分离型螺杆在水泥扁丝再生料生产中的应用

分离型螺杆在水泥扁丝再生料生产中的应用高德梅（石河子佳美包装工贸有限公司832000）摘要：本文对分离型螺杆的性能、优点及使用效果做了介绍，对分离型螺杆的设计参数选择做了详细说明，阐述了分离型螺杆是一种具有低温、高效特点和具有推广价值的新型螺杆。关键词：压缩比长径比分离型螺杆前言随着塑料回收工艺的发展，水泥扁丝所用的再生料也具有了其特殊性，因此在加工时对螺杆的结构也有了特殊的要求。我公司为适应市场要求，根据聚丙烯及其再生料在拉丝加工过程的工艺特点及配方要求，借鉴几种新型螺杆的优点，设计了现有的适应于水泥扁丝再生料生产的新型分离型螺杆，比较好的解决了普通螺杆在拉丝过程中的不足之处，获得了很好的效果。本文将对螺杆结构及参数选择作简单介绍。1．分离型螺杆结构分离型螺杆的结构特点是在熔融段增加一条副螺棱，将主螺纹{HotTag}槽分为两部分，在螺杆塑化过程中形成固液相分离，固相料全部留于固相槽中，而固相槽中的气体则在压力的作用下向后自料中排出，减少了制品中的气泡。同时增大了固相料与机筒内壁的热交换面积。正是由于分离型螺杆具有较深的螺槽，因而有较小的剪切速度梯度，在高速下熔料便不易分解。这也是分离型螺杆可以开到较高转速还能保证质量的一个原因。分离型螺杆的结构有BM型、Barr型熔体槽型、XLK双层型、PM型和ICT型等，目前工业应用最多的是BM型。本公司在实际设计与试验中认为，就机加工的方便性及使用效果而言，采用主副螺纹螺槽的结构，从压缩段开始固相槽深度渐变浅，而液相槽深度逐渐变深至均化段结束这种结构对透明度高的制品及热稳定性差的原料有好处，且对原料的适应能力较强。如图1所示：h0dh1h2h3L4Ds1s2s3L2L3LL1图1分类型螺杆结构工作图2．分离型螺杆设计参数的选定2.1螺杆直径（D）螺杆直径即螺杆外径，是螺杆的基本参数，也是挤出机能力的象征。最常见的螺杆直径为45~150mm。螺杆直径的增大，加工能力提高。挤出机生产率与螺杆直径平方成正比，足以表示螺杆直径的功能。在设计或选用时，可根据设备的生产能力、螺杆转速等来确定，见公式Q=β·D3·N（1）式中：Q——生产能力，kg/h；D——螺杆直径，mm；N——螺杆转速，r/min；β——经验出料系数，取0.003~0.007。由这个经验公式计算直径后，再按国家标准的螺杆直径系列30、45、65、90、120、150来选取，非标准系列以5mm为一级。根据我公司的生产需求，生产能力要求在140kg/h左右，螺杆转速在10-80r/min，我公司将螺杆直径定为135mm来设计。2．2长径比L/D的确定与螺杆的分段一般分离型螺杆的长径比L/D可在18~20选取，从最近的发展趋势来讲，在加工塑化比较困难的塑料时，长径比能大一些更好，对加工粒料的不排气的螺杆长径比以25为佳，但考虑到厂里现有的加工条件，我们首选长径比为24。普通螺杆全长分为三段，即加料段L1、压缩段L2和计量段L3，针对我们公司产品使用特点，我们为了出料稳定，提高产量，在计量段后又增加一段L4，如图1所示。加料段的作用是产生足够的稳定的压力，保证稳定的固体输送并且将分界面上的塑料预热到熔融所需要的温度。因此，加料段也应该有足够的长度。实验测出，在加料段中聚丙烯要经过8D才开始熔化。推荐在加工聚丙烯时L1不宜小于10D，在加工聚乙烯和软聚氯乙时L2长度大约在螺杆全长的50%左右。压缩段是负责塑料的混炼、压缩与加压排气，通过这一段的原料已经几乎全部熔解，但不一定会均匀混合。一般占25%以上螺杆工作长度，但尼龙(结晶性料)螺杆的压缩段约占15%螺杆工作长度，高粘度、耐火性、低传导性、高添加物等塑料螺杆，占40%~50%螺杆工作长度，PVC螺杆可占100%螺杆工作长度，以免产生激烈的剪切热。计量段一般占20%~25%螺杆工作长度，确保塑料全部熔融以及温度均匀，混炼均匀；计量段长则混炼效果佳，太长则易使熔体停留过久而产生热分解，太短则易使温度不均匀。对于分离型螺杆的计量段长度稳定，不会随工艺条件的变化而变化，因此不必取得太大，一般在5D左左已经能保证定压定量的稳定的挤出。