挤压机机筒及螺杆

发布时间:2012-04-01 来源: 环球塑化网 专题: 塑料机械 打印

  机筒及螺杆

  机筒和螺杆是挤压机的主要组成部分之一,它的构造如图8-2所示。
机筒和螺杆是挤压机的主要组成部分
 

  1、机筒

  机筒的构造一般由三部分组成:一,加料部分(机筒加料段);二,压力及加热部分(机筒的塑化段及挤出段);三,衬套。

  (1)加料部分:塑料在机筒的加料部分中,温度不宜太高,以免物料粘住螺杆难于前进,并且也防止物料堵塞在加料口内,造成加料困难。此外,机头处的塑料压力是靠螺杆后端粒状物料所产生的大量推力而造成的。如果物料过早软化,对形成此压力就产生一定的困难,所以加料部分温变不宜太高。通常在加料部分用水冷却,保持低温,防止加料困难。同时,冷却又可预防螺杆轴承的过热。

  另外,加料部分和螺杆轴承部件之间,挤紧剩下的自由空间应具有倾斜的孔,这样在润滑油渗漏的情况下,不会使塑料受污。并且由螺杆后部漏出的塑料亦由此孔内排出。

  (2)压力与加热部分:压力与加热部分是机筒的主要部分,塑料通过这一部分时,要受到逐渐增加的压力作用,并且温度也很快上升,因此,机筒必须经得起很高的压力,并且应该实现对材料的均匀加热。除了考虑压力与加热外,螺杆对机筒壁的机械磨损和不同塑料的化学反应及其分解产物(如氯化氢)的腐蚀,也必须考虑在内。

  机筒的压力与加热室可分整体式和组合式两种,这取决于挤压机尺寸和结构。但在大多数的情况下,为了简单起见,机筒都做成整体式的。

  (3)衬套:为了适应不同塑料对机筒的要求,节约贵重金属,提高机器的使用寿命以及便于维护检修一般在挤压机机筒内都装有可换衬套。这样当机筒内表面磨损得很厉害时,只要调换衬套就可以了,不必调换机筒。衬套与机筒应有良好的配合,当受热膨胀或收缩时,不致产生应力,并保持机筒的传热效率。

  衬套的内壁是光滑的,但应使其光洁度较螺杆的光洁度为低,从而增加材料与衬套之间的摩擦力,使塑料顺利前进,并产生较高的前进推力。为了达到这个目的,衬套内有时还带有不同形状的纵向槽或螺旋槽(或在全长上都有,或在一部分长度上),这特别适用于加工硬聚氯乙烯塑料(因为硬聚氯乙烯塑料本身的流动性较差)。同时,开槽后能够减少挤出产量对螺杆通水和机头阻力的敏感性。但是,开槽时必须注意形状,以防止聚氯乙烯塑料在此分解。

  衬套与螺杆之间的间隙应当保持最小,以免在挤压过程中物料经过间隙而反方向排回,从而大大低生产能力。增加塑料在高温下的停留时间,会引起塑料的分解,同时间隙过大,对产品质量也有显著影响,特别会引起外观疵病。一般衬套与螺杆之间隙不能超过1毫米,否则就会影响产品的产量和质量。

  2、螺杆

  螺杆可以说是挤压机的心脏,是很重要的工作构件。塑料在挤压机中受外加热及摩擦热而塑化,这是塑料的共性,螺杆就是使塑料塑化而设置在挤压机内的重要构件。但是,各种塑料在热状态下,性质各不相同,都有它的特殊性,因此,在设计螺杆几何尺寸时,必须考虑各种因素,以适应不同塑料的特性。当然,不可能用一根万能型式的螺杆来适应所有的热塑性塑料。但是,也不意味着对每种材料都需要一根特殊的具有一定断面形状的螺杆。如果采用的原料性质比较相似而产生的反压力差距也不大时,可不需更换螺杆。如果采用挤出物的截面差别很大,而材料性质又不相同,为了得到良好的加工结果(数量上和质量上),采用不同形式的螺杆还是合理的。

  螺杆的技木特性:

  螺杆的几何尺寸见图8-3。
螺杆的几何尺寸

  (1)螺距:螺距越小,则螺杆的正推力愈大,塑料流量愈少,但可产生较多的机械功和较大的压力。一般常采用的螺距与螺杆直径相同,具有很大螺距的螺杆,通常是不合理的,因为它对压力的改变,温度

  的改变,加工原材料的改变很敏感,加工范围狭窄。

  (2)螺纹头数:等距的多头螺纹和单头螺纹一样,会使推力减小,但料流速度波排出量增加。多头螺纹难于准确地平衡每一螺纹间的容量,因而在挤压过程中易引起振动,目前,大部分螺杆都采用单头螺纹。

  (3)螺纹槽深:螺纹槽深对剪切速度和热传导性能有很大影响,浅的螺纹产生较高的剪切速度,增加机筒壁与物料间的热传导性,但降低了排出量。当螺杆挤出段螺纹槽深度较浅时,在同样的转数下产生的回流少,但是由于其剪切力随螺槽深度的减少而增加,因此,就需要较大的传递能量。这样的螺杆适用于在熔化状态下,剪切应力对温度不敏感的低粘度塑料,例如聚乙烯、聚 胺等。而对于聚氯乙烯塑料来说,由于它在熔融状态下的粘度对温度非常敏感,因此,加工时需采用螺槽较深的螺杆,软质聚氯乙烯采用的螺槽又较硬质聚氯乙烯采用的螺槽深度更大一些。另外,鱼雷型的机头对加工聚氯乙稀塑料是不适用的。

