（机械设计及理论专业论文）upvc注塑螺杆构型的研究.pdf

、 ， 、 学位论文数据集 i i i ii li ii iii ll 1i ii iiil y 18 10 2 0 9 中图分类号t q 3 2学科分类号 4 6 0 2 0 9 9 论文编号 密级 公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称 北京化工大学 作者姓名 刘菊学号 2 0 0 4 0 0 0 3 8 8 获学位专业名称 机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 非金属材料成型理论与 课题来源自选研究方向 设备设计 论文题目u p v c 注塑螺杆构型的研究 关键词u p v c ，注塑螺杆，p o l y f l o w ，混合性能，三维瞬态模拟 论文答辩日期 2 0 0 7 5 3 1论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位 学科专长 指导教师董力群副教授北京化工大学橡塑机械 评阅人1郭英教授北京服装学院化纤机械 评阅人2冯连勋教授北京化工大学橡塑机械 评阅人3 评阅人4 评阅人5 椭员会拂郭英教授北京服装学院 化纤机械 答辩委员1冯连勋教授北京化工大学 橡塑机械 答辩委员2 杨于光副教授北京化工大学 橡塑机械 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 卜 摘要 u p v c 注塑螺杆构型的研究 摘要 聚氯乙烯( p o l y v i n y lc h l o r i d e ，p v c ) 是一种通用树脂。不添加增塑 剂的聚氯乙烯称为未增塑聚氯乙烯( u p v c ) 。由于u p v c 注塑制品具备 优良的机械性能，目前用注塑成型的方法a n - r u p v c 制品的数量仅次于 挤出法加工的u p v c 制品数量。 近年来，u p v c 注塑制品，尤其是管件在消费市场的日益扩展使得对 其的需求日益增长，而通常采用的未加止逆环的渐变螺杆在加工u p v c 时混合效果一般，塑化能力较差，经常产生物料塑化不良、过热或滞留分 解的现象，严重制约了u p v c 注塑制品生产效率的提高，难以满足市场 对u p v c 注塑制品越来越高的质量和性能要求。因此本文运用基于有限 元的计算流体力学( c f d ) 分析软件p o l y f l o w ，对适于u p v c 注塑的 普通螺杆以及新型注塑螺杆的计量段进行了模拟分析，得到其熔体的压力 场、速度场、剪切速率场、粘度场以及剪切应力场。通过对计算结果的后 处理，本文着重分析螺杆元件的构型对熔体分布性混合及分散性混合效果 的影响。 本文共设计了七种螺杆元件，它们分别是直线排列的圆柱形销钉螺杆 元件、交错排列的圆柱形销钉螺杆元件、方形销钉螺杆元件、两种导程的 菱形销钉螺杆元件、常规螺杆元件及波状螺杆元件。分析结果表明：波状 螺杆元件的分布、分散混合能力及输送能力均最强，销钉类螺杆元件的分 布混合、分散混合效果均好于常规螺杆元件。物料在七种螺杆元件中均无 l 北京化t 人学硕l 二学位论文 滞留现象。所以，注塑u p v c 时波状螺杆应被首先选用。 关键词：u p v c ，注塑螺杆，p o l y f l o w ，混合性能，三维瞬态模拟 i i 摘要 s t u d yo nt h es c r e w sc o n f i g u r a t i o n f o ru p v ci n j e c t i o nm o l d i n g a bs t r a c t p o l y v i n y lc h l o r i d e ( p v c ) i sak i n do fg e n e r a lc o l o p h o n y u p v ci sp v c w h i c hh a sn op l a s t i c i z i n g a g e n ta d d e d o w i n gt ot h es u p e r i o r i t yo ft h e i n j e c t i o np r o d u c t i o n ，t h eq u a n t i t yo fu p v cp r o d u c t sb yi n j e c t i o nm o l d i n gi s o n l yl e s st h a nt h a tb ye x t r u s i o nf o r t h ep r e s e n t r e c e n t l y , t h ed e m a n df o ru p v ci n j e c t i o np r o d u c t s ，e s p e c i a l l yp i p e f i t t i n g sh a v eb e e ni n c r e a s i n g l yr i s i n g w h i l et h eg e n e r a li n j e c t i o nm o l d i n g s c r e wu s e df o ru p v ci n j e c t i o nm o l d i n gh a sp o o rm i x i n gp e r f o r m a n c ea n d p l a s t i c i z i n gc a p a c i t y a s ar e s u l t ，m e l t i n gu p v cu s u a l l y d e c o m p o s e sf o r o v e r h e a t i n go rr e s i d e n c e ，w h i c hh a se x t r e m e l yr e s t r i c t e dt h ei m p r o v e m e n ti n i n j e c t i o ne f f i c i e n c ya n dc a nn o ts a t i s f yt h em a r k e td e m a n d sf o rh i g hq u a l i t y a n dp r o p e r t y c o n s e q u e n t l 5t h et h e s i su t i l i z e dp o l y f l o ws o f t w a r ew h i c h w a sb a s e do