一、螺杆组合基本常识 1. 挤出机螺杆分两大部分,就是芯轴和螺纹套;芯轴--不同型号机台有所不同,主要是直径,键槽(有单键和花键等)- 如早期螺杆一般是单键 实验室30/40机 70/72机等,目前75机一般是花键; 施梦月2. 螺纹元件分类:从作用分两类 –输送元件和剪切元件;即通常说的输送块和剪切块; 双螺杆我认为有两层意思:其一是螺杆是两根,另外实际包括了输送螺纹是双头的,就是同一根螺杆有两道螺纹; a 输送块根据作用分正反两种;输送块种类主要是从导程(绕一圈的轴向长度)和元件长度(元件轴向长度)来分;如72/36就可以代表这种输送元件,72是指导程 ,36是元件长度,单位 mm ; 75机主要有96/96 72/72 56/56 72/32 56/28 72/36L 56/28L 72机40/30机等原理基本一样, 输送有特殊的元件 单头螺纹元件,和KS元件 3. 剪切元件实际就是通常说的捏合块,由单个的剪切块捏合在一起,片数不定,一般5/7片;单片厚度不一; 主要是以各单片捏合的角度来确定规格型号;同样也分正反两种,比如进口莱鼒机的部分剪切块就全是单片,可根据实际情况进行微调组合; 剪切块举例: 450/5/56L中450指捏合角度,5是片数,56是长度 L 指左向,一般正向的不标明; 通常75机还有 900/5/56 300/7/72 450/5/36 600/5/56的基本很少用了;可以根据要求采购;象30机只有450/5/28 900/5/28 两种 特殊剪切元件有新齿型盘;厚度很小的剪切块,薄的左向剪切块,还有新到的拉伸流块;
电视升降机4. 输送元件的大致作用,在螺杆组合整体效果看,单个的元件效果体现不明显,一般需要在特定的临近组合条件下才会有其真实的体现,具体比如同样90度剪切块在单独输送块之间和在后面连续90度 90度/90度>>90度 ---90度; 一般来说,输送块96/96是目前最大导程输送,在物料未完全熔融输送能力最强(相对的,有新的KS元件等) 所以一般在下料口采用大导程元件,而在熔融状态下输送效率比小导程低(暂时无理论支持),在玻纤口真空口等需要降低压力的地方用大导程元件有很大优势 ,有效防止返料(当然还与熔融状况有关),72/72 56/56是目前使用比较多的一种元件,普通输送,配合对熔体进行适当压缩等, 该类元件主要起输送作用,新概念:输送能力,输送效率;涉及物料流动状态在挤出机内,靠摩擦拉伸往前流动,有一种说法:螺杆越光滑,螺筒越粗糙,熔体输送能力越强; 总体判定所有输送元件都是半充满状态; 反输送螺纹作用就不是简单相反,稳定并降低后段压力,但和降低单位时间产量没有直接联系;降低机头压力有很大优势,PBT大量采用;
5. 剪切块,一般来说,角度越大剪切能力越强,厚剪切块剪切能力强于薄剪切块;正向剪切块除90度剪切块外,都有剪切和输送两个作用同时进行,有一个输送角度,一般剪切块厚度对剪切热影响很大,如: 450/5/56 ~~ 3 * 450/5/36 ;厚有利于通过剪切热加强塑化分散;反向剪切
实际同时有反输送和剪切的作用,作用相当于 正向剪切加左向输送块连接,但实际作用能力远小于后者;
6. 固定流道理论,做两个极端假设,其一某一组合全部采用单一输送块56/56; 另一采用单一剪切块300/7/72 两个效果应该差别不大; 物料在其中容易形成固定流道,状态变化动力不足;但如果叉开,可能变成一套合格组合;原则就是不断打破这种固定流道平衡;实例:90号组合,修改原意就是封死玻纤口平衡分布剪切块,提高单位时间产量; 去掉前面左向剪切一个 结果PP洗机料都不融,高冲也有大量白点;刘晴原改31号组合也类似,为提高输送压缩段输送能力,提高单位时间产量,前段全部使用96/96输送,结果80%以上粒料出来;当时是考虑53等组合剪切靠后有利于提高班产; 现用的90-75-C组合就是再次更改
挤出机型的机械设计参数，ZSK型挤出机或任意同向旋转双螺杆挤出机的几何参数限定为3个，1. 啮合处间隙；2. 内外直径比（OD/ID）；3. 比扭矩（功率/容积比，即用扭矩/中心距的三次方（M/a3）表示）。两螺杆是相互啮合的，就是说，一根螺杆的螺纹顶部处在与之配合的另一根螺杆螺纹根部和侧面之间。。两螺杆之间的间隙是确保界些安全的最低要求，该狭小间隙是保证一根螺杆与相齿合的螺杆擦肩而过。OD/ID比值限定了挤出机的自由容积：OD/ID比值增大，自由容积也越大；用于传递扭矩的芯轴有效直径也就越小。
