擠出機分流型螺桿的設計

擠出機分流型螺桿的設計在螺桿一定部位上安裝銷子、柱、角錐體或多孔板等分流元件,或者直接在擠出機螺桿上銃出凸柱、開分流溝成分流孔的螺桿角分流型螺桿。分流型螺桿的種類很多，我們在此重點介紹分流型銷釘螺桿和分流型DIS螺桿，面對其他分流型螺桿進行一般性說明。銷釘螺桿上的銷釘一般設在螺桿母體（10-8）或螺桿頭部上（圖10-3）。前者主要用來促進塑料的熔融，后者主要用來促進熔料的混合。螺桿上裝設銷釘后塑料的熔融過程發(fā)生了較大的變化。在普通螺桿上，外界的傳到熱量和熔料本身因剪切而產(chǎn)生的熱量都必須從液相通過份界面?zhèn)魍滔?，由于塑料的導熱系?shù)較低，整塊的固體從大塊逐漸熔化到完全消失需要較長的時間，而且也必然存在著圖（4-4）所示的那樣的溫度梯度，這就是說溫度波動和徑向溫差是必然存在的。但是銷釘螺桿上，當塑料通過銷釘時料中的固相被粉碎細化，細小的固相與液相混在一起被其包圍，熱量從各個方向從高溫液相傳往低溫固相，熔化時間縮短（圖10-1）。此外，銷釘?shù)确至髟λ芰显斐筛郊拥淖枇?，塑料流過時產(chǎn)生了剪切與摩擦，這些都有助于塑料的熔化。圖10-2表示了在螺桿上增設銷釘型混煉元件后古縣各分部函數(shù)發(fā)生變化的實測數(shù)據(jù)。由圖可見：當沒有銷釘時塑料要通過21D的長度后才全部熔融，而假設七排銷釘后，只需15D便全部熔化。因此增設銷釘便可在增大轉(zhuǎn)速提高產(chǎn)量的同事保證固相在螺桿上全部及時熔化。經(jīng)過時間ffiio-l朦粒尺寸（】）變小后熔化速度加快

E10-2增設銷虹后固相分布函數(shù)的變化日一無第衽緣桿E10-2增設銷虹后固相分布函數(shù)的變化日一無第衽緣桿b—鎖忖螺桿（D^lEOamrL'Dh口〕加工宜）圖工人3帶結(jié)何混煤頭的解怦《隼行銷鬻數(shù)的鐲打托散=n我們曾經(jīng)用圖10-3的銷釘螺桿進行過實驗。在加工LDPE時，該螺桿在n=210rpm情況下塑化質(zhì)量良好，產(chǎn)量達到63kg/Hr,此時熔料溫度尚不超過170°C（圖10-4a）。面用來對比的普通螺桿當n=110rpm時已出現(xiàn)了塑化不良的象征，其產(chǎn)量為32kg/Hr。試驗結(jié)果正是證實了銷釘螺桿可以較大地提高產(chǎn)量。一般來說，在螺桿上增設銷釘后產(chǎn)量大約能提高30-100%。除此以外，當固相粉碎與細化后，液相的熱量及時傳給了固相，在促使固相熔融加快的同事也降低了液相的溫度，這對降低擠出物的溫度是很有利的。在普通三段式螺桿上，在擠出過程中，液相溫度總是不斷升高的，擠出物的徑向溫度總是比較大。相反實驗表明，如果設計合理，設置段或螺桿頭部的銷釘能打亂料流、較少溫度波動和壓力波動，提高擠出質(zhì)量。在使用圖10-3的銷釘螺桿擠出時，從圖10-4和圖10-5的比較可以看出：這種螺桿在擠出時不進溫度低、波動小而且在告訴下這個有點更為明顯。一般來說，設計得合理的銷釘螺桿能將擠出物溫度降低3°C左右。某廠在小150擠出機上擠出交聯(lián)聚乙烯的經(jīng)驗表明：使用普通螺桿當轉(zhuǎn)速不大于20-30rpm時才能保證擠出料溫不大于控制交聯(lián)所必須的132°C，此時產(chǎn)量僅180kg/Hr.采用銷釘螺桿后，擠出料溫下降至128°C,因此可將螺桿轉(zhuǎn)速提高至35-50rpm,此時產(chǎn)量達到了240kg/Hr,提高了1/4。精打螺桿與普通螺桿鈴向溫差的比較h一用所球的指杠揀桿b—普通看桿D= L/D=#a=S.ESmjm,Hl=Tmm除了采用圓柱銷釘之外，也可直接在螺桿上銃出矩形的銷釘（參看圖10-46IKV螺桿）。銷釘直徑也可設計成大小不等。長短不一（圖10-6），還可將銷釘設計成人字型排列（圖10-7），這些結(jié)構(gòu)都加強了熔料在銷釘頭上的分流混合作用，改善了制品的均勻度一般認為，銷釘頭上的銷釘直徑與其高度之比為0.25-2,銷釘之間的艱巨不超過銷釘直徑的1.5倍，銷釘?shù)目偯娣e約為銷釘頭總表面的1/3-1/4。有資料推薦銷釘直徑與螺桿直徑之間保持表10-1的關(guān)系。顯然，銷釘數(shù)據(jù)的多少和將銷釘設置于螺桿上的哪一個部位都將直接影響到塑料通過難易程度和分流強烈的程度，還將影響到塑料流動阻力的大小。銷釘數(shù)量與安放位置選擇不當，不進達不到預期的目的，相反會由于阻力過大而產(chǎn)量下降，或者由于局部摩擦發(fā)熱過大而熔料溫度升高圖10T徑向溫差與舞速的美嘉

