螺桿設(shè)計(jì)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)1

1、1.1 螺桿設(shè)計(jì)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)   螺桿和料筒組成了擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)。為說明擠壓系統(tǒng)的重要性，人們通常稱之為擠出機(jī)的心臟。塑料（橡膠）正式在這一部分由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)，然后通過口模、輔機(jī)而被做成各種制品的。由擠出過程分析可以看出，至少應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面評價(jià)螺桿： （一）產(chǎn)量  所謂產(chǎn)量是指在保證塑化質(zhì)量的前提下，通過給定機(jī)頭的產(chǎn)量或擠出量。如前所述，產(chǎn)量一般用公斤/小時(shí)或公斤轉(zhuǎn)來表示。一根好的螺桿，應(yīng)當(dāng)具有較高的塑化能力。（生產(chǎn)能力）應(yīng)當(dāng)指出，低溫?cái)D出是目前的一個(gè)發(fā)展趨勢，它能改善擠出制品的質(zhì)量（如降低內(nèi)應(yīng)力等），防止熱敏性物料過熱分解，降低能量消耗，減少主輔機(jī)冷卻

2、系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高生產(chǎn)率。（二）塑化質(zhì)量一根螺桿首先必須能生產(chǎn)出合乎質(zhì)量要求的制品。所謂合乎質(zhì)量要求是指所生產(chǎn)的制品應(yīng)當(dāng)合乎以下幾個(gè)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(xué)、力學(xué)、電學(xué)性能； 2、具有合乎要求的表觀質(zhì)量。如能達(dá)到用戶對氣泡、晶點(diǎn)、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(zhì)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(chǎn)量（公斤/小時(shí)）。這個(gè)數(shù)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(fèi)的加熱功率越多，電機(jī)所做的機(jī)械功通過剪切和摩擦熱的形式進(jìn)入物料越多。反之亦然。一根好的螺桿，在保證塑化質(zhì)量的前提下，單耗應(yīng)盡可能低。（四）適應(yīng)性所謂螺桿的適應(yīng)性是指螺桿對加工不同塑料、匹配不同機(jī)頭和不同制品的適應(yīng)能力。一般說來，適應(yīng)性越強(qiáng)，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(yīng)性和高的塑化效率都應(yīng)兼?zhèn)洹＃ㄎ澹┲圃斓碾y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(jī)最主要的部件，它直接關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)率，作為每小時(shí)生產(chǎn)180公斤的聚

4、氯乙烯螺桿，應(yīng)采用高強(qiáng)度、耐熱和耐腐蝕的合金鋼材料制得。據(jù)此選用38CrMoAlA氮化合金鋼1.2 設(shè)計(jì)螺桿首先要考慮的問題 要設(shè)計(jì)一根合乎以上標(biāo)準(zhǔn)的性能優(yōu)異的螺桿并非一件輕而易舉的事。在進(jìn)行螺桿設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮以下問題：1、物料的特性及其加入時(shí)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(jī)螺桿與塑料擠出機(jī)螺桿差別很大：如螺桿長徑比、螺槽深度、螺桿結(jié)構(gòu)（塑料擠出機(jī)螺桿帶有混煉元件、剪切元件）等。2、口模的幾何形狀和機(jī)頭阻力特性。 由擠出機(jī)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(jī)頭，一般要配以均化段螺槽深度較淺的螺桿，2）低阻力機(jī)頭，需與均化段螺槽較深的螺桿相配。3） 對排氣擠出機(jī)，機(jī)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(jī)甚至不能工作。3、料筒的結(jié)構(gòu)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(jìn)行強(qiáng)力冷卻，會大大提高固體輸送效率。若采用這種結(jié)構(gòu)形式的料筒，設(shè)計(jì)螺桿時(shí)必須在熔融段和均化段采取相應(yīng)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(zhuǎn)數(shù)。 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(zhuǎn)數(shù)有關(guān)，故進(jìn)行螺桿設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮螺桿轉(zhuǎn)數(shù)這個(gè)因素。5、擠出機(jī)的用

