擠出機分流型螺桿的設計_第1頁
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擠出機分流型螺桿的設計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,或者直接在擠出機螺桿上銑出凸柱、開分流溝成分流孔的螺桿角分流型螺桿。分流型螺桿的種類諸多,我們在此重點介紹分流型銷釘螺桿和分流型DIS螺桿,面對其它分流型螺桿進行普通性闡明。銷釘螺桿上的銷釘普通設在螺桿母體(10-8)或螺桿頭部上(圖10-3)。前者重要用來增進塑料的熔融,后者重要用來增進熔料的混合。螺桿上裝設銷釘后塑料的熔融過程發生了較大的變化。在普通螺桿上,外界的傳到熱量和熔料本身因剪切而產生的熱量都必須從液相通過份界面傳往固相,由于塑料的導熱系數較低,整塊的固體從大塊逐步熔化到完全消失需要較長的時間,并且也必然存在著圖(4-4)所示的那樣的溫度梯度,這就是說溫度波動和徑向溫差是必然存在的。但是銷釘螺桿上,當塑料通過銷釘時料中的固相被粉碎細化,細小的固相與液相混在一起被其包圍,熱量從各個方向從高溫液相傳往低溫固相,熔化時間縮短(圖10-1)。另外,銷釘等分流元件對塑料造成附加的阻力,塑料流過時產生了剪切與摩擦,這些都有助于塑料的熔化。圖10-2表達了在螺桿上增設銷釘型混煉元件后古縣各分部函數發生變化的實測數據。由圖可見:當沒有銷釘時塑料要通過21D的長度后才全部熔融,而假設七排銷釘后,只需15D便全部熔化。因此增設銷釘便可在增大轉速提高產量的同事確保固相在螺桿上全部及時熔化。我們曾經用圖10-3的銷釘螺桿進行過實驗。在加工LDPE時,該螺桿在n=210rpm狀況下塑化質量良好,產量達成63kg/Hr,此時熔料溫度尚不超出170°C(圖10-4a)。面用來對比的普通螺桿當n=110rpm時已出現了塑化不良的象征,其產量為32kg/Hr。實驗成果正是證明了銷釘螺桿能夠較大地提高產量。普通來說,在螺桿上增設銷釘后產量大概能提高30-100%。除此以外,當固相粉碎與細化后,液相的熱量及時傳給了固相,在促使固相熔融加緊的同事也減少了液相的溫度,這對減少擠出物的溫度是很有利的。在普通三段式螺桿上,在擠出過程中,液相溫度總是不停升高的,擠出物的徑向溫度總是比較大。相反實驗表明,如果設計合理,設立段或螺桿頭部的銷釘能打亂料流、較少溫度波動和壓力波動,提高擠出質量。在使用圖10-3的銷釘螺桿擠出時,從圖10-4和圖10-5的比較能夠看出:這種螺桿在擠出時不進溫度低、波動小并且在告訴下這個有點更為明顯。普通來說,設計得合理的銷釘螺桿能將擠出物溫度減少3°C左右。某廠在ф150擠出機上擠出交聯聚乙烯的經驗表明:使用普通螺桿當轉速不不不大于20-30rpm時才干確保擠出料溫不不不大于控制交聯所必須的132°C,此時產量僅180kg/Hr.采用銷釘螺桿后,擠出料溫下降至128°C,因此可將螺桿轉速提高至35-50rpm,此時產量達成了240kg/Hr,提高了1/4。除了采用圓柱銷釘之外,也可直接在螺桿上銑出矩形的銷釘(參看圖10-46IKV螺桿)。銷釘直徑也可設計成大小不等。長短不一(圖10-6),還可將銷釘設計成人字型排列(圖10-7),這些構造都加強了熔料在銷釘頭上的分流混合作用,改善了制品的均勻度普通認為,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出銷釘直徑的1.5倍,銷釘的總面積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的關系。顯然,銷釘數據的多少和將銷釘設立于螺桿上的哪一種部位都將直接影響到塑料通過難易程度和分流強烈的程度,還將影響到塑料流動阻力的大小。銷釘數量與安放位置選擇不當,不進達不到預期的目的,相反會由于阻力過大而產量下降,或者由于局部摩擦發熱過大而熔料溫度升高實驗的成果表明:銷釘平行與螺棱安裝其效果比垂直于擠出機螺桿軸心線安裝的效果差,因此大都將銷釘垂直于擠出機螺桿軸心線布置(圖10-8),或者是與軸心線小薇成一角度.在一種螺槽中設立兩排銷釘不如隔開1-2D各設立一排銷釘為好。銷釘設立的位置與物料種類有關,普通來說,在未熔部分即固相尚剩余20-30%時,(即X/W=0.2-0.3)設立銷釘比較適宜,否則由于固相較多,不容易通過而使生產率和料溫升高,因此普通都設立在計量段和壓縮段的后半部,也可考慮設計成靠近擠出機螺桿尾部銷釘密集某些,而前部則稀疏某些,以減少料流的阻力,圖10-8所示的國外某注射機銷釘擠出機螺桿就是按此思路設計的。