型，產(chǎn)量大，生產(chǎn)效率高。 n制品外形簡(jiǎn)單，是斷面形狀不變的連續(xù)型材。制品外形簡(jiǎn)單，是斷面形狀不變的連續(xù)型材。 n制品質(zhì)量均勻密實(shí)，各向異性小，尺寸準(zhǔn)確性較制品質(zhì)量均勻密實(shí)，各向異性小，尺寸準(zhǔn)確性較 好。好。 n適應(yīng)性很強(qiáng)：幾乎適合除適應(yīng)性很強(qiáng)：幾乎適合除PTFE外的所有熱塑性外的所有熱塑性 塑料。塑料。 n只要改變機(jī)頭口模，就可改變制品形狀。只要改變機(jī)頭口模，就可改變制品形狀。 n可用來(lái)塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其可用來(lái)塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其 它方法混合成型。此外，還可為壓延成型供料它方法混合成型。此外，還可為壓延成型供

4、料。 二、擠出成型設(shè)備的組成二、擠出成型設(shè)備的組成 擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等 擠壓系統(tǒng)擠壓系統(tǒng)是擠出成型的關(guān)鍵部分，對(duì)擠出成型的是擠出成型的關(guān)鍵部分，對(duì)擠出成型的 質(zhì)量和產(chǎn)量起重要作用。質(zhì)量和產(chǎn)量起重要作用。 主要包括主要包括加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭和和口?？谀５鹊?幾個(gè)部分，圖所示。幾個(gè)部分，圖所示。 n塑料通過(guò)擠壓系統(tǒng)塑化成均勻的熔體，并在這過(guò)程塑料通過(guò)擠壓系統(tǒng)塑化成均勻的熔體，并在這過(guò)程 中所建立的壓力下，被螺桿中所建立的壓力下，被螺桿連續(xù)地定壓、定量、定連續(xù)地定壓、定量、定 溫地溫地?cái)D出機(jī)頭。擠

5、出機(jī)頭。 1、主機(jī)（擠出機(jī)）、主機(jī)（擠出機(jī)） n傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng) 給螺桿提供所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。給螺桿提供所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。 n加熱冷卻系統(tǒng)加熱冷卻系統(tǒng)：對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱對(duì)料筒（或螺桿）進(jìn)行加熱 和冷卻，保證成型過(guò)程在工藝要求的溫度范和冷卻，保證成型過(guò)程在工藝要求的溫度范 圍內(nèi)完成。圍內(nèi)完成。 n機(jī)頭、定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、機(jī)頭、定型裝置、冷卻裝置、牽引裝置、 切割裝置、卷取（或堆放）裝置等切割裝置、卷?。ɑ蚨逊牛┭b置等。 機(jī)頭（口模、芯架等）：機(jī)頭（口模、芯架等）：它是制品成型的主它是制品成型的主 要部件，熔融塑料通過(guò)它獲得一定的幾何要部件，熔融塑料通過(guò)它獲得一定的幾何 截面和

6、尺寸。截面和尺寸。 2、輔機(jī)、輔機(jī) n定型裝置定型裝置：將從機(jī)頭中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn)將從機(jī)頭中擠出的塑料的既定形狀穩(wěn) 定下來(lái)并對(duì)其進(jìn)行精整，從而得到更為精確的定下來(lái)并對(duì)其進(jìn)行精整，從而得到更為精確的 截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和截面形狀、尺寸和光亮的表面。通常采用冷卻和 加壓的方法達(dá)到這一目的。加壓的方法達(dá)到這一目的。 n冷卻裝置冷卻裝置：由定型裝置出來(lái)的塑料在此得到充分由定型裝置出來(lái)的塑料在此得到充分 的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。的冷卻，獲得最終的形狀和尺寸。 n 牽引裝置牽引裝置：其作用為均勻地牽引制品。并對(duì)制品其作用為均勻地牽引制品。并對(duì)制品 的截面尺寸進(jìn)行控制，使擠

7、出過(guò)程穩(wěn)定地進(jìn)行。的截面尺寸進(jìn)行控制，使擠出過(guò)程穩(wěn)定地進(jìn)行。 擠出成型過(guò)程可分為如下三個(gè)階段：擠出成型過(guò)程可分為如下三個(gè)階段： n1、塑化階段塑化階段 在擠出機(jī)上進(jìn)行塑料的加熱和混煉，在擠出機(jī)上進(jìn)行塑料的加熱和混煉， 使固態(tài)原料變?yōu)榫鶆虻恼承粤黧w。使固態(tài)原料變?yōu)榫鶆虻恼承粤黧w。 n2、成型階段成型階段 在擠出機(jī)螺桿的作用下，熔融塑料在擠出機(jī)螺桿的作用下，熔融塑料 以一定的壓力和速度連續(xù)通過(guò)裝在擠出機(jī)上的成型以一定的壓力和速度連續(xù)通過(guò)裝在擠出機(jī)上的成型 機(jī)頭，獲得一定的斷面形狀。機(jī)頭，獲得一定的斷面形狀。 n3、定形階段定形階段 通過(guò)冷卻等方法使熔融塑料已獲取通過(guò)冷卻等方法使熔融塑料已獲取 的形

8、狀固定下來(lái)，成為固態(tài)制件。的形狀固定下來(lái)，成為固態(tài)制件。 n經(jīng)歷的形態(tài)：經(jīng)歷的形態(tài)：玻璃態(tài)玻璃態(tài)-粘流態(tài)粘流態(tài)-高彈態(tài)高彈態(tài)-玻璃態(tài)玻璃態(tài) 3 3、控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng) n擠出機(jī)的控制系統(tǒng)：擠出機(jī)的控制系統(tǒng)：它由各種它由各種電器、儀表電器、儀表和和執(zhí)行機(jī)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)構(gòu)組成。根據(jù)自動(dòng)化水平的高低，可控制擠出機(jī)的組成。根據(jù)自動(dòng)化水平的高低，可控制擠出機(jī)的 主機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)油泵、油（汽）缸和主機(jī)、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)油泵、油（汽）缸和 其它各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的功率、速度和軌跡運(yùn)行，其它各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所需的功率、速度和軌跡運(yùn)行， 以及檢測(cè)、控制主輔機(jī)的以及檢測(cè)、控制主輔機(jī)的溫度、壓力、流量溫度、

9、壓力、流量，最終，最終 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出機(jī)組的自動(dòng)控制和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)擠出機(jī)組的自動(dòng)控制和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控 制。制。 n由以上各部分組成的擠出裝置為由以上各部分組成的擠出裝置為擠出機(jī)組擠出機(jī)組。 三、分類三、分類 n按螺桿數(shù)目分按螺桿數(shù)目分 單、雙、多單、雙、多 （前兩種用得最多）（前兩種用得最多） n 按喂料方式分按喂料方式分 冷喂、熱喂（要預(yù)熱冷喂、熱喂（要預(yù)熱50） n按螺桿安裝位置分按螺桿安裝位置分 臥式、立式臥式、立式 n按螺桿轉(zhuǎn)速分按螺桿轉(zhuǎn)速分 常規(guī)（常規(guī)（100300r/min）、高速（）、高速（300900r/min）、）、 超高速（超高速（9001500r/min） 四

10、、規(guī)格表示及技術(shù)特征四、規(guī)格表示及技術(shù)特征 n擠出機(jī)規(guī)格擠出機(jī)規(guī)格以螺桿直徑表示，在直徑前冠以漢語(yǔ)拼以螺桿直徑表示，在直徑前冠以漢語(yǔ)拼 音字母標(biāo)出機(jī)型和用途。音字母標(biāo)出機(jī)型和用途。 n如如XJ-150、SJ-150，表示螺桿直徑為表示螺桿直徑為150mm的擠出的擠出 機(jī)。機(jī)。 n紡絲擠出機(jī)型號(hào)根據(jù)紡制纖維的類別來(lái)編制：紡絲擠出機(jī)型號(hào)根據(jù)紡制纖維的類別來(lái)編制：VC-長(zhǎng)長(zhǎng) 絲紡絲機(jī)，絲紡絲機(jī)，VD-短纖維紡絲機(jī)。短纖維紡絲機(jī)。 n橡膠擠出機(jī)為橡膠擠出機(jī)為30-300，熱喂料擠出機(jī)的，熱喂料擠出機(jī)的 L/D為為45，冷喂料的，冷喂料的L/D為為1015。 n塑料行業(yè)的擠出機(jī)為塑料行業(yè)的擠出機(jī)為302

