挤出机分流型螺杆的设计

华鸿螺杆:华鸿螺杆:挤出机分流型螺杆的设计在螺杆一定部位上安装销子、柱、角锥体或多孔板等分流元件,或者直接在挤出机螺杆上铣出凸柱、开分流沟成分流孔的螺杆角分流型螺杆。分流型螺杆的种类很多，我们在此重点介绍分流型销钉螺杆和分流型DIS螺杆，面对其他分流型螺杆进行一般性说明。销钉螺杆上的销钉一般设在螺杆母体（10-8）或螺杆头部上（图10-3）。前者主要用来促进塑料的熔融，后者主要用来促进熔料的混合。螺杆上装设销钉后塑料的熔融过程发生了较大的变化。在普通螺杆上，外界的传到热量和熔料本身因剪切而产生的热量都必须从液相通过份界面传往固相，由于塑料的导热系数较低，整块的固体从大块逐渐熔化到完全消失需要较长的时间，而且也必然存在着图（4-4）所示的那样的温度梯度，这就是说温度波动和径向温差是必然存在的。但是销钉螺杆上，当塑料通过销钉时料中的固相被粉碎细化，细小的固相与液相混在一起被其包围，热量从各个方向从高温液相传往低温固相，熔化时间缩短（图10-1）。此外，销钉等分流元件对塑料造成附加的阻力，塑料流过时产生了剪切与摩擦，这些都有助于塑料的熔化。图10-2表示了在螺杆上增设销钉型混炼元件后古县各分部函数发生变化的实测数据。由图可见：当没有销钉时塑料要通过21D的长度后才全部熔融，而假设七排销钉后，只需15D便全部熔化。因此增设销钉便可在增大转速提高产量的同事保证固相在螺杆上全部及时熔化。华鸿螺杆:华鸿螺杆:我们曾经用图10-3的销钉螺杆进行过实验。在加工LDPE时，该螺杆在n=210rpm情况下塑化质量良好，产量达到63kg/Hr,此时熔料温度尚不超过170°C(图10-4a)。面用来对比的普通螺杆当n=110rpm时已出现了塑化不良的象征，其产量为32kg/Hr。试验结果正是证实了销钉螺杆可以较大地提高产量。一般来说，在螺杆上增设销钉后产量大约能提高30-100%。除此以外，当固相粉碎与细化后，液相的热量及时传给了固相，在促使固相熔融加快的同事也降低了液相的温度，这对降低挤出物的温度是很有利的。在普通三段式螺杆上，在挤出过程中，液相温度总是不断升高的，挤出物的径向温度总是比较大。相反实验表明，如果设计合理，设置段或螺杆头部的销钉能打乱料流、较少温度波动和压力波动，提高挤出质量。在使用图10-3的销钉螺杆挤出时，从图10-4和图10-5的比较可以看出：这种螺杆在挤出时不进温度低、波动小而且在告诉下这个有点更为明显。一般来说，设计得合理的销钉螺杆能将挤出物温度降低3°C左右。某厂在ф150挤出机上挤出交联聚乙烯的经验表明：使用普通螺杆当转速不大于20-30rpm时才能保证挤出料温不大于控制交联所必须的132°C，此时产量仅180kg/Hr.采用销钉螺杆后,挤出料温下降至128°C,因此可将螺杆转速提高至35-50rpm,此时产量达到了240kg/Hr,提高了1/4。华鸿螺杆:华鸿螺杆:除了采用圆柱销钉之外，也可直接在螺杆上铣出矩形的销钉（参看图10-46IKV螺杆）。销钉直径也可设计成大小不等。长短不一（图10-6），还可将销钉设计成人字型排列（图10-7），这些结构都加强了熔料在销钉头上的分流混合作用，改善了制品的均匀度一般认为，销钉头上的销钉直径与其高度之比为0.25-2，销钉之间的艰巨不超过销钉直径的1.5倍，销钉的总面积约为销钉头总表面的1/3-1/4。有资料推荐销钉直径与螺杆直径之间保持表10-1的关系。显然，销钉数据的多少和将销钉设置于螺杆上的哪一个部位都将直接影响到塑料通过难易程度和分流强烈的程度，还将影响到塑料流动阻力的大小。销钉数量与安放位置选择不当，不进达不到预期的目的，相反会由于阻力过大而产量下降，或者由于局部摩擦发热过大而熔料温度升高实验的结果表明:销钉平行与螺棱安装其效果比垂直于挤出机螺杆轴心线安装的效果差,因此大都将销钉垂直于挤出机螺杆轴心线布置(图10-8),或者是与轴心线小薇成一角度.在一个螺槽中设置两排销钉不如隔开1-2D各设置一排销钉为好。销钉设置的位置与物料种类有关，一般来说，在未熔部分即固相尚剩下20-30%时，（即X/W=0.2-0.3）设置销钉比较合适，否则由于固相较多，不容易通过而使生产率和料温升高，因此一般都设置在计量段和压缩段的后半部，也可考虑设计成靠近挤出机螺杆尾部销钉密集一些，而前部则稀疏一些，以减少料流的阻力，图10-8所示的国外某注射机销钉挤出机螺杆就是按此思路设计的。华鸿螺杆:华鸿螺杆:挤出机螺杆是在分流型挤出机螺杆和静态混合器基础上发展起来的一种新型挤出机螺杆，“DIS”便是应为Distrbibutive(分散、分配)一词的头三个字母。我们知道，当挤出机螺杆转速提高后用普通挤出机螺杆挤出时的径向温差△T1、轴向温度波动△T2都会有较大的增加。