a-精打蝶抒卜一善/娜桿實驗的結(jié)果表明:銷釘平行與螺棱安裝其效果比垂直于擠出機螺桿軸心線安裝的效果差，因此大都將銷釘垂直于擠出機螺桿軸心線布置（圖10-8），或者是與軸心線小薇成一角度.在一個螺槽中設置兩排銷釘不如隔開1-2D各設置一排銷釘為好。銷釘設置的位置與物料種類有關(guān)，一般來說，在未熔部分即固相尚剩下20-30%時，（即X/W=0.2-0.3）設置銷釘比較合適，否則由于固相較多，不容易通過而使生產(chǎn)率和料溫升高，因此一般都設置在計量段和壓縮段的后半部，也可考慮設計成靠近擠出機螺桿尾部銷釘密集一些，而前部則稀疏一些，以減少料流的阻力，圖10-8所示的國外某注射機銷釘擠出機螺桿就是按此思路設計的。OPC90C■0OPC90C■0? O&*山②? 0?Q。什。$QQB10-R注時機用傕令燃桿1H3,3,4.*行一鋅行整小梢甘*1xL13在強外皿HG.9,A燈一儡方冶小君甘&SnB孔濕14mmT.Ifi-lfi^TT6KxL18亂馨UmmD=HiL/DJOa=3.4OHD-O力。1。?a。％口frOo

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OCPO DD嚼 。。工cociooca◎小。?？冢?口onop■?一■■!」*_.ft1」■ 上,■a-1*110-6巴日禧公匍的第哲蛇乾 圖10-7人隼陪排列做銷剖現(xiàn)?10-1 精打苴穩(wěn)廂修桿■控的美象比杼IE也由m批）j 綱L20150即嫡好省氈S3-5i4*DIS擠出機螺桿是在分流型擠出機螺桿和靜態(tài)混合器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型擠出機螺桿，也5”便是應為Distributive（分散、分配）一詞的頭三個字母。我們知道，當擠出機螺桿轉(zhuǎn)速提高后用普通擠出機螺桿擠出時的徑向溫差△'、軸向溫度波動△1都會有較大的增加。采用新型擠出機螺桿對減小軸向溫度波動是很有效的，而靜態(tài)混合器對消除徑向溫差更為有效。DIS擠出機螺桿具有兩方面的技能，因此實際上它是一種“動態(tài)混合器”。DIS擠出機螺桿是由普通擠出機螺桿和帶孔的分流元件所組成，分流元件位于擠出機螺桿的頭部（圖10-9）。每個元件上開有九個（用來加工低粘度度料）或六個（用來加工高粘度料）分流孔，對直徑較大的擠出機孔數(shù)還可增加。每個孔貫通流入溝和流出溝。這些孔按一定的規(guī)律分布，每三個孔構(gòu)成一組，邊上的兩個孔和中間的一個孔的流向正好相反，從圖10-11可以更明顯地看出這點。有此也可看出：孔的個數(shù)應該是三的倍數(shù)。從計量段最后一個螺槽留出的熔料進入第一個混煉元件時被分為九股料流，他們流出第一個混煉元件后混合在一起然后再分成九股進入第二個混煉元件，經(jīng)過四個混煉元件后，從理論上來說，醬油94=6561個分流的可能性，當然實際上不足此數(shù)。這樣，在一個較小的擠出機螺桿長度上就達到了很大的分散混合的效果。不進如此，由于每三個孔構(gòu)成一個組所形成的三股料流中，邊上的兩股料流方向和中間的料流方向正好相反，這樣它的混合作用必然比開槽型分流擠出機螺桿強烈，對消除軸向溫度波動△■?2的效果也要好的多。DIS分流擠出機螺桿還有一個很大的特點，就是熔料在流道中有一“倒位”作用（圖10-10）。在一般螺槽中，沿螺槽深度上熔料移動速度是不同的。