11、00，L/D在在 2030，多數(shù)在，多數(shù)在25左右。左右。 n化纖行業(yè)的擠出機(jī)為化纖行業(yè)的擠出機(jī)為65200，國(guó)內(nèi)的國(guó)內(nèi)的 L/D在在2028，大多，大多 24，國(guó)外，國(guó)外L/D可達(dá)可達(dá) 2833。 是擠出機(jī)的最主要部件，其結(jié)構(gòu)對(duì)擠出工藝有是擠出機(jī)的最主要部件，其結(jié)構(gòu)對(duì)擠出工藝有 重要影重要影 響，擠出不同高聚物有不同結(jié)構(gòu)形式的響，擠出不同高聚物有不同結(jié)構(gòu)形式的 螺桿螺桿。 4.2.1 螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù) 擠出成型：擠出成型： 是將物料送入加熱的機(jī)筒與旋轉(zhuǎn)著的螺桿之是將物料送入加熱的機(jī)筒與旋轉(zhuǎn)著的螺桿之 間進(jìn)行固體物料的輸送、熔融壓縮、熔體均化，最間進(jìn)行固體物料的輸送、熔融壓

12、縮、熔體均化，最 后定量、定速和定壓地通過(guò)機(jī)頭口模而獲得所需的后定量、定速和定壓地通過(guò)機(jī)頭口模而獲得所需的 擠出制品。擠出制品。 4-2-2 擠出成型基本原理擠出成型基本原理 1.物料經(jīng)歷物料經(jīng)歷三種力學(xué)狀態(tài)三種力學(xué)狀態(tài) 玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。 2.2.物料三區(qū)物料三區(qū) 根據(jù)物料運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)變化分為：根據(jù)物料運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)變化分為： n固體輸送區(qū)固體輸送區(qū)固體物料輸送；固體物料輸送； n熔融區(qū)熔融區(qū)物料升溫，壓實(shí)，排氣，塑化；物料升溫，壓實(shí)，排氣，塑化； n熔體輸送區(qū)熔體輸送區(qū)混合，定壓，計(jì)量輸送?；旌希▔?，計(jì)量輸送。 1.1.擠壓系統(tǒng)的主要作用擠壓系統(tǒng)的主要作用：連續(xù)、

13、穩(wěn)定輸送物料；：連續(xù)、穩(wěn)定輸送物料； 將固體物料塑化成熔融物料；使物料的溫度和將固體物料塑化成熔融物料；使物料的溫度和 組成一致。組成一致。 要使制品質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定，須滿足以下要使制品質(zhì)量、產(chǎn)量穩(wěn)定，須滿足以下兩個(gè)條件：兩個(gè)條件： 1、熔體熔體的輸送速率的輸送速率=固態(tài)固態(tài)物料的熔化速率物料的熔化速率 2、沿螺桿軸向任一截面物料的質(zhì)量流率、沿螺桿軸向任一截面物料的質(zhì)量流率=擠出機(jī)擠出機(jī) 生產(chǎn)率生產(chǎn)率 物料是被壓實(shí)的固體塞、充滿整個(gè)螺槽；物料是被壓實(shí)的固體塞、充滿整個(gè)螺槽； 固體塞所受壓力僅為螺槽流道長(zhǎng)度的函數(shù)；固體塞所受壓力僅為螺槽流道長(zhǎng)度的函數(shù)； 摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)f一定，作用于固體的摩擦力符

14、合庫(kù)倫定律一定，作用于固體的摩擦力符合庫(kù)倫定律 F=f P； 忽略固體塞密度變化，物料重力的影響；忽略固體塞密度變化，物料重力的影響； 加料螺槽截面為矩形，且槽深不變。加料螺槽截面為矩形，且槽深不變。 4.2.2 加料段的固體輸送理論加料段的固體輸送理論 圖圖 4-11 螺槽中固體輸送的理想模型和固體塞移動(dòng)速螺槽中固體輸送的理想模型和固體塞移動(dòng)速 度矢量圖度矢量圖 移動(dòng)角移動(dòng)角 固體塞輸送速率固體塞輸送速率Q與螺桿幾何尺寸的關(guān)系：與螺桿幾何尺寸的關(guān)系： Hf 螺槽深度螺槽深度 Db螺桿外徑螺桿外徑 n 螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 螺桿外徑處的螺旋角螺桿外徑處的螺旋角 物料的移動(dòng)角物料的移動(dòng)角 tanta

15、n tantan fbfb 2 HDnHDQ 提高固體輸送率途徑：提高固體輸送率途徑： 1.移動(dòng)角移動(dòng)角 影響移動(dòng)角影響移動(dòng)角的因素：的因素： 螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，摩擦因數(shù)，摩擦因數(shù)，壓力。壓力。 移動(dòng)角移動(dòng)角=0：物料不向前移動(dòng)，不進(jìn)料；：物料不向前移動(dòng)，不進(jìn)料； 移動(dòng)角移動(dòng)角=90 ：此時(shí)物料移動(dòng)速度很大，即。這：此時(shí)物料移動(dòng)速度很大，即。這 是固體輸送理論的上限。一般情況是在是固體輸送理論的上限。一般情況是在0 90范圍，擠出過(guò)程要控制物料與螺桿，范圍，擠出過(guò)程要控制物料與螺桿， 機(jī)筒的摩擦力為定值，否則引起移動(dòng)角變機(jī)筒的摩擦力為定值，否則引起移動(dòng)角變 化，造成產(chǎn)率波動(dòng)。化，造成

16、產(chǎn)率波動(dòng)。 2. 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) f 在螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，以及工藝參在螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，以及工藝參 數(shù)設(shè)定后，數(shù)設(shè)定后，移動(dòng)角移動(dòng)角只與摩擦因數(shù)只與摩擦因數(shù) 有關(guān)。有關(guān)。 a. 提高螺桿光潔度；涂提高螺桿光潔度；涂F4 b. 在料筒上開(kāi)設(shè)縱向槽溝，提高在料筒上開(kāi)設(shè)縱向槽溝，提高 物料與機(jī)筒之間的摩擦因數(shù)；物料與機(jī)筒之間的摩擦因數(shù)； c. 降低螺桿溫度，通冷卻水；降低螺桿溫度，通冷卻水； d. 根據(jù)摩擦因數(shù)與溫度的關(guān)系，根據(jù)摩擦因數(shù)與溫度的關(guān)系， 適當(dāng)提高加工溫度。適當(dāng)提高加工溫度。 總結(jié)：為獲得最大的固體輸送速率總結(jié)：為獲得最大的固體輸送速率 從擠出機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)考慮：從擠出機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)考慮： a.增

17、加螺槽深度是有利的，但會(huì)受到螺桿增加螺槽深度是有利的，但會(huì)受到螺桿 扭矩的限制。其次，降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù)扭矩的限制。其次，降低塑料與螺桿的摩擦系數(shù) 也是有利的。再者，增大塑料與料筒的摩擦系數(shù)，也是有利的。再者，增大塑料與料筒的摩擦系數(shù)， 也可以提高固體輸送速率，但要注意會(huì)引起物料也可以提高固體輸送速率，但要注意會(huì)引起物料 停滯甚至分解，因此料筒內(nèi)表面還是要盡量光潔。停滯甚至分解，因此料筒內(nèi)表面還是要盡量光潔。 b.采用最佳螺旋角。采用最佳螺旋角。 從擠出工藝角度來(lái)講：從擠出工藝角度來(lái)講： 控制加料段料筒和螺桿的控制加料段料筒和螺桿的溫度溫度是關(guān)鍵，因?yàn)槟κ顷P(guān)鍵，因?yàn)槟?擦系數(shù)是隨溫度而變

