螺桿設計質量的標準1

1、1.1 螺桿設計質量的標準   螺桿和料筒組成了擠出機的擠壓系統。為說明擠壓系統的重要性，人們通常稱之為擠出機的心臟。塑料（橡膠）正式在這一部分由玻璃態(tài)轉變?yōu)轲ち鲬B(tài)，然后通過口模、輔機而被做成各種制品的。由擠出過程分析可以看出，至少應當從以下幾個方面評價螺桿： （一）產量  所謂產量是指在保證塑化質量的前提下，通過給定機頭的產量或擠出量。如前所述，產量一般用公斤/小時或公斤轉來表示。一根好的螺桿，應當具有較高的塑化能力。（生產能力）應當指出，低溫擠出是目前的一個發(fā)展趨勢，它能改善擠出制品的質量（如降低內應力等），防止熱敏性物料過熱分解，降低能量消耗，減少主輔機冷卻

2、系統的負擔，提高生產率。（二）塑化質量一根螺桿首先必須能生產出合乎質量要求的制品。所謂合乎質量要求是指所生產的制品應當合乎以下幾個方面的要求: 1.具有合乎要求的各種性能。具有合乎規(guī)定的物理、化學、力學、電學性能； 2、具有合乎要求的表觀質量。如能達到用戶對氣泡、晶點、染色分散均勻性的要求等。3、具有合乎要求的螺桿的塑化質量：（1）螺桿所擠出的熔體溫度是否均勻，軸向波動、徑向溫差多大。（2）是否有得以成型的最低的熔體溫度。（3）擠出的熔體是否有壓力波動。染色和其它填加劑的分散是否均勻等。（三）單耗 單耗，是指每擠出一公斤塑料（橡膠）所消耗的能量，一般用 N來表示。其中

3、60;N為功率（千瓦），Q為產量（公斤/小時）。這個數值越大，表示塑化同樣重量的塑料（橡膠）所需要的能量越多，即意味著所耗費的加熱功率越多，電機所做的機械功通過剪切和摩擦熱的形式進入物料越多。反之亦然。一根好的螺桿，在保證塑化質量的前提下，單耗應盡可能低。（四）適應性所謂螺桿的適應性是指螺桿對加工不同塑料、匹配不同機頭和不同制品的適應能力。一般說來，適應性越強，往往伴隨著塑化效率的降低，因此我們總希望一根好的螺桿，其適應性和高的塑化效率都應兼?zhèn)?。（五）制造的難易一根好的螺桿還必須易于加工制造，成本低。 螺桿是擠出機最主要的部件，它直接關系到擠出機的應用范圍和生產率，作為每小時生產180公斤的聚

4、氯乙烯螺桿，應采用高強度、耐熱和耐腐蝕的合金鋼材料制得。據此選用38CrMoAlA氮化合金鋼1.2 設計螺桿首先要考慮的問題 要設計一根合乎以上標準的性能優(yōu)異的螺桿并非一件輕而易舉的事。在進行螺桿設計時，要綜合考慮以下問題：1、物料的特性及其加入時的幾何形狀、尺寸和溫度狀況。 不同物料的物理特性（如擠出溫度范圍、粘度、穩(wěn)定性和流變性能）相差很大，因而加工性能也很不相同。 橡膠擠出機螺桿與塑料擠出機螺桿差別很大：如螺桿長徑比、螺槽深度、螺桿結構（塑料擠出機螺桿帶有混煉元件、剪切元件）等。2、口模的幾何形狀和機頭阻力特性。 由擠出機的工作圖可知，口模特性線要與螺桿特性線很好地匹配，才能獲得滿意的擠

5、出效果。如：1）高阻力機頭，一般要配以均化段螺槽深度較淺的螺桿，2）低阻力機頭，需與均化段螺槽較深的螺桿相配。3） 對排氣擠出機，機頭阻力的大小和螺桿性能的匹配顯得更重要，弄得不好，擠出機甚至不能工作。3、料筒的結構形式和加熱冷卻情況。 由固體輸送理論知，在加料段料筒壁上加工出錐度和縱向溝槽并進行強力冷卻，會大大提高固體輸送效率。若采用這種結構形式的料筒，設計螺桿時必須在熔融段和均化段采取相應措施，使熔融速率、均化能力與加料段的輸送能力相一致。4、螺桿轉數。 由于物料的熔融速率很大程度上取決于剪切速率，而剪切速率與螺桿轉數有關，故進行螺桿設計時必須考慮螺桿轉數這個因素。5、擠出機的用

6、途。 設計螺桿時必須弄清楚擠出機是用作加工制品還是用作混料、造?；蛭沽?。因為不同用途的擠出機的螺桿在設計上是有很大不同的。在對評價螺桿的標準有了統一的看法和對螺桿設計必須考慮的因素有了一個全面的了解之后，方能進行螺桿的具體設計。1.3 螺桿的主要形式及確定 螺桿被稱為塑料擠出機的心臟，它是使塑料混煉、加壓而進行擠出作用的重要部件。螺桿是通過等距不等深，等深不等距，不等深不等距從而逐漸減少螺槽容積來獲得壓縮作用的。1.3.1 螺桿的形式1.漸變型 螺槽深從供料段開始逐漸減小一直到螺桿頭部，此類螺桿主要用于軟質與硬質聚氯乙烯，聚烯烴等。此類螺桿制造方便。 2.計量型 具有長4-