采用新型挤出机螺杆对减小轴向温度波动是很有效的，而静态混合器对消除径向温差更为有效。DIS挤出机螺杆具有两方面的技能，因此实际上它是一种“动态混合器”。DIS挤出机螺杆是由普通挤出机螺杆和带孔的分流元件所组成，分流元件位于挤出机螺杆的头部（图10-9）。每个元件上开有九个（用来加工低粘度度料）或六个（用来加工高粘度料）分流孔，对直径较大的挤出机孔数还可增加。每个孔贯通流入沟和流出沟。这些孔按一定的规律分布，每三个孔构成一组，边上的两个孔和中间的一个孔的流向正好相反，从图10-11可以更明显地看出这点。有此也可看出：孔的个数应该是三的倍数。从计量段最后一个螺槽留出的熔料进入第一个混炼元件时被分为九股料流，他们流出第一个混炼元件后混合在一起然后再分成九股进入第二个混炼元件，经过四个混炼元件后，从理论上来说，酱油94=6561个分流的可能性，当然实际上不足此数。这样，在一个较小的挤出机螺杆长度上就达到了很大的分散混合的效果。不进如此，由于每三个孔构成一个组所形成的三股料流中，边上的两股料流方向和中间的料流方向正好相反，这样它的混合作用必然比开槽型分流挤出机螺杆强烈，对消除轴向温度波动△T2的效果也要好的多。DIS分流挤出机螺杆还有一个很大的特点，就是熔料在流道中有一“倒位”作用(图10-10)。华鸿螺杆:华鸿螺杆:在一般螺槽中，沿螺槽深度上熔料移动速度是不同的。但是经过分流孔的“倒位”作用以后，原料靠近机筒壁的熔料（A1点）经过分流孔流到流出槽时将贴近挤出机螺杆根径(A2点),而原料靠近挤出机螺杆根径的熔料(B1点)将移到贴近机筒壁的位置(B2点).这样,对改善料流在流道中的速度分布,减少波动,尤其对较小径向温差的效果是很显著的.DIS挤出机螺杆对熔料流动的阻力比起销钉挤出机螺杆,以及下面将要接收啊的屏障型挤出机螺杆、分离型挤出机螺杆来说要小得多。因为后面这些挤出机螺杆都有高阻力的阻碍部分，而DIS挤出机螺杆的几个分流孔构成的总流道面积并不比螺槽截面小，因此阻力很小，同事熔料也不会由于强烈的剪切摩擦而导致过热分解，因此这种挤出机螺杆的使用范围较广，甚至可以加工硬聚氯乙烯等热敏性塑料。此外，挤出机螺杆上没有高阻力的障碍部分而是具有较大的流通界面也保证了金属杂质不易损坏挤出机螺杆。由于具有上述特点，开孔型分流挤出机螺杆在试验中得到了很好的效果。它的转速较高、螺槽较深，对ф50的挤出机挤出高密度聚乙烯时能达到68kg/Hr的产量同时其波动很萧（参看表10-2）由于混合均匀，波动小，混色的效果很好。径向温差小的结果保证了制品内外层质量一只，这对加工硬聚氯乙烯，发泡挤出，交联挤出，吹瓶，注射等都是很有好处的。华鸿螺杆:华鸿螺杆:图10-11介绍了我们设计并已进行过初步试验的DIS挤出机螺杆工作图工您参考。设计时每个混炼元件的长度在1.2-1.5D，在选择参数时还要注意表10-3所列的几个夹角之间的关系（参看图10-11）。可以分析：如果夹角θ为0°，则熔料产生了图11-10所示的180°“倒位”作用。但实际上θ不等于0°，因此它的“倒位”作用只有π-2θ，显然槽内回转角π-2θ在180°内越大越好。由于相邻的两个流道的夹角θ数值相等而方向相反，因此他们从分流孔留出后产生了一个相对的回转角2（π-2θ）=4θ，这个数值大小也直接影响混合质量的好坏，因此他们也是在180°以内越大越好。增加角指的是相邻两槽通过分流孔到达留出沟后器其对中心的夹角比原来夹角的增加角度，这个数值越大，说明相邻两个槽通过分流孔后相互距离愈远，因此，此角也是越大越好。由此可见：为满足上述的要求θ角以在15°-45°范围内选取为佳。影响分流型挤出机螺杆的混合性能的主要参数是分流数V和混合度M，关于这两个参数目前尚无比较完整的分析和计算公式。华鸿螺杆:华鸿螺杆:显然，混合度越大，熔料的混合分散效果便愈佳。但是分流元件上的销钉（或其他零件）愈多势必会造成流通截面减小，阻力加大，温升加大等副作用，而且这些作用也必然和分流元件的其他尺寸（分流槽深度、销钉高度等）有关。例如，如分流槽过浅将势必加大熔料流动阻力和增大温升，这是很明显的。除了销钉型挤出机螺杆和DIS挤出机螺杆之外，还存在这多种分流型挤出机螺杆，他们的典型结构如图10-12所示。有的在螺棱上开斜空（图10-12a），螺纹前后的熔料可以通过斜孔混合，而且靠近机筒的料可以和靠近挤出机螺杆根部的料换位，这样便可达到类似DIS挤出机螺杆的“倒位”作用，从而得到更好的效果。有的在挤出机螺杆头上混合圆盘上开槽，熔料在通过这些槽时便达到了混合分流作用（图10-12b）。有的将熔料连续地通过四个分流元件（图10-12c），每个元件上揩油16个斜槽，这样便能达到很好的混合效果。图10-12之d的结构与图10-12之c的结构类似，但是三个分流元件上所开的角度不同，而且斜槽长度较短。