18、化的。擦系數(shù)是隨溫度而變化的。 3.2.4 均化段的熔體輸送理論 n熔體輸送理論亦稱流體動(dòng)力學(xué)理論，是研究熔體輸送理論亦稱流體動(dòng)力學(xué)理論，是研究 在單螺桿計(jì)量段如何保證物料的徹底塑化，在單螺桿計(jì)量段如何保證物料的徹底塑化， 并使之能定壓、定量和定溫地從機(jī)頭擠出，并使之能定壓、定量和定溫地從機(jī)頭擠出， 以獲得穩(wěn)定的產(chǎn)量和高質(zhì)量的擠出制品。以獲得穩(wěn)定的產(chǎn)量和高質(zhì)量的擠出制品。 假設(shè)機(jī)筒旋轉(zhuǎn)，假設(shè)機(jī)筒旋轉(zhuǎn)， 螺桿相對(duì)靜止螺桿相對(duì)靜止,機(jī)機(jī) 筒以原來(lái)螺桿相筒以原來(lái)螺桿相 反方向運(yùn)動(dòng)，將反方向運(yùn)動(dòng)，將 螺槽展開(kāi)如圖螺槽展開(kāi)如圖2- 21 整個(gè)過(guò)程為整個(gè)過(guò)程為 等溫等溫、層流層流，粘粘 度為常數(shù)度為常數(shù)。

19、 3.2.4. 五個(gè)基本假設(shè)五個(gè)基本假設(shè) 3.2.4. 物料在螺槽中流動(dòng)的類型物料在螺槽中流動(dòng)的類型 1. 正流正流：物料沿螺槽方向：物料沿螺槽方向(Z方向方向)向機(jī)頭的流動(dòng)，向機(jī)頭的流動(dòng)， 是由干螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推擠作用所引起的；是由干螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推擠作用所引起的； 其流動(dòng)也稱其流動(dòng)也稱拖曳流動(dòng)拖曳流動(dòng)，流量用，流量用QD表示。表示。 2. 逆流逆流：與正流方向相反。由機(jī)頭口模、過(guò)濾網(wǎng)等：與正流方向相反。由機(jī)頭口模、過(guò)濾網(wǎng)等 對(duì)料流的阻礙的反壓流動(dòng)，又稱對(duì)料流的阻礙的反壓流動(dòng)，又稱壓力流動(dòng)壓力流動(dòng)，用，用 QP表示表示。 。 3、漏流漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿螺桿的軸向：物料在螺桿和

20、料筒的間隙沿螺桿的軸向 反向流動(dòng)，故漏流要比正流和逆流小很多。反向流動(dòng)，故漏流要比正流和逆流小很多。QL 4、橫流、橫流：對(duì)總的擠出生產(chǎn)率影響不大，幾乎可忽：對(duì)總的擠出生產(chǎn)率影響不大，幾乎可忽 略；但對(duì)熔體的混合、塑化、熱交換起重要作略；但對(duì)熔體的混合、塑化、熱交換起重要作 用用 擠出機(jī)總生產(chǎn)能力：擠出機(jī)總生產(chǎn)能力：Q = QD QP QL。 即為即為正流、逆流、漏流正流、逆流、漏流體積流量的代數(shù)和。體積流量的代數(shù)和。 3.2.4.3 生產(chǎn)率公式生產(chǎn)率公式 正流、逆流和漏流流量計(jì)算式分別如下：正流、逆流和漏流流量計(jì)算式分別如下： 式中式中 P均化段兩端的壓力降均化段兩端的壓力降 L3 均化段長(zhǎng)

21、度均化段長(zhǎng)度 1 螺槽中物料的粘度螺槽中物料的粘度 2 螺桿與機(jī)筒間物料的粘度螺桿與機(jī)筒間物料的粘度 2 cossin 3 22 hnD Qd 31 23 3 12 sin L phD Qp 32 322 10 tan L p e D QL 螺桿均化段生產(chǎn)率公式：螺桿均化段生產(chǎn)率公式： 式中：式中：1和和2分別是螺槽中和螺桿和機(jī)筒間隙分別是螺槽中和螺桿和機(jī)筒間隙 中物料的粘度中物料的粘度 p機(jī)頭壓力機(jī)頭壓力 Q = QD QP QL 正流流正流流量量 漏流流量漏流流量 逆流流量逆流流量 3.2.4.4 螺桿特性曲線螺桿特性曲線 生產(chǎn)率公式可寫成生產(chǎn)率公式可寫成 A、B、C僅與螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)僅與

22、螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，對(duì)于給有關(guān)，對(duì)于給 定的螺桿為常數(shù)。定的螺桿為常數(shù)。 溫度溫度和和螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速恒定不變時(shí)，恒定不變時(shí)， 1和和2可看作可看作 常數(shù)，式（常數(shù)，式（2-62）為直線方程，如對(duì)同一螺桿不）為直線方程，如對(duì)同一螺桿不 同的同的n作作Q-p圖，可作出圖圖，可作出圖2-27的的螺桿特性曲線。螺桿特性曲線。 不同轉(zhuǎn)速不同轉(zhuǎn)速(N)的螺桿特性曲線：的螺桿特性曲線： 可以證明，物料通過(guò)口模的流量可以證明，物料通過(guò)口模的流量Q與口模的壓與口模的壓 力降力降P有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 式中：式中： K口模形狀系數(shù)或阻力系數(shù)，其值與口模形狀系數(shù)或阻力系數(shù)，其值與 口模形狀、尺寸大小有關(guān)?？谀?/p>

23、形狀、尺寸大小有關(guān)。 3 3機(jī)頭處物料的粘度機(jī)頭處物料的粘度,穩(wěn)定狀態(tài)下，可穩(wěn)定狀態(tài)下，可 近似看成常數(shù)。近似看成常數(shù)。 2. 口模特性曲線口模特性曲線 （2-66） 擠出機(jī)的工作點(diǎn)：擠出機(jī)的工作點(diǎn)： 將螺桿特性曲線與口模特性曲線在同一坐標(biāo)將螺桿特性曲線與口模特性曲線在同一坐標(biāo) 上畫出，兩直線交點(diǎn)為擠出機(jī)工作點(diǎn)。上畫出，兩直線交點(diǎn)為擠出機(jī)工作點(diǎn)。 反映出擠出物的質(zhì)量反映出擠出物的質(zhì)量 和操作條件的關(guān)系。和操作條件的關(guān)系。 Qu：質(zhì)量線；：質(zhì)量線； W: 經(jīng)濟(jì)擠出量下限；經(jīng)濟(jì)擠出量下限； Tmax；Tmin：最大允許溫：最大允許溫 度，最小可能的熔體溫度，最小可能的熔體溫 度度 實(shí)際擠出過(guò)程的擠

24、出機(jī)工作圖：實(shí)際擠出過(guò)程的擠出機(jī)工作圖： 擠出理論小結(jié)：擠出理論小結(jié)： n提高擠出機(jī)加料段的固體輸送能力是提高擠出機(jī)螺提高擠出機(jī)加料段的固體輸送能力是提高擠出機(jī)螺 桿生產(chǎn)能力的先決條件；桿生產(chǎn)能力的先決條件； n螺桿的熔融塑化能力則是提高螺桿生產(chǎn)能力和保證螺桿的熔融塑化能力則是提高螺桿生產(chǎn)能力和保證 制品質(zhì)量的關(guān)鍵；制品質(zhì)量的關(guān)鍵； n擠出機(jī)螺桿的三個(gè)區(qū)段的生產(chǎn)能力必須均衡，才能擠出機(jī)螺桿的三個(gè)區(qū)段的生產(chǎn)能力必須均衡，才能 使螺桿達(dá)到最佳的工作效能。使螺桿達(dá)到最佳的工作效能。 現(xiàn)代螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)能力之所以能獲得飛速現(xiàn)代螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)能力之所以能獲得飛速 的提高一個(gè)重要原因是充分采用有效的改