  (4)压缩比:螺杆加料段第一个螺纹与挤出段最后一个螺纹的容积比,称为压缩比。塑料加到螺杆上通常为粒料,它需要在挤出温度下被压实、以成密实的产品;要想有足够的压力将塑料压实,并从机头挤出去,就需要有一定的压缩比。

  达到一定的压缩比的方法有:

  ①螺距分段减小,或逐渐均匀减小,而螺槽深度不变。

  ②螺距不变,而螺纹深度逐渐的(或在一定距离内)减小。

  ③螺距及螺槽深度都改变。

  等距不等深的螺杆是最常采用,它产生的热传导及剪切力量大而均匀,并且又是最经济、最易加工的螺杆类型。

  压缩比是螺杆特性的主要指标之一,对不同的塑料有不同的要求,对硬聚氯乙烯塑料来说,一般为3左右(长径比为15~18;1)。

  (5)长径比:螺杆的长度与螺杆直径之比称为长径比。长径比越大,物料在螺杆中的搅拌越完全,塑化程度也越良好。此外,长螺杆在螺槽深度较浅时,可增加挤出段长度,以降低塑料的逆流,并在物料进机头前,能形成大而均匀的压力,提高制品质量。但是,过长的螺杆很容易过载,在螺杆直径较小时要考虑螺杆温度,螺杆直径较大时则自重亦大。因此时尾部是固定的,所以在螺杆头部所产生的自由端弯曲会造成机筒的挤压段受到磨损,甚至损伤。螺杆越长,产生的机械功也越大,受热时间也增长,致使塑料容易分解。因此,螺杆长径比也受到一定的限制。

  通常用粒料加工硬聚氯乙烯制品时,长径比选用15~20:1。如用粉料加工硬聚氯乙烯制品时,长径比要适当加大,常用24:1或更大些。

  (6)螺杆的冷却装置:挤压工艺要求料筒对物料的摩擦力大于螺杆对物料的摩擦力,因此,需要使螺杆所保持的温度较料筒为低,即使二者温度达到平衡时,由于物料中剪切力所产生的热也会使螺杆温度高于料筒,故在单螺杆挤出机中,常常将螺杆内孔进行冷却。

  螺杆做成中空的,进水管插入内腔,水从进水管进去,并从管子与内孔之间出来(反之亦可),进口和出口用合一的管接头。冷却的介质可以用冷水或压缩空气,冷水可通过流量计或出水的温度来控制,压缩空气可通过其压力来控制。

  双螺杆或多螺杆挤压机,由于其加料与摩擦系数无关,因此,螺杆通常不用冷却。

  (7)螺杆的头部:由于聚氯乙烯塑料的熔融温度与加工温度比较接近,因此,合埋地选择螺杆头部对挤压成型聚氯乙烯塑料(特别是硬质聚氯乙烯塑料)及保持正常操作是很重要的。因为塑料离开螺杆时的运动方式是螺旋状的,在进入成型机头时,要求是直线的,所以塑料在螺杆头部就要改变自己的运动方式,这样,塑料在这个断面上运动就不一样,沿中心的运动速度较沿四周的运动速度为快。总的来说,在任何情况下,塑料头部的设计都必须力求熔融的塑料流从螺杆平滑地进入成型机头内。也就是说,它的每一部分在任何一个断面上,物料都没有长时间停留的可能,即没有“死角”。

  很显然,对加工硬聚氯乙稀塑料来说,图8-5的1和4,平的过渡和锥形过渡是不合理的;由于死角很容易引起螺杆头部中心尖部的分解,以致破坏正常操作。平滑的圆状头部在挤压机中是常采用的,图8-5中的2、3、5,能均匀地并无脉动地将塑料压出机头。至于具体的尺寸,要根据挤压机及机头等特性,通过拆车时机头的料流清况及分解部位来决定,一般螺杆头部与过滤板之间的容积接近于挤出段一个螺槽的容积。如螺杆直径在Φ150毫米以上,螺杆头子与过滤板之间的距离不超过15毫米。螺杆直径在Φ150毫米以下时,螺杆头子与过滤板之间的跪离不超过10毫米。在生产吹塑薄膜螺杆直径为65毫米时,螺杆头子与过滤板之间的距离为3~5毫米。距离太小,螺杆头部处物料容易分解,距离太大,存料多,旁边要分解,且出料不均匀。

  (8)适用千加工聚氯乙烯塑料的螺杆:

  ①为加工软聚氯乙烯吹塑薄膜用的螺杆,单头螺纹,等距不等深的全螺纹螺杆,挤出段为等距等深部分,压缩比4}:1,长径比为18~20:1,这样的长径比,适应于生产吹塑薄膜。若生产软管,长径比要减小。

  ②为加工聚氯乙烯管常用的螺杆,单头螺纹,等距根径渐增的全螺纹型螺杆,压缩比为3,长径比为15~18:1,螺杆内一般需用冷却。

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