二、螺杆组合基本原则
螺杆组合是双螺杆挤出工艺制定的关键。同向双螺杆挤出以混炼为主, 螺杆组合要考虑到主辅料性能与形状、加料顺序与位置、排气口位置、机筒温度设置等等。同时, 混料的对象十分庞杂, 对每一个特定的混料过程都有合理进行螺杆组合的问题, 显然这种组合也是多种多样的, 目前的组合设计主要依靠经验。尽管如此, 同向双螺杆的螺杆组合还是有其基本规律可循的。以下就是对螺杆组合原则的几点看法。
(1) 螺纹导程在加料口处应较大, 此后逐渐减小。同向双螺杆的螺槽深度不变化, 导程逐渐减小使螺槽容积变小, 起到对物料的压缩作用; 同时,加料口处螺槽容积较大, 也可使加料顺畅。但从加料口处到机头处导程还要有其他的一些配置。首先, 在排气口前应设有阻力元件, 如捏合块或反向螺纹元件, 然后在排气口处为大导程螺纹元件, 从这里到机头导程再逐渐减小, 即以排气口为界, 前后两段的导程总体上为从大到小; 其次, 在有较多捏合块的地方, 如混炼段, 要间隔一段距离配置螺纹元件以加强输送能力。
(2) 物料熔融所需热量来自外部加热和剪切热, 在适当的地方配置捏合块来加强剪切以促进熔融, 可取得很好的效果。即将第一组用于促进熔融的捏合块放在熔融区的后部。此时物料已接近完全熔融, 一旦遇到捏合块, 将立刻全部熔融。在一定区域内调整捏合块位置, 可以
311图钉
控制熔融的结束点。但一定要注意的是, 如果该组捏合块过于靠近加料口, 则会导致堵料和螺杆所受扭矩增大的后果, 这是必须避免的。
（3）捏合段的设计 捏合段的设计必须兼顾其混合能力及输送能力, 它们是捏合段设计时应注意的两个相互关联的方面。混合包括分散混合和分布混合, 前者指将少组分细化, 如将无机填料粉碎及将玻纤丝切短等, 它取决于剪切应力(或剪切速率) ; 后者指减少少组分在多组分中分布的非均匀性, 它则取决于剪切应变。由于剪切应变很难求得, 本文将用捏合段内的周向流量Q c 和轴向回流量Q r 来衡量分布混合效果。显然Q c 和Q r 越大, 则分布混合效果越好。根据以上分析, 捏合段的设计原则如下。
A 随m 增加, 单块捏合块内的Ca及捏合段内的Q c 均增加, 亦即分散及分布混合效果都增强。因此为提高捏合段的混炼能力,应尽可能地选用多头捏合块。但m 的选择不是随意的, 受到捏合段中心距及其外半径的限制。
b. 随着D的增大, 单块捏合块内的Ca下降, 亦即其中的分散混合效果减弱; 但这时捏合段内的Q c 增加及Q n 减小(意味着Q r的增加) , 说明增大D 可改善捏合段内的分布混合。因此如果希望捏合段有较好的分散混合能力,D可设计得小些, 而若希望有较好的分布混合能力, 则D可取大些。但D的选择还应保证螺杆运转时两螺杆上的捏合块与机筒之间不出现干摩擦。
c. 如果增大X, 则捏合段内的Q c、Q r均增大, 同时X的增大也会使捏合块内的C增大, 这些说明捏合段的分散及分布混合能力都得到加强。但X 的增大同时又提高了捏合段的Q n , 意味着物料在捏合段内的平均停留时间缩短, 即它们承受捏合的时间缩短。从这一点上看,X 的增大又将削弱捏合段的分散及分布混合能力, 所以X是一个较敏感的参数。本文不主张凭改变它来提高捏合段的混炼能力。况且X 不是仅属于捏合段的操作参数, 它的任何改变都必将引起螺杆其它功能段的工作特性的变化。
d. 捏合块间的错列角B 是决定捏合段工作性能的一个关键参数。当0 ≤ B≤P？m 时, 无轴向压力梯度时捏合段输送能力Q n 为正, 当P？m ≤ B≤ 2P？m 时Q n 为负, 且其绝对值在B= P？(2m ) 和3P？(2m ) 时达到最大[ 5 ]。因此为增强捏合段的输送能力, B最佳取值为P？(2m ) 。
e. 设计捏合段时另一个要注意的问题是其中的压力须与和它相连的正、反向螺纹段中的压力相匹配的问题。匹配不当会影响正常挤出(如引起加料困难、排气口冒料和挤出波动等)。
玻纤增强粒料制备的螺杆构型设计
2．1 玻纤加入口上游的螺杆构型