25、進(jìn)措施，的提高一個(gè)重要原因是充分采用有效的改進(jìn)措施， 強(qiáng)化固體輸送能力、提高熔融能力，并在此前提下，強(qiáng)化固體輸送能力、提高熔融能力，并在此前提下， 保證螺桿能有更多的均化能力。保證螺桿能有更多的均化能力。 n螺桿和料筒螺桿和料筒組成了擠出機(jī)的組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)擠壓系統(tǒng)。為說(shuō)。為說(shuō) 明擠壓系統(tǒng)的重要性，人們通常稱之為明擠壓系統(tǒng)的重要性，人們通常稱之為擠出擠出 機(jī)的心臟機(jī)的心臟。 n一臺(tái)擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化質(zhì)量、填加物的一臺(tái)擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化質(zhì)量、填加物的 分散性、熔體溫度、動(dòng)力消耗等，主要決定分散性、熔體溫度、動(dòng)力消耗等，主要決定 于螺桿的性能于螺桿的性能。 4.2.2 單螺桿擠出機(jī)擠壓系

26、統(tǒng)單螺桿擠出機(jī)擠壓系統(tǒng) （一）常規(guī)螺桿（一）常規(guī)螺桿 n一、評(píng)價(jià)螺桿的標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素一、評(píng)價(jià)螺桿的標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素 n1、評(píng)價(jià)螺桿質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有：、評(píng)價(jià)螺桿質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有： n塑化質(zhì)量塑化質(zhì)量 一根螺桿必須能生產(chǎn)出合乎質(zhì)量要一根螺桿必須能生產(chǎn)出合乎質(zhì)量要 求的制品。即制品：求的制品。即制品： nA A、具有合乎要求的各種性能。、具有合乎要求的各種性能。具有合乎規(guī)定的物具有合乎規(guī)定的物 理、化學(xué)、力學(xué)、電學(xué)性能；理、化學(xué)、力學(xué)、電學(xué)性能； nB B、具有合乎要求的表觀質(zhì)量。、具有合乎要求的表觀質(zhì)量。如能達(dá)到用戶對(duì)氣如能達(dá)到用戶對(duì)氣 泡、晶點(diǎn)、染色分散均勻性的要求等。泡、晶點(diǎn)、染色分

27、散均勻性的要求等。 nC C、具有合乎要求的螺桿的塑化質(zhì)量、具有合乎要求的螺桿的塑化質(zhì)量： 1 1）螺桿所擠出的熔體溫度是否均勻，軸向溫度波動(dòng)、）螺桿所擠出的熔體溫度是否均勻，軸向溫度波動(dòng)、 徑向溫差多大。徑向溫差多大。 2 2）是否有得以成型的最低的熔體溫度。）是否有得以成型的最低的熔體溫度。 3 3）擠出的熔體是否有壓力波動(dòng)。）擠出的熔體是否有壓力波動(dòng)。 4）染色和其它填加劑的分散是否均勻等。）染色和其它填加劑的分散是否均勻等。 低溫?cái)D出是目前的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，它能改低溫?cái)D出是目前的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，它能改 善擠出制品的質(zhì)量（如降低內(nèi)應(yīng)力等），防善擠出制品的質(zhì)量（如降低內(nèi)應(yīng)力等），防 止熱敏性物

28、料過(guò)熱分解，降低能量消耗，減止熱敏性物料過(guò)熱分解，降低能量消耗，減 少主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高生產(chǎn)率。少主輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高生產(chǎn)率。 產(chǎn)量產(chǎn)量 具有較高的塑化能力和擠出流率。具有較高的塑化能力和擠出流率。 一根好的螺桿，應(yīng)當(dāng)具有較高的塑化能力一根好的螺桿，應(yīng)當(dāng)具有較高的塑化能力。 （生產(chǎn)能力）（生產(chǎn)能力） 單耗單耗 每擠出每擠出1kg物料所消耗的能量（物料所消耗的能量（N/Q）。）。一根一根 好的螺桿，在保證塑化質(zhì)量的前提下，單耗應(yīng)盡可好的螺桿，在保證塑化質(zhì)量的前提下，單耗應(yīng)盡可 能低能低。單耗越低的螺桿生產(chǎn)成本越低單耗越低的螺桿生產(chǎn)成本越低。 適應(yīng)性適應(yīng)性是指螺桿對(duì)是指螺桿對(duì)加工不同

29、塑料加工不同塑料、匹配不同機(jī)頭匹配不同機(jī)頭和和 不同制品不同制品的適應(yīng)能力的適應(yīng)能力。一根好的螺桿，其適應(yīng)性和一根好的螺桿，其適應(yīng)性和 高的塑化效率都應(yīng)兼?zhèn)涓叩乃芑识紤?yīng)兼?zhèn)洹?容易加工容易加工 好的螺桿應(yīng)易于加工制造，價(jià)格低。好的螺桿應(yīng)易于加工制造，價(jià)格低。 3、設(shè)計(jì)螺桿時(shí)，應(yīng)綜合考慮如下因素：、設(shè)計(jì)螺桿時(shí)，應(yīng)綜合考慮如下因素： 物料特性及其加入時(shí)的幾何形狀、尺寸和溫度。物料特性及其加入時(shí)的幾何形狀、尺寸和溫度。 n橡膠擠出機(jī)螺桿與塑料擠出機(jī)螺桿差別很大橡膠擠出機(jī)螺桿與塑料擠出機(jī)螺桿差別很大：如螺：如螺 桿長(zhǎng)徑比、螺槽深度、螺桿結(jié)構(gòu)（塑料擠出機(jī)螺桿桿長(zhǎng)徑比、螺槽深度、螺桿結(jié)構(gòu)（塑料擠出機(jī)螺

30、桿 帶有混煉元件、剪切元件）等帶有混煉元件、剪切元件）等 n同是橡膠擠出機(jī)螺桿也不同同是橡膠擠出機(jī)螺桿也不同：冷喂料擠出機(jī)與熱喂：冷喂料擠出機(jī)與熱喂 料擠出機(jī)螺桿不同。料擠出機(jī)螺桿不同。 不同的塑料擠出機(jī)，螺桿也不相同。不同的塑料擠出機(jī)，螺桿也不相同。 同一種塑料，粉狀和粒狀的加工性能也不同，預(yù)熱同一種塑料，粉狀和粒狀的加工性能也不同，預(yù)熱 和不預(yù)熱對(duì)加工性能也有影響。和不預(yù)熱對(duì)加工性能也有影響。 口模的幾何形狀和機(jī)頭阻力特性?？谀５膸缀涡螤詈蜋C(jī)頭阻力特性。 口模特性線要與螺桿特性線很好的匹配，才能獲口模特性線要與螺桿特性線很好的匹配，才能獲 得滿意的擠出效果。如均化段螺槽較淺的螺桿，得滿意的

31、擠出效果。如均化段螺槽較淺的螺桿， 宜配用高阻力機(jī)頭；反之亦然。宜配用高阻力機(jī)頭；反之亦然。 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式和加熱冷卻情況。機(jī)筒的結(jié)構(gòu)形式和加熱冷卻情況。 如在加料段料筒壁上加工出錐度和縱向溝槽并進(jìn)行強(qiáng)如在加料段料筒壁上加工出錐度和縱向溝槽并進(jìn)行強(qiáng) 力冷卻，會(huì)大大提高固體輸送效率。力冷卻，會(huì)大大提高固體輸送效率。 螺桿轉(zhuǎn)速螺桿轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速大，剪切速率高，物料熔融速率大。轉(zhuǎn)速大，剪切速率高，物料熔融速率大。 螺桿設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮螺桿轉(zhuǎn)數(shù)這個(gè)因素螺桿設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮螺桿轉(zhuǎn)數(shù)這個(gè)因素。 擠出機(jī)的用途擠出機(jī)的用途 是用來(lái)加工制品，或是混料、造粒是用來(lái)加工制品，或是混料、造粒 或喂料?；蛭沽稀２煌猛镜臄D出機(jī)