nf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sc o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ( c f d ) t o 产 s i m u l a t em e l tb o d yi nt h em e a s u r e m e n ts e c t i o nf l o wc h a n n e l p r e s s u r ef i e l d ， v e l o c i t yf i e l d ，s h e a r - r a t ef i e l d ，v i s c o s i t yf i e l da n ds h e a r - s t r e s sf i e l dw o u l db e s o l v e db ys i m u l a t i o n t h i sp a p e rd i s c u s s e ds e v e nk i n d so fs c r e w sc o n f i g u r a t i o n t w ok i n d so f c o l u m n e dp i nm i x i n gs c r e w s ，r e c t a n g u l a rp i nm i x i n gs c r e wa n dt w ok i n d so f i n 北京化1 = 人学硕j ：学位论文 l e a dr h o m b i cp i nm i x i n gs c r e w si n c l u d e d c o l u m n e dp i n sc a na r r a n g ei nt w o w a y st h a tp i n sl i n e da l o n gt h ea x e sa n dc r o s s e da l o n gt h ea x e s t h es t u d y i n d i c a t e dt h a tt h eu n d u l a t i o ns c r e w sm i x i n gp e r f o r m a n c ea n dt r a n s p o r t a t i o n a b i l i t yw e r ee m i n e n ta c c o r d i n gt oa n a l y z i n gr e s u l t s t h ep i nm i x i n gs c r e w s w e r es u p e r i o rt ot h eg e n e r a ls c r e wt ob ef i tf o ru p v ci n j e c t i o nm o l d i n go n a c c o u n to fi t sb e t t e rd i s t r i b u t i v em i x i n ge f f e c ta n dd i s p e r s i v em i x i n ge f f e c t t h ep h e n o m e n at h a tm e l tb o d yr e s i d e n c ei na l ls c r e w sc a nn o tt a c kp l a c e s o t h eu n d u l a t i o ns c r e ww o u l db ec h o s et oi n j e c tu p v c f i r s t l y k e yw o r d s ：u p v c ，i n j e c t i o ns c r e w , p o l y f l o w , m i x i n gp e r f o r m a n c e ， t h r e ed i m e n s i o n a ls i m u l a t i o n i v 、 目录 目录 第一章绪论1 1 1p v c 注塑成型技术1 1 1 1p v c 的性质1 1 1 2p v c 注塑成型的历史、现状及前沿发展2 1 2 注塑螺杆的研究3 1 2 1 注塑螺杆的特点3 1 2 2 注塑螺杆的塑化能力和混合能力的研究4 1 2 3 新型注塑螺杆的研究4 1 3p v c 注塑螺杆的研究5 1 3 1p v c 注塑螺杆研究的现状。5 1 3 2 前人在p v c 注塑螺杆结构开发研究方面的成果7 1 4p v c 注塑螺杆结构研究8 1 4 1 塑化过程及混合机理的探讨8 1 4 2 适合p v c 注塑的螺杆结构。9 1 4 3 注塑螺杆几何参数及注塑工艺参数的选择。1 0 1 5p v c 注塑螺杆研究的意义1 2 1 6 本论文研究的目的和内容1 3 1 6 1 研究目的一13 1 6 2 研究内容14 第二章注塑螺杆混合能力的研究方法1 6 2 1 计算流体动力学( c f d ) 简介1 6 2 2 模拟分析软件的选用16 2 3 基于有限元的c f d 分析软件- - p o l y f l o w 17 2 3 1p o l y f l o w 软件功能。1 7 2 3 2p o l y f l o w 软件的主要特点1 8 2 3 3 软件的主要分析步骤1 8 2 4 本论文的分析过程与方法2 0 第三章螺杆流道有限元模型的建立2 3 v 北京化工人学硕l ：学位论文 3 1 前处理软件g a m b i t 简介2 3 3 2 有限元模型的建立。2 4 3 2 1 物理模型2 4 3 2 2 数学模型2 7 3 2 3 瞬态有限元模型2 9 第四章销钉螺杆流场的模拟计算分析3 4 4 1 瞬态有限元模型的模拟计算。