7、60的等距等深的計量段。這種螺桿頭部壓力和料流量較穩(wěn)定，因此擠出的制品質量好，廣泛用于聚氯乙烯、聚烯烴及工程塑料。此類螺桿的供料段為等距等深，壓縮段螺槽深度逐漸減小 。3.突變型 壓縮段很短，僅1-2D。供料段和計量段均為等距等深，計量段較長。這種螺桿是為聚酞胺、聚丙烯等結晶性塑料設計的。將突變區(qū)放大至5D左右適宜加工熔融溫度范圍較寬的塑料。4.魚雷頭型 計量段前頭裝魚雷頭。有時也可直接在壓縮段前裝魚雷頭代替計量段。平滑魚雷頭用的較少，多數已改為帶筋的魚雷頭，這種螺桿剪切力大，塑化效果好，適用于聚苯乙烯、聚乙烯、聚酞胺、聚甲基丙烯酸甲酪、聚偏二氮乙壞的造粒及成型。

8、由于魚雷頭部份摩擦熱大，應裝冷卻裝置。綜上所述，廣泛用于擠出成型的螺桿結構為計量型和突變型。1.3.2 螺桿的形式的確定因加工的是聚氯乙烯且原材料為顆粒料，對溫度的反應非常敏感易分解，粘度高、腐蝕性強，所以采用漸變型螺桿。 第2章 螺桿主要參數的設計2.1 材料的基本特征PVC的微觀形態(tài)為：線型分子無定形結構，外觀是白色粉末狀，一般粒度為40目。 平均分子量在3萬10萬，高分子量的PVC可達25萬。  20下，相對密度為1.4，折光率為1.544。   熱學性質為:6585開始軟化，120150開始少量分解，160180大量分解，20

9、0完全分解。具體情況根據軟、硬PVC、配方中增塑劑量、穩(wěn)定劑量、填料、加工助劑量的多少及種類而確定。   PVC熱分解時的顏色變化過程為：由白色粉紅色紅色棕色黑色。   PVC分解時脫掉氯化氫，形成多烯結構，出現交聯，致使制品變硬、發(fā)脆，直至破壞。   PVC的化學穩(wěn)定性能良好，耐一般的酸、堿腐蝕。它的主要溶劑有：二氯乙烷、環(huán)己酮、四氫呋喃等。   PVC中含有氯原子，其阻燃性能要優(yōu)于聚乙烯、聚丙烯等塑料，可用做建筑材料。   PVC屬于通用型塑

10、料，其拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、斷裂伸長率、硬度等力學性能屬一般水平，根據軟質、硬質制品不同，力學性能也相差較大。   PVC的結晶度較小，一般為5%左右，所以制品的透明性要優(yōu)于聚乙烯、聚丙烯等塑料。   PVC的成型加工性能較差，不如聚乙烯等好加工。這是由于其熔融溫度接近分解溫度，此時通過加穩(wěn)定劑來提高分解溫度。 硬質PVC制品需要添加7份左右熱穩(wěn)定劑，軟質PVC制品需添加24份熱穩(wěn)定劑，這樣能順利進行成型加工。對于硬質品，有時還需要再添加一些成型加工助劑，如ACR等。成型溫度一般控制在150180，有時可再高些，到2

11、00左右。 2.2 螺桿幾何參數的確定2.2.1 直徑的確定螺桿的主要參數之一，以毫米為單位表示。在初步確定生產能力和轉速之后，可根據經驗生產能力公式初步確定直徑 Q生產能力（公斤/每小時） 180公斤/每小時Ds螺桿的外直徑（厘米） N螺桿轉速（轉/分） 50轉/分經驗出料系數，0.0030.007之間 0.005 綜上所述Ds=8.96cm9.00cm 2.2.2 長徑比的確定螺桿的長徑比與許多參數有關，因此不能獨立確定，最好結合實驗加以確定一般國內應用較多的長徑比范圍在1520之間 目前多采用20 左右根據經驗L/D=20 因Ds=9.00cm所以L=180cm2.2.3 各段參數的確定

12、2.2.3.1 加料段1、螺旋角的確定=1720°若螺紋的導程和螺桿直徑相等，=17°412、螺槽深度H1的確定 經計算H1=1.08 1.00 cm3、加料段長度L1的確定 影響因素多，根據高聚物的物理特性的分析，用經驗數據確定所需長度 非晶聚合物：L1=1025%L 結晶聚合物：L1=3060%L根據生產的材料聚氯乙烯是非晶聚合物,因此L1=20%L=36cm2.2.3.2 熔融段1、壓縮比的確定大多數情況下，由經驗數據確定。根據下圖壓縮比選取2.5 2、熔融段長度L2的確定根據結晶性聚合物和非晶形聚合物的各自特性來分析，用經驗數據確定所需長度 非晶聚合物：L2=506

13、0%L 結晶聚合物：L2=（35）DS根據生產的材料聚氯乙烯是非晶聚合物,因此L2=55%L=99cm2.2.3.3 均化段 1、螺槽深度H3的確定 H3小有利于進一步塑化，但過小，熱敏聚合物可能會引起降解 H3過深，倒流流量增加，生產能力降低。 H3=(0.0250.06)DS 根據生產需求選取H3=(0.045)DS=0.4050.4cm 2、均化段L3的確定 增大L3在其他條件相同的情況下有利于物料的分散和混合。但不利于低溫擠出。一般采取經驗數據來確定L3=2025%L因L1+L2+ L3=180cm所以L3=45cm2.2.4 螺距的確定由螺旋角來確定因螺旋角采用了17°所以螺距S=DS=9.0cm2.2.5 螺紋斷面的確定選取矩形斷面螺紋后角=10°螺紋頂面寬度e=0.1 DS=0.9cm r 1=r 2=0.5mm r =2mm R=2mm2.2.6