32、的螺桿在設(shè)計(jì)上是有很不同用途的擠出機(jī)的螺桿在設(shè)計(jì)上是有很 大不同的大不同的。 n常規(guī)全螺紋三段螺桿的設(shè)計(jì)包括常規(guī)全螺紋三段螺桿的設(shè)計(jì)包括： 螺桿結(jié)構(gòu)型式的確定；螺桿結(jié)構(gòu)型式的確定； 螺桿基本參數(shù)的確定；螺桿基本參數(shù)的確定； 螺桿頭部結(jié)構(gòu)和螺紋斷面形狀螺桿頭部結(jié)構(gòu)和螺紋斷面形狀。 等距變深螺桿等距變深螺桿 等深變距螺桿等深變距螺桿 變距變深螺桿變距變深螺桿 等距漸變螺桿：無(wú)定形等距漸變螺桿：無(wú)定形 等距突變螺桿：結(jié)晶等距突變螺桿：結(jié)晶 制造容易，成本低，制造容易，成本低， 有利進(jìn)料，應(yīng)用廣泛有利進(jìn)料，應(yīng)用廣泛 用于橡膠加工用于橡膠加工 理想化，少用理想化，少用 螺桿螺桿 形式形式 1、螺桿的結(jié)構(gòu)

33、形式、螺桿的結(jié)構(gòu)形式 n漸變型螺桿是指由加料段較深螺槽向均化漸變型螺桿是指由加料段較深螺槽向均化段較段較 淺螺槽的過(guò)渡，是在一個(gè)較長(zhǎng)的螺桿軸向距離內(nèi)淺螺槽的過(guò)渡，是在一個(gè)較長(zhǎng)的螺桿軸向距離內(nèi) 完成的。完成的。特點(diǎn)如下：特點(diǎn)如下： n1 1）漸變螺桿大多）漸變螺桿大多用于無(wú)定形塑料的加工用于無(wú)定形塑料的加工。如聚氯。如聚氯 乙烯乙烯 n2 2）它對(duì)大多數(shù)物料能夠提供較好的熱傳導(dǎo)，傳熱）它對(duì)大多數(shù)物料能夠提供較好的熱傳導(dǎo)，傳熱 均勻，效果好。均勻，效果好。適用于熱敏性塑料適用于熱敏性塑料， n3 3）對(duì)物料的剪切作用較小，且可控制，其）對(duì)物料的剪切作用較小，且可控制，其混煉特混煉特 性不高性不高，

34、也可用于結(jié)晶性塑料。，也可用于結(jié)晶性塑料。 n突變型螺桿突變型螺桿指由加料段較深螺槽向均化段較指由加料段較深螺槽向均化段較 淺螺槽的過(guò)渡是在較短的螺桿軸向距離內(nèi)完成淺螺槽的過(guò)渡是在較短的螺桿軸向距離內(nèi)完成 的的。特點(diǎn)如下：特點(diǎn)如下： n1 1）突變螺桿由于）突變螺桿由于具有較短的壓縮段具有較短的壓縮段，有的甚至只，有的甚至只 有（有（1212）D D。 n2 2）對(duì)物料能產(chǎn)生巨大的剪切對(duì)物料能產(chǎn)生巨大的剪切，故適用于粘度低、，故適用于粘度低、 具有突變?nèi)埸c(diǎn)的塑料，如尼龍、聚烯烴等；具有突變?nèi)埸c(diǎn)的塑料，如尼龍、聚烯烴等； n3 3）對(duì)于高粘度的塑料容易引起局部過(guò)熱，故）對(duì)于高粘度的塑料容易引起局

35、部過(guò)熱，故不適不適 于聚氯乙烯等熱敏性塑料于聚氯乙烯等熱敏性塑料。 2、螺桿基本參數(shù)的確定、螺桿基本參數(shù)的確定 1、 螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)（見(jiàn)（見(jiàn)圖圖7-3） 螺桿直徑螺桿直徑D 螺桿的長(zhǎng)徑比螺桿的長(zhǎng)徑比L/D 螺桿的壓縮比螺桿的壓縮比A 螺桿分段及分段參數(shù)的確定螺桿分段及分段參數(shù)的確定 螺槽深度螺槽深度h 螺旋角螺旋角 螺桿棱部寬度螺桿棱部寬度 螺桿與料筒的間隙螺桿與料筒的間隙 螺桿頭部結(jié)構(gòu)和螺紋斷面形狀螺桿頭部結(jié)構(gòu)和螺紋斷面形狀 螺桿直徑螺桿直徑D n通常在通常在30300mm之間，最常見(jiàn)的是之間，最常見(jiàn)的是 60150mm。擠出機(jī)規(guī)格以螺桿直徑大小表示。擠出機(jī)規(guī)格以螺桿直

36、徑大小表示。 n螺桿直徑的大小一般根據(jù)所螺桿直徑的大小一般根據(jù)所加工制品的斷面加工制品的斷面 尺寸尺寸、加工塑料的種類加工塑料的種類和和所要求的生產(chǎn)率所要求的生產(chǎn)率 （QD2）來(lái)確定來(lái)確定。 螺桿的長(zhǎng)徑比螺桿的長(zhǎng)徑比L/D n螺桿工作部分的有效長(zhǎng)度螺桿工作部分的有效長(zhǎng)度L與直徑與直徑D之比之比。 n比值大，螺桿長(zhǎng)度增加，物料在料筒中停留時(shí)間更比值大，螺桿長(zhǎng)度增加，物料在料筒中停留時(shí)間更 長(zhǎng)，可改善物料溫度分布，混合更均勻；并可減少長(zhǎng)，可改善物料溫度分布，混合更均勻；并可減少 擠出時(shí)的逆流和漏流，提高螺桿轉(zhuǎn)速，從而提高生擠出時(shí)的逆流和漏流，提高螺桿轉(zhuǎn)速，從而提高生 產(chǎn)能力，見(jiàn)圖。產(chǎn)能力，見(jiàn)圖。

37、n一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質(zhì)一定意義上也表示螺桿的塑化能力和塑化質(zhì) 量量。 n加大加大L/D后，螺桿和料筒的加工及裝配要求更高、更后，螺桿和料筒的加工及裝配要求更高、更 困難，制造成本也相應(yīng)提高困難，制造成本也相應(yīng)提高；同時(shí)螺桿刮磨料筒的；同時(shí)螺桿刮磨料筒的 機(jī)率增加，使擠出機(jī)壽命縮短；熱敏性物料易分解，機(jī)率增加，使擠出機(jī)壽命縮短；熱敏性物料易分解， 功率消耗增大。故不能無(wú)限加大長(zhǎng)徑比。功率消耗增大。故不能無(wú)限加大長(zhǎng)徑比。 n如直徑如直徑45的螺桿，加工的螺桿，加工HDPE，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)到當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)到 80r/min時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度限的長(zhǎng)徑比為時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度限的長(zhǎng)徑比為37.5；當(dāng)轉(zhuǎn)速

38、為；當(dāng)轉(zhuǎn)速為 100r/min時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度限的長(zhǎng)徑比為時(shí)，達(dá)到強(qiáng)度限的長(zhǎng)徑比為32；當(dāng)加工；當(dāng)加工 LDPE或或PP時(shí)時(shí), 達(dá)到強(qiáng)度限的長(zhǎng)徑比達(dá)到強(qiáng)度限的長(zhǎng)徑比30。 n螺桿的壓縮比螺桿的壓縮比A n幾何壓縮比幾何壓縮比：加料段第一個(gè)螺槽容積與均化段最后加料段第一個(gè)螺槽容積與均化段最后 一個(gè)螺槽容積之比。一個(gè)螺槽容積之比。 n物理壓縮比物理壓縮比：物料加工之前的松密度與均化段熔體物料加工之前的松密度與均化段熔體 密度之比。密度之比。 n作用：壓縮物料，排除氣體，建立起必要的熔體壓作用：壓縮物料，排除氣體，建立起必要的熔體壓 力，保證物料到達(dá)螺桿末端時(shí)有足夠的致密度力，保證物料到達(dá)螺桿末端時(shí)有足