但是經(jīng)過分流孔的“倒位”作用以后，原料靠近機筒壁的熔料（A1點）經(jīng)過分流孔流到流出槽時將貼近擠出機螺桿根徑（A2點），而原料靠近擠出機螺桿根徑的熔料（B1點）將移到貼近機筒壁的位置（B2點）.這樣，對改善料流在流道中的速度分布，減少波動,尤其對較小徑向溫差的效果是很顯著的.圖DIS分流型螂桿圖1。-1。分誡乳的‘倒位'牝用DIS擠出機螺桿對熔料流動的阻力比起銷釘擠出機螺桿，以及下面將要接收啊的屏障型擠出機螺桿、分離型擠出機螺桿來說要小得多。因為后面這些擠出機螺桿都有高阻力的阻礙部分，而DIS擠出機螺桿的幾個分流孔構(gòu)成的總流道面積并不比螺槽截面小，因此阻力很小，同事熔料也不會由于強烈的剪切摩擦而導致過熱分解，因此這種擠出機螺桿的使用范圍較廣，甚至可以加工硬聚氯乙烯等熱敏性塑料。此外，擠出機螺桿上沒有高阻力的障礙部分而是具有較大的流通界面也保證了金屬雜質(zhì)不易損壞擠出機螺桿。由于具有上述特點，開孔型分流擠出機螺桿在試驗中得到了很好的效果。它的轉(zhuǎn)速較高、螺槽較深，對小50的擠出機擠出高密度聚乙烯時能達到68kg/Hr的產(chǎn)量同時其波動很蕭（參看表10-2）資卜2 怵罐桿性能擠出配科耕逆仃卅G產(chǎn)像住后月知］中心整席冏地孤旄便向溫差CC制155二5士機13425LDFE［髀士9LD.01濁noio14.51]SFVC30]JT.1313tc3.0由于混合均勻，波動小，混色的效果很好。徑向溫差小的結(jié)果保證了制品內(nèi)外層質(zhì)量一只，這對加工硬聚氯乙烯，發(fā)泡擠出，交聯(lián)擠出，吹瓶，注射等都是很有好處的。圖10-11介紹了我們設計并已進行過初步試驗的DIS擠出機螺桿工作圖工您參考。設計時每個混煉元件的長度在1.2-1.5D，在選擇參數(shù)時還要注意表10-3所列的幾個夾角之間的關(guān)系（參看圖10-11）。可以分析：如果夾角0為0°，則熔料產(chǎn)生了圖11-10所示的180°“倒位”作用。但實際上0不等于0°，因此它的“倒位”作用只有n-20，顯然槽內(nèi)回轉(zhuǎn)角n-20在180°內(nèi)越大越好。由于相鄰的兩個流道的夾角0數(shù)值相等而方向相反，因此他們從分流孔留出后產(chǎn)生了一個相對的回轉(zhuǎn)角2（n-20）=40，這個數(shù)值大小也直接影響混合質(zhì)量的好壞，因此他們也是在180°以內(nèi)越大越好。ffl10-110船訓Sffl10-110船訓S根杵混爆值?篇分回$描曲吳芝筌俞康的米善喑山”4殆■■—■■ U福前同■特來■nitflf開增加角指的是相鄰兩槽通過分流孔到達留出溝后器其對中心的夾角比原來夾角的增加角度，這個數(shù)值越大，說明相鄰兩個槽通過分流孔后相互距離愈遠，因此，此角也是越大越好。由此可見：為滿足上述的要求0角以在15°-45°范圍內(nèi)選取為佳。影響分流型擠出機螺桿的混合性能的主要參數(shù)是分流數(shù)V和混合度M，關(guān)于這兩個參數(shù)目前尚無比較完整的分析和計算公式。(W-式中H——鰥桿較速1Q——蝶桿擠出量，對分流數(shù)，的提法更不明確，可以用分流元件上的銷釘數(shù)目來代表分流數(shù)融兀I用指數(shù)式（10-2；來計算D!5螺桿的分流數(shù)口而方?工工￡ （10-式中B——分流元件（如D1S螺桿的混煤元件）數(shù)目,Q一每個元件上的分流孔數(shù).顯然，混合度越大，熔料的混合分散效果便愈佳。但是分流元件上的銷釘（或其他零件）愈多勢必會造成流通截面減小，阻力加大，溫升加大等副作用，而且這些作用也必然和分流元件的其他尺寸（分流槽深度、銷釘高度等）有關(guān)。例如，如分流槽過淺將勢必加大熔料流動阻力和增大溫升，這是很明顯的。除了銷釘型擠出機螺桿和DIS擠出機螺桿之外，還存在這多種分流型擠出機螺桿，他們的典型結(jié)構(gòu)如圖10-12所示。有的在螺棱上開斜空（圖10-12a