擠出機(jī)分流型螺桿的設(shè)計(jì)

擠出機(jī)分流型螺桿的設(shè)計(jì)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(jī)螺桿上銃出凸柱、開(kāi)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?cè)诖酥攸c(diǎn)介紹分流型銷釘螺桿和分流型DIS螺桿，面對(duì)其他分流型螺桿進(jìn)行一般性說(shuō)明。銷釘螺桿上的銷釘一般設(shè)在螺桿母體（10-8）或螺桿頭部上（圖10-3）。前者主要用來(lái)促進(jìn)塑料的熔融，后者主要用來(lái)促進(jìn)熔料的混合。螺桿上裝設(shè)銷釘后塑料的熔融過(guò)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(guò)份界面?zhèn)魍滔?，由于塑料的?dǎo)熱系數(shù)較低，整塊的固體從大塊逐漸熔化到完全消失需要較長(zhǎng)的時(shí)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(shuō)溫度波動(dòng)和徑向溫差是必然存在的。但是銷釘螺桿上，當(dāng)塑料通過(guò)銷釘時(shí)料中的固相被粉碎細(xì)化，細(xì)小的固相與液相混在一起被其包圍，熱量從各個(gè)方向從高溫液相傳往低溫固相，熔化時(shí)間縮短（圖10-1）。此外，銷釘?shù)确至髟?duì)塑料造成附加的阻力，塑料流過(guò)時(shí)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(shè)銷釘型混煉元件后古縣各分部函數(shù)發(fā)生變化的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。由圖可見(jiàn)：當(dāng)沒(méi)有銷釘時(shí)塑料要通過(guò)21D的長(zhǎng)度后才全部熔融，而假設(shè)七排銷釘后，只需15D便全部熔化。因此增設(shè)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(shí)熔化。經(jīng)過(guò)時(shí)間ffiio-l朦粒尺寸（】）變小后熔化速度加快

E10-2增設(shè)銷虹后固相分布函數(shù)的變化日一無(wú)第衽緣桿E10-2增設(shè)銷虹后固相分布函數(shù)的變化日一無(wú)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?cè)?jīng)用圖10-3的銷釘螺桿進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)。在加工LDPE時(shí)，該螺桿在n=210rpm情況下塑化質(zhì)量良好，產(chǎn)量達(dá)到63kg/Hr,此時(shí)熔料溫度尚不超過(guò)170°C（圖10-4a）。面用來(lái)對(duì)比的普通螺桿當(dāng)n=110rpm時(shí)已出現(xiàn)了塑化不良的象征，其產(chǎn)量為32kg/Hr。試驗(yàn)結(jié)果正是證實(shí)了銷釘螺桿可以較大地提高產(chǎn)量。一般來(lái)說(shuō)，在螺桿上增設(shè)銷釘后產(chǎn)量大約能提高30-100%。除此以外，當(dāng)固相粉碎與細(xì)化后，液相的熱量及時(shí)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(duì)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(guò)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(shí)驗(yàn)表明，如果設(shè)計(jì)合理，設(shè)置段或螺桿頭部的銷釘能打亂料流、較少溫度波動(dòng)和壓力波動(dòng)，提高擠出質(zhì)量。在使用圖10-3的銷釘螺桿擠出時(shí)，從圖10-4和圖10-5的比較可以看出：這種螺桿在擠出時(shí)不進(jìn)溫度低、波動(dòng)小而且在告訴下這個(gè)有點(diǎn)更為明顯。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)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(jī)上擠出交聯(lián)聚乙烯的經(jīng)驗(yàn)表明：使用普通螺桿當(dāng)轉(zhuǎn)速不大于20-30rpm時(shí)才能保證擠出料溫不大于控制交聯(lián)所必須的132°C，此時(shí)產(chǎn)量?jī)H180kg/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(shí)產(chǎn)量達(dá)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(shè)計(jì)成大小不等。長(zhǎng)短不一（圖10-6），還可將銷釘設(shè)計(jì)成人字型排列（圖10-7），這些結(jié)構(gòu)都加強(qiáng)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(rèn)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(guò)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(shè)置于螺桿上的哪一個(gè)部位都將直接影響到塑料通過(guò)難易程度和分流強(qiáng)烈的程度，還將影響到塑料流動(dòng)阻力的大小。銷釘數(shù)量與安放位置選擇不當(dāng)，不進(jìn)達(dá)不到預(yù)期的目的，相反會(huì)由于阻力過(guò)大而產(chǎn)量下降，或者由于局部摩擦發(fā)熱過(guò)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(shí)驗(yàn)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(jī)螺桿軸心線安裝的效果差，因此大都將銷釘垂直于擠出機(jī)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(gè)螺槽中設(shè)置兩排銷釘不如隔開(kāi)1-2D各設(shè)置一排銷釘為好。銷釘設(shè)置的位置與物料種類有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，在未熔部分即固相尚剩下20-30%時(shí)，（即X/W=0.2-0.3）設(shè)置銷釘比較合適，否則由于固相較多，不容易通過(guò)而使生產(chǎn)率和料溫升高，因此一般都設(shè)置在計(jì)量段和壓縮段的后半部，也可考慮設(shè)計(jì)成靠近擠出機(jī)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(guó)外某注射機(jī)銷釘擠出機(jī)螺桿就是按此思路設(shè)計(jì)的。OPC90C■0OPC90C■0? O&*山②? 0?Q。什。$QQB10-R注時(shí)機(jī)用傕令燃桿1H3,3,4.*行一鋅行整小梢甘*1xL13在強(qiáng)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。。