39、夠的致密度。 nA越大，物料受到擠壓作用越大，排除物料中所含越大，物料受到擠壓作用越大，排除物料中所含 空氣的能力就大。但空氣的能力就大。但A太大，螺桿本身的機(jī)械強(qiáng)度太大，螺桿本身的機(jī)械強(qiáng)度 下降。下降。A一般在一般在25之間。之間。 n設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則：應(yīng)使幾何壓縮比大于物理壓縮比應(yīng)使幾何壓縮比大于物理壓縮比。 表表4-7是加工各種常用塑料所采用的螺桿壓縮比。是加工各種常用塑料所采用的螺桿壓縮比。 n橡膠壓出機(jī)螺桿的壓縮比橡膠壓出機(jī)螺桿的壓縮比A較小，熱喂料為較小，熱喂料為 1.31.4，冷喂料為，冷喂料為1.61.8；濾膠機(jī)為；濾膠機(jī)為1，是，是 等距等深螺桿。等距等深螺桿。 n壓縮比的

40、獲得主要采用壓縮比的獲得主要采用等距變深螺槽等距變深螺槽、等深等深 變距螺槽變距螺槽和和變深變距螺槽變深變距螺槽等方法。其中等方法。其中等距等距 變深螺槽變深螺槽易于進(jìn)行機(jī)械加工，故多采用。易于進(jìn)行機(jī)械加工，故多采用。 螺桿分段及分段參數(shù)的確定螺桿分段及分段參數(shù)的確定 n加料段（加料段（L1） 其作用是將料斗送來(lái)的物料輸其作用是將料斗送來(lái)的物料輸 送到壓縮段和均化段。送到壓縮段和均化段。 n其任務(wù)是壓實(shí)物料并將料溫提高到熔融溫度。其任務(wù)是壓實(shí)物料并將料溫提高到熔融溫度。 n加料段的核心問(wèn)題是固體輸送能力。加料段的核心問(wèn)題是固體輸送能力。 na.加大加料段的加大加料段的螺槽深度螺槽深度h h1

41、1，可提高輸送量，可提高輸送量 Q QS S。 nb.b.在料筒加料段處在料筒加料段處開(kāi)開(kāi)縱向溝槽和加工出錐縱向溝槽和加工出錐 度度來(lái)實(shí)現(xiàn)提高輸送量來(lái)實(shí)現(xiàn)提高輸送量Q QS S。 nc.c.增加加料段的長(zhǎng)度增加加料段的長(zhǎng)度會(huì)使產(chǎn)量提高。會(huì)使產(chǎn)量提高。 nd.d.加料段的長(zhǎng)度與加料段的長(zhǎng)度與壓力的建立、熔融區(qū)的壓力的建立、熔融區(qū)的 熔融狀況和波動(dòng)有關(guān)熔融狀況和波動(dòng)有關(guān)。 ne. 加料段長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)物料類型來(lái)確定：加料段長(zhǎng)度，應(yīng)根據(jù)物料類型來(lái)確定： 對(duì)不定形塑料，對(duì)不定形塑料， L1?。ㄈ。?10）D；對(duì)結(jié)晶對(duì)結(jié)晶 型塑料，型塑料， L1為螺桿全長(zhǎng)的為螺桿全長(zhǎng)的60%65%。 nf.螺旋角螺旋角也

42、是一個(gè)影響輸送能力的因素，由也是一個(gè)影響輸送能力的因素，由 固體輸送理論得知，固體輸送理論得知，b越大；越大； Q QS S越大。但越大。但 通常取通常取D=S，即即b=1740。 ng.g.螺桿表面摩擦系數(shù)越小（或料筒的摩擦螺桿表面摩擦系數(shù)越?。ɑ蛄贤驳哪Σ?系數(shù)越大），系數(shù)越大），Q QS S越大。越大。 n壓縮段（壓縮段（ L2）：）：其作用是對(duì)加料段送來(lái)的其作用是對(duì)加料段送來(lái)的 物料起擠壓和剪切作用，使物料繼續(xù)受熱，物料起擠壓和剪切作用，使物料繼續(xù)受熱， 由固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w；趕走物料中的空氣由固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w；趕走物料中的空氣 及其他揮發(fā)成分，增大物料的密度；建立熔及其他揮發(fā)成分，

43、增大物料的密度；建立熔 體壓力體壓力 。 n 目前仍以經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定目前仍以經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定L2：對(duì)結(jié)晶型塑：對(duì)結(jié)晶型塑 料?。先。?5）D；對(duì)非結(jié)晶型塑料取螺桿全對(duì)非結(jié)晶型塑料取螺桿全 長(zhǎng)的長(zhǎng)的55%65%。 n計(jì)量段計(jì)量段 L3 ：作用是將來(lái)自壓縮段的熔體進(jìn)作用是將來(lái)自壓縮段的熔體進(jìn) 一步均化；并定壓、定溫和定量地將其擠入一步均化；并定壓、定溫和定量地將其擠入 機(jī)頭中去。機(jī)頭中去。 n均化段的螺槽深度和長(zhǎng)度是兩個(gè)重要參量。均化段的螺槽深度和長(zhǎng)度是兩個(gè)重要參量。 n實(shí)踐表明，加長(zhǎng)計(jì)量段長(zhǎng)度實(shí)踐表明，加長(zhǎng)計(jì)量段長(zhǎng)度L3，會(huì)使壓力峰會(huì)使壓力峰 值移到計(jì)量段末，其結(jié)果使產(chǎn)量和壓力波動(dòng)值移到計(jì)量段末

44、，其結(jié)果使產(chǎn)量和壓力波動(dòng) 都大大減小。都大大減小。 n均化段長(zhǎng)度對(duì)擠出率的影響。均化段長(zhǎng)度對(duì)擠出率的影響。 物料類型物料類型螺桿類型螺桿類型進(jìn)料段進(jìn)料段壓縮段壓縮段計(jì)量段計(jì)量段 非結(jié)晶型塑料非結(jié)晶型塑料長(zhǎng)區(qū)漸變長(zhǎng)區(qū)漸變102555652025 高結(jié)晶塑料高結(jié)晶塑料(如尼龍）如尼龍） 突變突變606512個(gè)螺距個(gè)螺距 2025 Tm范圍寬（范圍寬（PVC）全長(zhǎng)漸變?nèi)L(zhǎng)漸變無(wú)無(wú)約約100無(wú)無(wú) 低結(jié)晶塑料低結(jié)晶塑料短區(qū)漸變短區(qū)漸變304525352545 螺桿各段長(zhǎng)度隨擠出物料性質(zhì)而異。下表是普螺桿各段長(zhǎng)度隨擠出物料性質(zhì)而異。下表是普 通螺桿三段長(zhǎng)度分配（占總長(zhǎng)的通螺桿三段長(zhǎng)度分配（占總長(zhǎng)的% %）

45、。）。 螺槽深度螺槽深度h n螺槽深度影響塑料的塑化及擠螺槽深度影響塑料的塑化及擠 出效率出效率，h小時(shí)，小時(shí)， 對(duì)塑料可產(chǎn)對(duì)塑料可產(chǎn) 生較高的剪切速率，有利于傳生較高的剪切速率，有利于傳 熱和塑化，但擠出生產(chǎn)率降低。熱和塑化，但擠出生產(chǎn)率降低。 n熱敏性塑料（熱敏性塑料（PVC）宜用深宜用深 槽螺桿槽螺桿 n熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的 塑料（如塑料（如PA等）宜用淺槽螺等）宜用淺槽螺 桿。桿。 n沿螺桿軸向各段的螺槽深度通常是不等的沿螺桿軸向各段的螺槽深度通常是不等的 加料段的螺槽深度加料段的螺槽深度h1是定值，是在確定了是定值，是在確定了 計(jì)量段的螺槽深計(jì)量段的螺