2．3进料螺槽深度，计量螺槽深度进料螺槽深度越深，则输送量越大，但需考虑螺杆强度，计量螺槽深度越浅，则塑化发热、混合性能指数越高，但计量螺槽深度太浅则剪切热增加，自生热增加，温升太高,造成塑胶变色或烧焦，尤其不利于热敏性塑料；计量螺槽深度=KD=（0.03~0.07）*D，D增大，则K选小值。分离型螺杆加料段槽深h1并不比普通螺杆深，因为过深的h1并不会增加固体输送率，反而会削弱螺杆的强度。由此可见，由于计量段槽深h3的增加，分离型螺杆的压缩比ε总比普通螺杆小一些。一般来说，h3可取为普通螺杆的1.5倍或稍小一些，h1取得和普通螺杆差不多，这时压缩比大约在1.8~2.3之间，如果能取得大一些当然更好。2．4棱宽e由于分离型螺杆增加了一条辅助螺纹，如螺棱宽度e取得较宽时，不仅引起功率消耗的增加，还会减少螺槽的容积。因此一般分离型螺杆的棱宽取0.08D左右，在熔融区形成间隙G的那一段螺棱宽度还可取得更小一些，因此它的作用仅仅是对固相颗粒起一个阻挡作用。2．5螺距S1和S2、S3根据公式21ss21)1(cos22sZkeZs212cos22sskesZ（2）12ZslZ——二条螺纹从开始分开到汇合时之螺距数在设计时,根据塑料性能初步决定L2的长度后，由于S1近似地等于D，Z值即可算出。根据公司实际情况，此值只用为参考。2．6间隙G的选定间隙G的数值是很重要的。间隙如果过小，不利于熔膜通过，在间隙中由剪切产生的强烈的能量转换有可能使熔料温度升高。过小的间隙增大了固相螺槽中塑料的压力。这些都会对挤出过程产生不良的影响。反之如果间隙选得过大，微小的未熔固体就有可能通过间隙从而影响质量。根据我们的实验和国外资料的报导。间隙G的数值大约在0.25~0.6mm之间。直径较小的螺杆选较小的数值。最后，当G确定后还应验算一下，将起分离作用的那段螺纹展开，用这一长度L乘以间隙G，得出起分离作用的流通截面积，将这一截面积同熔融段开始前的螺槽截面积F0=WH1进行比较，二者应保持式2的关系。LG≤F0=WH1（3）当然LG不应比F0小得多。这样便能保证稍有压缩的顺利分离而不致产生堵塞和缺料现象。更重要的是企业适应了市场，增强了生命力和企业活力。从新设计的应用于水泥扁丝再生料生产的分离型螺杆主要数据：（尺寸见简图2）直径；135mm长径比：24:1压缩：5.5螺纹型式：不等距不等深；熔融段带有双螺纹；均化段带有混炼头。A1211261212818121*11=133016501200.25Aφ135-0.24-0.44923274φ9417°41'0.4±0.05图2分类型螺杆尺寸简图3．新型分离型螺杆应用优点小结3.1挤出机节电。以前达到相同的挤出量，螺杆转速是现在的一倍。挤出机电机电流在45A－55A，现在最高不超过45A。一般都在40A以下。节电约20％。3.2膜片质量提高，模头不良现象减少以前拉丝机使用粉料，由于搅料温度不当等原因，经常出现膜片发花，槽口结焦等不良现象。使用分离型螺杆后，这些现象没有了。3.3减少了损失，降低了消耗3.3.1现在由于膜片质量的提高，膜口结焦现象没有了，减少了停机次数。同时，也就减少由于重新开车所造成的电力和原料损失。3.3.2由于搅拌温度的降低和停机次数的减少，减轻了搅料工人和拉丝工人的劳动强度。因此，分离型螺杆的使用，得到了生产工人的欢迎。结束语综上所述，分离型螺杆从理论到生产实践都证明了，它是以低温高效为中心的一种性能优越的先进螺杆。它保持了温州螺杆的优点，弥补了它的不足，产生了明显的经济效益，值得在塑编企业中推广和应用。参考文献：［1］许健南，天津轻工学院，《聚丙烯扁丝生产过程》1982.6［2］刘光知、张宏革《同向双螺杆技术在塑料工业中的若干发展与应用》塑料加工，2001，33［3］董力群、冯连勋《新型锥形双螺杆—混炼型锥形双螺杆的研制》中国塑料，2001,15［4］耿孝正《各种双螺杆挤出机的性能及应用》中国塑料，1995,9［6］山东烟台粉末技术开发公司《三螺杆挤出机问世》粉末涂料与涂装,1999,1［7］王兴天挤出机的现状于发展，塑料科技，1994,1