3 4 4 1 1 流场的模拟计算3 4 4 1 2 计算模型的参数设置3 4 4 2 流场模拟结果分析3 5 4 2 1 压力场分析3 5 4 2 2 速度场分析3 8 4 2 3 分布混合性能的分析4 5 4 2 4 分散混合性能的分析4 6 4 2 4 1 剪切速率场分析4 7 4 2 4 2 粘度场分析4 9 4 2 4 3 剪切应力场分析5 0 4 3 本章小结5 3 第五章波状螺杆元件流场的模拟计算分析5 4 5 1 压力场的分析5 4 5 2 速度场的分析5 6 5 3 分布混合性能的分析5 8 5 4 分散混合性能的分析5 9 5 4 1 剪切速率场分析5 9 5 4 2 粘度场分析6 0 5 4 3 剪切应力场分析6 1 5 5 本章小结6 3 第六章结论6 4 6 1 论文研究的主要结论6 4 v i 目录 6 2 本课题的主要贡献6 4 6 3 遗留问题及前景展望6 5 参考文献6 6 致j 谢6 8 研究成果及发表的学术论文6 9 北京化t 大学硕l ：学位论文 c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1p v ci n j e c t i o nm o l d i n gt e c h n o l o g y 1 1 1 1p r o p e r t i e so fp v c 1 1 1 2t h eh i s t o r y , p r e s e n ts i t u a t i o na n df u t u r ed e v e l o p m e n to np v c i n j e c t i o nm o l d i n g 2 1 2s t u d yo fi n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 3 1 2 1c h a r a c t e r so fi n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 3 1 2 2s t u d yo fp l a s i t i c i z i n gc a p a c i t ya n dm i x i n gp e r f o r m a n c eo fi n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 4 1 2 3s t u d yo fn e w c o n f i g u r a t i o n si n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 4 1 3s t u d yo fp v ci n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 5 1 3 1t h ep r e s e n ts t u d ys i t u a t i o na b o u tp v ci n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 5 1 3 2p r e v i o u sr e s e a r c hf i n d i n g so np v c i n j e c t i o nm o l d i n gs c r e wc o n f i g u r a t i o n s 7 1 4s t u d yo fp v c i n j e c t i o nm o l d i n gs c r e wc o n f i g u r a t i o n s 8 1 4 1d i s c u s s i o na b o u tp l a s t i c a t i o np r o c e s sa n dm i x i n gp r i n c i p l e 8 1 4 2p v c i n j e c t i o ns u i t ss c r e wc o n f i g u r a t i o n s 9 1 4 3i n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w sg e o m e t r i cp a r a m e t e r sa n dp r o c e s sp a r a m e t e r s 1 0 1 5s t u d ym e a n i n go fp v c i n j e c t i o nm o l d i n gs c r e w 12 1 6s t u d yp u r p o s ea n dc o n t e n t so ft h e s i s 1 3 1 6 1s t u d y p u r p o s e 13 1 6 2s t u d yc o n t e n t s 14 c h a p t e r 2r e s e a r c hm e t h o do f i n j e c t i o nm o l d i n g s c r e w s m i x i n g p e r f o r m a n c e 16 2 1i n t r o d u c t i o no fc o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ( c f d ) 1 6 2 2s e l e c t i o nf o rc o m p u t e ra n a l o g u es o f l w a r e s 16 2 3p o l y f l o w - ak i n do fc f da n a l y s i ss o f t w a r eb a s e do nf i n i t ee l e m e n t 17 2 3 1t h ef u n c t i o no fp o l y f l o w 17 2 - 3 2t h em a i nc h a r a c t e r so fp o i x f l o w 。18 2 3 3t h em a i na n a l y z i n gs t e p so fp o l y f l o w 18 2 4a n a l y t i c a lp r o c e s sa n da p p r o a c hu t i l i z e di nt h et h e s i s 2 0 i i 厂 一 目录 c h a p t e r 3t h ec r e a t i o no fs c r e wc h a n n e l s f e am o d e l 2 3 3 1t h eb r i e fi n t r o c u c t i o no fp r e p r o c e s s o rs o f t w a r e g a m b i t 。