46、槽深h3后，再結(jié)合物料的壓縮比來(lái)后，再結(jié)合物料的壓縮比來(lái) 確定確定。一般一般h10.1D。 n壓縮段的螺槽深壓縮段的螺槽深h2是個(gè)變化值；是個(gè)變化值； n計(jì)量段螺槽深度計(jì)量段螺槽深度h3 1，應(yīng)使該段的均化能力與壓縮段的熔融能力相應(yīng)使該段的均化能力與壓縮段的熔融能力相 匹配，以控制擠出量；匹配，以控制擠出量； 2，與機(jī)頭相匹配。，與機(jī)頭相匹配。 nh3過(guò)大，使該段熔體輸送能力過(guò)大，壓縮段未熔融過(guò)大，使該段熔體輸送能力過(guò)大，壓縮段未熔融 的物料會(huì)進(jìn)入該段，得不到進(jìn)一步均勻塑化而擠入的物料會(huì)進(jìn)入該段，得不到進(jìn)一步均勻塑化而擠入 機(jī)頭，影響制品質(zhì)量。機(jī)頭，影響制品質(zhì)量。 nh3太淺，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低。

47、太淺，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低。且熔體會(huì)受到過(guò)大的剪且熔體會(huì)受到過(guò)大的剪 切，熔體的溫度會(huì)變得過(guò)高，非但不能獲得低溫?cái)D切，熔體的溫度會(huì)變得過(guò)高，非但不能獲得低溫?cái)D 出，甚至?xí)疬^(guò)熱分解。出，甚至?xí)疬^(guò)熱分解。 nh3是定值是定值，目前仍以經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定目前仍以經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定h3 ： 對(duì)塑料加工對(duì)塑料加工h3=（0.020.06）D； n對(duì)能承受高剪切速率的塑料，對(duì)能承受高剪切速率的塑料， h3可取小值可取小值; 對(duì)不能承受高剪切速率的塑料，對(duì)不能承受高剪切速率的塑料， h3應(yīng)應(yīng)取大取大 值。值。 n對(duì)橡膠加工對(duì)橡膠加工h3=（0.180.25）D。 螺紋升角螺紋升角b b n螺紋與螺桿橫截面之間的夾

48、角。螺紋與螺桿橫截面之間的夾角。b b增大，擠出機(jī)生增大，擠出機(jī)生 產(chǎn)能力提高，但螺桿對(duì)塑料的擠壓剪切作用減少。產(chǎn)能力提高，但螺桿對(duì)塑料的擠壓剪切作用減少。 nA A）b b =30 =30 左右適于粉料，左右適于粉料， nB B）b b =l7 =l7左右適于圓柱料，左右適于圓柱料， nC C）b b =15=15左右適于方塊料。左右適于方塊料。 n出于機(jī)械加工的方便，一般取出于機(jī)械加工的方便，一般取D=S （螺距），螺距）， b b =17 =170 04040 。 。 螺紋棱部寬度螺紋棱部寬度 ne太小，漏流增加，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，對(duì)低粘太小，漏流增加，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，對(duì)低粘 度熔體更是如此。

49、度熔體更是如此。 n e太大會(huì)增加螺棱上的動(dòng)力消耗，有局部過(guò)太大會(huì)增加螺棱上的動(dòng)力消耗，有局部過(guò) 熱的危險(xiǎn)。熱的危險(xiǎn)。 n取取e=(0.080.12)D，在螺桿根部取大值。在螺桿根部取大值。 螺桿與料筒的間隙螺桿與料筒的間隙 n是一個(gè)螺桿與料筒相互關(guān)系的參量。是一個(gè)螺桿與料筒相互關(guān)系的參量。 n間隙間隙選擇所考慮的因素：選擇所考慮的因素： nA A）被加工物料的性質(zhì)被加工物料的性質(zhì)。（如熱敏性與非熱敏型物（如熱敏性與非熱敏型物 料）料） nB B）機(jī)頭阻力情況機(jī)頭阻力情況。阻力越大間隙越小。阻力越大間隙越小。 nC C）螺桿料筒的材質(zhì)及其熱處理情況）螺桿料筒的材質(zhì)及其熱處理情況。 nD D）機(jī)

50、械加工條件）機(jī)械加工條件 nE E）螺桿直徑的大小來(lái)選取。）螺桿直徑的大小來(lái)選取。 n螺桿直徑越大，螺桿直徑越大，的絕對(duì)值應(yīng)選得越大，螺桿直的絕對(duì)值應(yīng)選得越大，螺桿直 徑越小，徑越小，的絕對(duì)值應(yīng)選得越小。的絕對(duì)值應(yīng)選得越小。 n 選取選取 n我國(guó)已由擠出機(jī)系列的直徑間隙值，可根我國(guó)已由擠出機(jī)系列的直徑間隙值，可根 據(jù)情況選取。據(jù)情況選取。 n（0.0030.005）D 直徑大者取小值，直徑大者取小值， 小者取大值。小者取大值。 n當(dāng)塑料熔體從螺旋槽進(jìn)入機(jī)頭流道時(shí)，其料流形式當(dāng)塑料熔體從螺旋槽進(jìn)入機(jī)頭流道時(shí)，其料流形式 急劇改變，由急劇改變，由螺旋帶狀的流動(dòng)變成直線流動(dòng)螺旋帶狀的流動(dòng)變成直線流動(dòng)

51、。 n其料流形式發(fā)生急劇變化。為得到較好的擠出質(zhì)量，其料流形式發(fā)生急劇變化。為得到較好的擠出質(zhì)量， 要求熔料盡可能平穩(wěn)地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭口模，避免要求熔料盡可能平穩(wěn)地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭口模，避免 滯流，局部受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生熱分解。滯流，局部受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生熱分解。 n這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及機(jī)頭這與螺桿頭部形狀、螺桿末端螺紋的形狀以及機(jī)頭 體中流道的設(shè)計(jì)和分流板的設(shè)計(jì)等有密切關(guān)系。體中流道的設(shè)計(jì)和分流板的設(shè)計(jì)等有密切關(guān)系。 n表表2-11是目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的塑料、橡膠螺桿頭部形是目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的塑料、橡膠螺桿頭部形 式。式。 3、螺桿頭部結(jié)構(gòu)和螺紋斷面形狀、螺桿頭部結(jié)構(gòu)和螺紋斷面形

52、狀 1 1）鈍的螺桿頭）鈍的螺桿頭 n總有因物料在螺桿頭前面總有因物料在螺桿頭前面停滯而分解的危險(xiǎn)停滯而分解的危險(xiǎn)，即，即 使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這使稍有曲面和錐面的螺桿頭通常也不足以防止這 一點(diǎn)，對(duì)以上形式的螺桿頭一般一點(diǎn)，對(duì)以上形式的螺桿頭一般要求裝分流板要求裝分流板。 2 2）帶有較長(zhǎng)錐面的螺桿頭）帶有較長(zhǎng)錐面的螺桿頭 n也難免在螺桿的端點(diǎn)因停滯物料被燒焦的現(xiàn)象。也難免在螺桿的端點(diǎn)因停滯物料被燒焦的現(xiàn)象。 3 3）斜切截錐體的螺桿頭）斜切截錐體的螺桿頭 n其端部有一個(gè)橢圓平面，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它能使其端部有一個(gè)橢圓平面，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它能使 料流攪動(dòng)，料流攪動(dòng)，物料不易因

53、滯流而分解物料不易因滯流而分解。 4 4）錐部帶螺紋的螺桿頭）錐部帶螺紋的螺桿頭 n能使物料借助螺紋的作用而運(yùn)動(dòng)，主要用于能使物料借助螺紋的作用而運(yùn)動(dòng)，主要用于 電纜行業(yè)。電纜行業(yè)。 5 5）魚(yú)雷頭螺桿頭）魚(yú)雷頭螺桿頭 n與料筒之間的間隙通常小于它前面的螺槽深與料筒之間的間隙通常小于它前面的螺槽深 度。有的魚(yú)雷頭表面上開(kāi)有溝槽或加工出特度。有的魚(yú)雷頭表面上開(kāi)有溝槽或加工出特 殊花紋。殊花紋?！八辛己玫幕旌霞羟凶饔茫茉鏊辛己玫幕旌霞羟凶饔?，能增 大流體的壓力和消除波動(dòng)現(xiàn)象大流體的壓力和消除波動(dòng)現(xiàn)象”，常用來(lái)擠常用來(lái)擠 出粘度較大、導(dǎo)熱性不良或有較為明顯熔點(diǎn)出粘度較大、導(dǎo)熱性不良或有較為明顯