6、途。 設(shè)計(jì)螺桿時(shí)必須弄清楚擠出機(jī)是用作加工制品還是用作混料、造?；蛭沽稀Ｒ?yàn)椴煌猛镜臄D出機(jī)的螺桿在設(shè)計(jì)上是有很大不同的。在對評價(jià)螺桿的標(biāo)準(zhǔn)有了統(tǒng)一的看法和對螺桿設(shè)計(jì)必須考慮的因素有了一個(gè)全面的了解之后，方能進(jìn)行螺桿的具體設(shè)計(jì)。1.3 螺桿的主要形式及確定 螺桿被稱為塑料擠出機(jī)的心臟，它是使塑料混煉、加壓而進(jìn)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(zhì)與硬質(zhì)聚氯乙烯，聚烯烴等。此類螺桿制造方便。 2.計(jì)量型 具有長4-

7、60的等距等深的計(jì)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(zhì)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(jì)量段均為等距等深，計(jì)量段較長。這種螺桿是為聚酞胺、聚丙烯等結(jié)晶性塑料設(shè)計(jì)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(jì)量段前頭裝魚雷頭。有時(shí)也可直接在壓縮段前裝魚雷頭代替計(jì)量段。平滑魚雷頭用的較少，多數(shù)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(yīng)裝冷卻裝置。綜上所述，廣泛用于擠出成型的螺桿結(jié)構(gòu)為計(jì)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(yīng)非常敏感易分解，粘度高、腐蝕性強(qiáng)，所以采用漸變型螺桿。 第2章 螺桿主要參數(shù)的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，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(dá)25萬。  20下，相對密度為1.4，折光率為1.544。   熱學(xué)性質(zhì)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(jù)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(shí)的顏色變化過程為：由白色粉紅色紅色棕色黑色。   PVC分解時(shí)脫掉氯化氫，形成多烯結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)交聯(lián)，致使制品變硬、發(fā)脆，直至破壞。   PVC的化學(xué)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(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率、硬度等力學(xué)性能屬一般水平，根據(jù)軟質(zhì)、硬質(zhì)制品不同，力學(xué)性能也相差較大。   PVC的結(jié)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(shí)通過加穩(wěn)定劑來提高分解溫度。 硬質(zhì)PVC制品需要添加7份左右熱穩(wěn)定劑，軟質(zhì)PVC制品需添加24份熱穩(wěn)定劑，這樣能順利進(jìn)行成型加工。對于硬質(zhì)品，有時(shí)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(shí)可再高些，到2

11、00左右。 2.2 螺桿幾何參數(shù)的確定2.2.1 直徑的確定螺桿的主要參數(shù)之一，以毫米為單位表示。在初步確定生產(chǎn)能力和轉(zhuǎn)速之后，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)能力公式初步確定直徑 Q生產(chǎn)能力（公斤/每小時(shí)） 180公斤/每小時(shí)Ds螺桿的外直徑（厘米） N螺桿轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 50轉(zhuǎn)/分經(jīng)驗(yàn)出料系數(shù)，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(shù)有關(guān)，因此不能獨(dú)立確定，最好結(jié)合實(shí)驗(yàn)加以確定一般國內(nèi)應(yīng)用較多的長徑比范圍在1520之間 目前多采用20 左右根據(jù)經(jīng)驗(yàn)L/D=20 因Ds=9.00cm所以L=180cm2.2.3 各段參數(shù)的確定

12、2.2.3.1 加料段1、螺旋角的確定=1720°若螺紋的導(dǎo)程和螺桿直徑相等，=17°412、螺槽深度H1的確定 經(jīng)計(jì)算H1=1.08 1.00 cm3、加料段長度L1的確定 影響因素多，根據(jù)高聚物的物理特性的分析，用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定所需長度 非晶聚合物：L1=1025%L 結(jié)晶聚合物：L1=3060%L根據(jù)生產(chǎn)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(shù)情況下，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。根據(jù)下圖壓縮比選取2.5 2、熔融段長度L2的確定根據(jù)結(jié)晶性聚合物和非晶形聚合物的各自特性來分析，用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定所需長度 非晶聚合物：L2=506

13、0%L 結(jié)晶聚合物：L2=（35）DS根據(jù)生產(chǎn)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(jìn)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(chǎn)能力降低。 H3=(0.0250.06)DS 根據(jù)生產(chǎn)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?cái)D出。一般采取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)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