口（3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(jī)螺桿是在分流型擠出機(jī)螺桿和靜態(tài)混合器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型擠出機(jī)螺桿，也5”便是應(yīng)為Distributive（分散、分配）一詞的頭三個(gè)字母。我們知道，當(dāng)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速提高后用普通擠出機(jī)螺桿擠出時(shí)的徑向溫差△'、軸向溫度波動(dòng)△1都會(huì)有較大的增加。采用新型擠出機(jī)螺桿對(duì)減小軸向溫度波動(dòng)是很有效的，而靜態(tài)混合器對(duì)消除徑向溫差更為有效。DIS擠出機(jī)螺桿具有兩方面的技能，因此實(shí)際上它是一種“動(dòng)態(tài)混合器”。DIS擠出機(jī)螺桿是由普通擠出機(jī)螺桿和帶孔的分流元件所組成，分流元件位于擠出機(jī)螺桿的頭部（圖10-9）。每個(gè)元件上開(kāi)有九個(gè)（用來(lái)加工低粘度度料）或六個(gè)（用來(lái)加工高粘度料）分流孔，對(duì)直徑較大的擠出機(jī)孔數(shù)還可增加。每個(gè)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(gè)孔構(gòu)成一組，邊上的兩個(gè)孔和中間的一個(gè)孔的流向正好相反，從圖10-11可以更明顯地看出這點(diǎn)。有此也可看出：孔的個(gè)數(shù)應(yīng)該是三的倍數(shù)。從計(jì)量段最后一個(gè)螺槽留出的熔料進(jìn)入第一個(gè)混煉元件時(shí)被分為九股料流，他們流出第一個(gè)混煉元件后混合在一起然后再分成九股進(jìn)入第二個(gè)混煉元件，經(jīng)過(guò)四個(gè)混煉元件后，從理論上來(lái)說(shuō)，醬油94=6561個(gè)分流的可能性，當(dāng)然實(shí)際上不足此數(shù)。這樣，在一個(gè)較小的擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)度上就達(dá)到了很大的分散混合的效果。不進(jìn)如此，由于每三個(gè)孔構(gòu)成一個(gè)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(kāi)槽型分流擠出機(jī)螺桿強(qiáng)烈，對(duì)消除軸向溫度波動(dòng)△■?2的效果也要好的多。DIS分流擠出機(jī)螺桿還有一個(gè)很大的特點(diǎn)，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(dòng)速度是不同的。但是經(jīng)過(guò)分流孔的“倒位”作用以后，原料靠近機(jī)筒壁的熔料（A1點(diǎn)）經(jīng)過(guò)分流孔流到流出槽時(shí)將貼近擠出機(jī)螺桿根徑（A2點(diǎn)），而原料靠近擠出機(jī)螺桿根徑的熔料（B1點(diǎn)）將移到貼近機(jī)筒壁的位置（B2點(diǎn)）.這樣，對(duì)改善料流在流道中的速度分布，減少波動(dòng),尤其對(duì)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(jī)螺桿對(duì)熔料流動(dòng)的阻力比起銷釘擠出機(jī)螺桿，以及下面將要接收啊的屏障型擠出機(jī)螺桿、分離型擠出機(jī)螺桿來(lái)說(shuō)要小得多。因?yàn)楹竺孢@些擠出機(jī)螺桿都有高阻力的阻礙部分，而DIS擠出機(jī)螺桿的幾個(gè)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(huì)由于強(qiáng)烈的剪切摩擦而導(dǎo)致過(guò)熱分解，因此這種擠出機(jī)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(jī)螺桿上沒(méi)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(jī)螺桿。由于具有上述特點(diǎn)，開(kāi)孔型分流擠出機(jī)螺桿在試驗(yàn)中得到了很好的效果。它的轉(zhuǎn)速較高、螺槽較深，對(duì)小50的擠出機(jī)擠出高密度聚乙烯時(shí)能達(dá)到68kg/Hr的產(chǎn)量同時(shí)其波動(dòng)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(jī)13425LDFE［髀士9LD.01濁noio14.51]SFVC30]JT.1313tc3.0由于混合均勻，波動(dòng)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(duì)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?cè)O(shè)計(jì)并已進(jìn)行過(guò)初步試驗(yàn)的DIS擠出機(jī)螺桿工作圖工您參考。設(shè)計(jì)時(shí)每個(gè)混煉元件的長(zhǎng)度在1.2-1.5D，在選擇參數(shù)時(shí)還要注意表10-3所列的幾個(gè)夾角之間的關(guān)系（參看圖10-11）?？梢苑治觯喝绻麏A角0為0°，則熔料產(chǎn)生了圖11-10所示的180°“倒位”作用。但實(shí)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(gè)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(gè)相對(duì)的回轉(zhuǎn)角2（n-20）=40，這個(gè)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(xùn)Sffl10-110船訓(xùn)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(lái)■nitflf開(kāi)增加角指的是相鄰兩槽通過(guò)分流孔到達(dá)留出溝后器其對(duì)中心的夾角比原來(lái)夾角的增加角度，這個(gè)數(shù)值越大，說(shuō)明相鄰兩個(gè)槽通過(guò)分流孔后相互距離愈遠(yuǎn)，因此，此角也是越大越好。由此可見(jiàn)：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(jī)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(gè)參數(shù)目前尚無(wú)比較完整的分析和計(jì)算公式。(W-式中H——鰥桿較速1Q——蝶桿擠出量，對(duì)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(lái)代表分流數(shù)融兀I用指數(shù)式（10-2；來(lái)計(jì)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(gè)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(shì)必會(huì)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(guò)淺將勢(shì)必加大熔料流動(dòng)阻力和增大溫升，這是很明顯的。除了銷釘型擠出機(jī)螺桿和DIS擠出機(jī)螺桿之外，還存在這多種分流型擠出機(jī)螺桿，他們的典型結(jié)構(gòu)如圖10-12所示。有的在螺棱上開(kāi)斜空（圖10-12a