玻纤加入口上游的螺杆构型主要用来对聚合物进行固体输送和熔融塑化，有时还要对与聚合物一起加入的其它助剂(如阻燃剂、颜料、稳定剂)进行混合。为促进熔融和混合，这一段的螺杆构型除应有正向螺纹元件（减导程)进行输送外，还应采用捏合块、反向螺纹元件(也为建压)、齿形盘等混合元件。
2．2 玻纤加入口处的螺杆构型
为使玻纤加入，纤维加入处的螺纹元件应为大导程，使聚合物熔体到达此处时为半充满状态，以留出空间容纳加入的玻纤。为避免玻纤加入口被聚合物熔体堵死，短切纤维可用反螺纹元件导入，长纤维可用至少一对捏合盘元件导入。
2．3 玻纤加入口下游螺杆构型干衣柜
玻纤加入口下游的螺杆区段是混合段，它应完成两个任务，第一是把纤维束打开，第二是把纤维切短并把每一根玻纤分布均匀并被熔体润湿。故该段构型设计应着眼于有利于玻纤长度的变化和均化。长纤维是无头的，有无限长，加入后必须切成一定长度并与熔体混合(被润湿)。混合段应由剪切元件和分布混合元件组成，它们或者是前捏合盘组成的捏合块，或者是齿形元件。长纤维加入后，被拉入加料口下游的捏合盘元件中切成一定长度。其平均长度取决于聚合物和玻纤的比例，也取决于剪切、混合元件的选择。至少要有一组捏合盘元件。粘度高的聚合物或加入高填充量玻纤(40%或更多)的螺杆构型比低粘度聚合物或加入低百分数玻纤所用的螺杆构型提供的剪切应柔和一些。对于短切纤维，不需要象长纤维那样强的剪切，而主要是靠熔体将纤维润湿和分散开来，故混合段可由薄的捏合盘组合块或在螺棱上开槽的螺纹元件或齿形盘元件组成。研究表明，由齿形盘和正向螺纹元件组成的混合段与由正向捏合块和正向螺纹元件组成的混合段相比，前者的玻纤平均长度大且纤维长度分布窄。适于玻纤增强的螺杆元件一般是二头的，因为它的剪切比较柔和，对玻纤不会造成过度的折断。
2．4 排气段
排气段应位于纤维加入口的下游。为使排气有效，在排气段上游接近排气口处，应设置密封性螺杆元件，以防止在真空泵作用下粒子被抽出，如反向螺纹元件或反向捏合块。反向螺纹元件或反向捏合块上游应采用小导程建压正向螺纹元件。排气口对着的排气段的螺杆区段应采用大导程的螺纹元件，使含有玻纤的熔体半充满螺槽，有较大的自由空间，使物料有表面更新的机会，以利排气。
2．5 螺杆的最后区段
螺杆的最后区段主要用于均化和建压。应采用小导程正向螺纹元件以建立挤出压力，有时也设置齿形盘对物料进行均化。 |
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螺杆组合基础知识－螺纹元件
输送元件
输送元件是螺纹形的，其功能是用来输送物料（包括液体物料）。螺槽的形状可以是矩形的和根据相对运动原理生成的特殊形状（啮合型的），螺纹元件分正向和反向两种，又可分单头、双头、三头螺纹元件。
单头螺纹元件
具有高的固体输送能力，一般多用在加料段，以改进挤出量受加料量限制以及用于输送流动性差的物料，如低密度物料。通常用在反应加工过程中输送粒度近似水的物料，也可用于排料段，单头螺纹的输出能力大于多头螺纹，扭矩也大于多头螺纹，其混合特性比多头螺纹要多。
双头螺纹和三头螺纹相比
在相同的中心矩下，D/D。比较大，槽深较深，因此在相同的螺杆速度下，能提供较低的剪切速率，比较适应于加工粉体料，特别是低松密度粉料、玻纤等对剪切敏感的物料。
与三头螺纹元件相比，在相同的剪切应力和扭矩下，二头螺纹元件可在更高的速度下工作，产能更高。
三头螺纹元件在相同的螺杆转速下，可以对物料施加更高的平均剪切速率和剪切力，另外，由于螺槽浅，物料层变薄，三头比二头热传递性能好，利于物料塑化、熔融。
但是，由于剪切强烈，一般不易用于对剪切敏感的物料加工，如玻纤、PVC。
导程变化与特性：
螺纹导程对挤出量、混合特性、扭矩的影响很大，一般来讲，螺纹导程增加，螺杆挤出量增加，物料的停留时间减少，对物料的混合效果相对有所降低，扭矩也变小。
在螺杆组合中，对于以输出为主的场合，选择较大导程的螺纹，有利于提高产量，对热敏性聚合物的挤出，选择大导程，可缩短物料停留时间，减少物料的热降解。
对于混合为主的场合，选择中导程的螺纹，而且对螺杆不同工作区的螺纹，其导程是逐渐变小的组合，主要用于固态物料的输出与增压，从而提高熔融速度或混合物化速度与挤出稳定性。 |
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