DIS擠出機螺桿是在分流型擠出機螺桿和靜態混合器基礎上發展起來的一種新型擠出機螺桿,“DIS”便是應為Distrbibutive(分散、分派)一詞的頭三個字母。我們懂得,當擠出機螺桿轉速提高后用普通擠出機螺桿擠出時的徑向溫差△T1、軸向溫度波動△T2都會有較大的增加。采用新型擠出機螺桿對減小軸向溫度波動是很有效的,而靜態混合器對消除徑向溫差更為有效。DIS擠出機螺桿含有兩方面的技能,因此事實上它是一種“動態混合器”。DIS擠出機螺桿是由普通擠出機螺桿和帶孔的分流元件所構成,分流元件位于擠出機螺桿的頭部(圖10-9)。每個元件上開有九個(用來加工低粘度度料)或六個(用來加工高粘度料)分流孔,對直徑較大的擠出機孔數還可增加。每個孔貫穿流入溝和流出溝。這些孔按一定的規律分布,每三個孔構成一組,邊上的兩個孔和中間的一種孔的流向正好相反,從圖10-11能夠更明顯地看出這點。有此也可看出:孔的個數應當是三的倍數。從計量段最后一種螺槽留出的熔料進入第一種混煉元件時被分為九股料流,他們流出第一種混煉元件后混合在一起然后再分成九股進入第二個混煉元件,通過四個混煉元件后,從理論上來說,醬油94=6561個分流的可能性,固然事實上局限性此數。這樣,在一種較小的擠出機螺桿長度上就達成了很大的分散混合的效果。不進如此,由于每三個孔構成一種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槽型分流擠出機螺桿強烈,對消除軸向溫度波動△T2的效果也要好的多。DIS分流擠出機螺桿尚有一種很大的特點,就是熔料在流道中有一“倒位”作用(圖10-10)。在普通螺槽中,沿螺槽深度上熔料移動速度是不同的。但是通過分流孔的“倒位”作用后來,原料靠近機筒壁的熔料(A1點)通過分流孔流到流出槽時將貼近擠出機螺桿根徑(A2點),而原料靠近擠出機螺桿根徑的熔料(B1點)將移到貼近機筒壁的位置(B2點).這樣,對改善料流在流道中的速度分布,減少波動,特別對較小徑向溫差的效果是很明顯的.DIS擠出機螺桿對熔料流動的阻力比起銷釘擠出機螺桿,以及下面將要接受啊的屏障型擠出機螺桿、分離型擠出機螺桿來說要小得多。由于背面這些擠出機螺桿都有高阻力的妨礙部分,而DIS擠出機螺桿的幾個分流孔構成的總流道面積并不比螺槽截面小,因此阻力很小,同事熔料也不會由于強烈的剪切摩擦而造成過熱分解,因此這種擠出機螺桿的使用范疇較廣,甚至能夠加工硬聚氯乙烯等熱敏性塑料。另外,擠出機螺桿上沒有高阻力的障礙部分而是含有較大的流通界面也確保了金屬雜質不易損壞擠出機螺桿。由于含有上述特點,開孔型分流擠出機螺桿在實驗中得到了較好的效果。它的轉速較高、螺槽較深,對ф50的擠出機擠出高密度聚乙烯時能達成68kg/Hr的產量同時其波動很蕭(參看表10-2)由于混合均勻,波動小,混色的效果較好。徑向溫差小的成果確保了制品內外層質量一只,這對加工硬聚氯乙烯,發泡擠出,交聯擠出,吹瓶,注射等都是很有好處的。圖10-11介紹了我們設計并已進行過初步實驗的DIS擠出機螺桿工作圖工您參考。設計時每個混煉元件的長度在1.2-1.5D,在選擇參數時還要注意表10-3所列的幾個夾角之間的關系(參看圖10-11)。能夠分析:如果夾角θ為0°,則熔料產生了圖11-10所示的180°“倒位”作用。但事實上θ不等于0°,因此它的“倒位”作用只有π-2θ,顯然槽內回轉角π-2θ在180°內越大越好。由于相鄰的兩個流道的夾角θ數值相等而方向相反,因此他們從分流孔留出后產生了一種相對的回轉角2(π-2θ)=4θ,這個數值大小也直接影響混合質量的好壞,因此他們也是在180°以內越大越好。增加角指的是相鄰兩槽通過分流孔達成留出溝后器其對中心的夾角比原來夾角的增加角度,這個數值越大,闡明相鄰兩個槽通過分流孔后互相距離愈遠,因此,此角也是越大越好。由此可見:為滿足上述的規定θ角以在15°-45°范疇內選用為佳。影響分流型擠出機螺桿的混合性能的重要參數是分流數V和混合度M,有關這兩個參數現在尚無比較完整的分析和計算公式。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(或其它零件)愈多勢必會造成流通截面減小,阻力加大,溫升加大等副作用,并且這些作用也必然和分流元件的其它尺寸(分流槽深度、銷釘高度等)有關。例如,如分流槽過淺將勢必加大熔料流動阻力和增大溫升,這是很明顯的。除了銷釘型擠出機螺桿和DIS擠出機螺桿之外,還存在這多個分流型擠出機螺桿,他們的典型構造如圖10-12所示。有的在螺棱上開斜空(圖10-12a),螺紋前后的熔料能夠通過斜孔混合,并且靠近機筒的料能夠和靠近擠出

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