54、熔點(diǎn) 的塑料。的塑料。 （二）新型螺桿（二）新型螺桿 n常規(guī)全螺紋在三段螺桿中存在的問(wèn)題常規(guī)全螺紋在三段螺桿中存在的問(wèn)題 n幾種常見(jiàn)的新型螺桿幾種常見(jiàn)的新型螺桿 一、常規(guī)全螺紋在三段螺桿中存在的問(wèn)題一、常規(guī)全螺紋在三段螺桿中存在的問(wèn)題 1 1、熔融效率低、塑化混煉（染色、加填充物）不均勻、熔融效率低、塑化混煉（染色、加填充物）不均勻 1 1）傳熱途徑）傳熱途徑 n由熔融理論知，固體床熔融的熱源有兩個(gè)由熔融理論知，固體床熔融的熱源有兩個(gè): : n一是來(lái)自加熱器的一是來(lái)自加熱器的外熱外熱。 n一是發(fā)生在熔膜中的一是發(fā)生在熔膜中的剪切熱剪切熱， n后者是主要的。后者是主要的。如果能使固體床在其消失之

55、前始終如果能使固體床在其消失之前始終 能以最大的面積與料筒壁相接觸，則可獲得最大的能以最大的面積與料筒壁相接觸，則可獲得最大的 熔融效率熔融效率。 n在常規(guī)三段螺桿中，熔融段同時(shí)有固體床和熔池在常規(guī)三段螺桿中，熔融段同時(shí)有固體床和熔池 同在一個(gè)螺槽中，熔池不斷增寬，固體床逐漸變同在一個(gè)螺槽中，熔池不斷增寬，固體床逐漸變 窄，從而減少了固體床與料筒壁的接觸面積，減窄，從而減少了固體床與料筒壁的接觸面積，減 少了料筒壁直接傳給固體床的熱量，降低了熔融少了料筒壁直接傳給固體床的熱量，降低了熔融 效率，致使擠出量不高。效率，致使擠出量不高。 2) 固體床變窄，傳熱面積減少，熔融效率低固體床變窄，傳熱面

56、積減少，熔融效率低, 擠出擠出 量不高量不高 3) 3) 固體床易破碎，固體碎片傳熱慢，剪切力小，不固體床易破碎，固體碎片傳熱慢，剪切力小，不 易熔融易熔融 a. 固體床易破碎固體床易破碎 在常規(guī)三段螺桿中，當(dāng)在常規(guī)三段螺桿中，當(dāng)固體床寬度固體床寬度 減少至它的初始寬度的減少至它的初始寬度的10%時(shí)。其物理性質(zhì)極不穩(wěn)時(shí)。其物理性質(zhì)極不穩(wěn) 定定，熔體易擠入固體床縫隙，當(dāng)外力（由于工作條熔體易擠入固體床縫隙，當(dāng)外力（由于工作條 件變化及聚合物物理狀態(tài)改變而形成的張力）超過(guò)件變化及聚合物物理狀態(tài)改變而形成的張力）超過(guò) 了固體床的抗張強(qiáng)度時(shí)，固體床便解體，形成固體了固體床的抗張強(qiáng)度時(shí)，固體床便解體，形

57、成固體 碎片。碎片。 nb. 固體碎片被融體所包圍，不能直接獲得外部熱量，固體碎片被融體所包圍，不能直接獲得外部熱量， 傳熱慢傳熱慢 固體碎片混到已熔的塑料中，為熔體所包圍，不能固體碎片混到已熔的塑料中，為熔體所包圍，不能 直接與料筒壁接觸而獲得外部加熱器的熱量，只能直接與料筒壁接觸而獲得外部加熱器的熱量，只能 從包圍它們的熔體中獲得熱量。由于熔融聚合物傳從包圍它們的熔體中獲得熱量。由于熔融聚合物傳 熱性能很差，完全將這些碎片熔融將是很困難的，熱性能很差，完全將這些碎片熔融將是很困難的， 也是很慢的。也是很慢的。 nc.漂浮在熔體中的固體碎片受的剪切力很小，很難漂浮在熔體中的固體碎片受的剪切力

58、很小，很難 從剪切獲得熱量從剪切獲得熱量 固體碎片被融體所包圍，成漂浮狀態(tài)，基本上沒(méi)有固體碎片被融體所包圍，成漂浮狀態(tài)，基本上沒(méi)有 剪切發(fā)生。剪切發(fā)生。 4）部分物料得不到徹底熔融，另一部分物料則過(guò)熱，）部分物料得不到徹底熔融，另一部分物料則過(guò)熱， 導(dǎo)致溫度、塑化極不均勻。導(dǎo)致溫度、塑化極不均勻。 n由于上述因素，使固體床不能徹底地熔融。相反，由于上述因素，使固體床不能徹底地熔融。相反， 已熔的物料由于與料筒壁相接觸，仍能從料筒壁和已熔的物料由于與料筒壁相接觸，仍能從料筒壁和 熔膜中的剪切獲得熱量，使溫度繼續(xù)升高。這樣一熔膜中的剪切獲得熱量，使溫度繼續(xù)升高。這樣一 來(lái)，就形成一部分物料得不到徹

59、底熔融，另一部分來(lái)，就形成一部分物料得不到徹底熔融，另一部分 物料則過(guò)熱，導(dǎo)致溫度、塑化極不均勻。物料則過(guò)熱，導(dǎo)致溫度、塑化極不均勻。 2 2、壓力波動(dòng)、溫度波動(dòng)和產(chǎn)量波動(dòng)大、壓力波動(dòng)、溫度波動(dòng)和產(chǎn)量波動(dòng)大 n一般認(rèn)為，波動(dòng)主要有二種形式：一般認(rèn)為，波動(dòng)主要有二種形式： n一是較高頻率的波動(dòng)，與螺桿的回轉(zhuǎn)頻率一致，它一是較高頻率的波動(dòng)，與螺桿的回轉(zhuǎn)頻率一致，它 是由螺桿的旋轉(zhuǎn)引起的，特別容易發(fā)生在固體輸送是由螺桿的旋轉(zhuǎn)引起的，特別容易發(fā)生在固體輸送 過(guò)程中；過(guò)程中； n二是低頻波動(dòng)，它是由于熔融過(guò)程的不穩(wěn)定性（可二是低頻波動(dòng)，它是由于熔融過(guò)程的不穩(wěn)定性（可 能是由于固體床周期性地解體）所引起的

60、。能是由于固體床周期性地解體）所引起的。 3 3、加工物料適應(yīng)性差、加工物料適應(yīng)性差 n常規(guī)全螺紋三段螺桿往往不能很好適應(yīng)一些特殊塑常規(guī)全螺紋三段螺桿往往不能很好適應(yīng)一些特殊塑 料的加工或進(jìn)行混煉、著色等工藝過(guò)程。料的加工或進(jìn)行混煉、著色等工藝過(guò)程。 提高螺桿轉(zhuǎn)速，減少螺槽深度，增加擠壓剪切作用，提高螺桿轉(zhuǎn)速，減少螺槽深度，增加擠壓剪切作用， 保證物料塑化均勻，而產(chǎn)量不致下降。該法對(duì)不能保證物料塑化均勻，而產(chǎn)量不致下降。該法對(duì)不能 承受高剪切的物料是不可取的。承受高剪切的物料是不可取的。 提高料筒溫度促使固體碎片熔融提高料筒溫度促使固體碎片熔融，但對(duì)熱敏性物料，但對(duì)熱敏性物料 也不可取。且制品