2 3 3 2t h ec r e a t i o no ff e am o d e l 2 4 3 2 1p h y s i c a lm o d e l 2 4 3 2 2m a t h e m a t i cm o d e l 2 7 3 2 3t r a n s i e n tf e am o d e l 2 9 c h a p t e r 4s i m u l a t i o na n dc o m p u t a t i o n a la n a l y s i sf o rp i nm i x i n gs c r e w s3 4 4 1s i m u l a t i o na n dc o m p u t a t i o nf o rt r a n s i e n tf e am o d e l 3 4 4 1 1t h ec o m p u t a t i o no ff l o wf i e l d 3 4 4 1 2p a r a m e t e r ss e tf o rc o m p u t a t i o n a lm o d e l 3 4 4 2r e s u l t sa n n l y s i sf o rf l o wf i e l d 3 5 4 2 1p r e s s u r ef l o wa n a l y s i s 3 5 4 2 2v e l o c i t yf l o wa n a l y s i s 3 8 4 2 3d i s t r i b u t i v em i x i n gp e r f o r m a n c ea n a l y s i s 4 5 4 2 4d i s p e r s i v em i x i n gp e r f o r m a n c ea n a l y s i s 4 6 4 2 4 1s h e a r - r a t ef l o wa n a l y s i s 4 7 4 2 4 2v i s c o s i t yf i e l da n a l y s i s 。4 9 4 2 4 3s h e a r - s t r e s sf i e l da n a l y s i s 。5 0 4 3c o n c l u s i o nf b rt h ec h a p t e r 5 3 c h a p t e r5s i m u l a t i o na n dc o m p u t a t i o na n a l y s i sf o rf i e l do fu n d u l a t i o n s c r e we l e m e n t 5 4 5 1p r e s s u r ea n a l y s i s 5 4 5 2v e l o c i t ya n a l y s i s 5 6 5 3d i s t r i b u t i v em i x i n gp e r f o a m a n c ea n a l y s i s 5 8 5 4d i s p e r s i v em i x i n gp e r f o r m a n c ea n a l y s i s 5 9 5 4 1s h e a r - r a t ef l o wa n a l y s i s 5 9 5 4 2v i s c o s i t yf i e l da n a l y s i s 6 0 5 4 3s h e a r - s t r e s sf i e l da n a l y s i s 61 5 5c o n c l u s i o nf b rt h ec h a p t e r 。6 3 i x 北京化r 下人学硕上学位论文 c h a p t e r6c o n c l u s i o n 6 4 6 1m a i nc o n c l u s i o n sd r e wi nt h ep a p e r 6 4 6 2m a i nc o n t r i b u t i o nm a d ei nt h ep a p e r 6 4 6 3u n s o l v e dp r o b l e ma n dp e r s p e c t i v e 6 5 r e f e r e n c e s 一6 6 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 8 p a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gr e a df o rm a s t e rd e g r e e 6 9 x ， ， 符号说明 符号说明 螺杆直径，m m 螺杆导程，m m 计量段螺槽深，m m 表观粘度，p a s 稠度，p a s n 剪切速率，s 。1 幂律指数 剪切应力，p a 压力，p a 速度，m s 1 x i d b 仇m y n f p v 、 第一章绪论 1 1p v c 注塑成型技术 1 1 1p v c 的性质 第一章绪论 聚氯乙烯( p o l y v i n y lc h l o r i d e ) 简称p v c ，是由氯乙烯单体( v c m ) 在引发剂作 用下聚合而成的热塑性树脂。在当代热塑性塑料中，聚氯乙烯的产量仅次于聚乙烯， 并有着极为广泛的用途。p v c 最早发现于1 8 7 2 年，1 9 3 5 年乳液聚合法和1 9 4 0 年悬 浮聚合法工业化以来，经过科学工作者几十年的不懈努力，生产技术得到了不断改进 和完善，其加工、应用技术也获得了很大的发展【l j 。 按塑料受热后的性能表现不同，塑料分为热塑性塑料和热固性塑料；热塑性塑料 又分为无定型和结晶型两大类。按用途分，有通用塑料、工程塑料和特种塑料：p v c 属于热塑性塑料中的无定型类，且为通用塑料。 p v c 树脂是白色或淡黄色的坚硬粉末，密度为1 4 0 9 c m 3 ，纯聚合物吸湿性不大 于0 0 5 ，增塑后吸湿性增大，可达o 5 ，纯聚合物的透气性和透湿率都较低。p v c 一般都加有多种助剂，助剂的品种和用量对材料物理力学性能影响很大。由于p v c 是极性聚合物，其固体表现出良好的力学性能，但它力学性能的数值主要取决于分子 量的大小和所添加助剂的种类及数量，尤其是增塑剂的加入，它不但能提高p v c 的 流动性，降低塑化温度，而且还能使其变软。通常，在1 0 0 份p v c 中增塑剂量大于 2 5 份即变成软质p v c ，伸长率增加，而拉伸强度、刚度、硬度等力学性能均降低； 增塑剂加入量小于2 5 份时为硬质或半硬质塑料，具有较高的力学强度1 2 j 。 p v c 树脂是无定形聚合物，它的玻璃化转变温度一般为8 0 ，即8 0 8 5 开始 软化，完全流动时的温度约为1 4 0 ，这时树脂开始明显分解。在现有的塑料材料中， p v c 是热稳定性特别差的材料之一，在适宜的粘流加工温度1 7 0 一1 8 0 下，会加速 分解释放h c l ，在富氧气氛中会加剧分解。工业上生产的各品级和牌号的p v c 都加 有热稳定剂。另外，p v c 具有较好的电性能，是体积电阻和击穿电压较高、介电损耗 较小的电绝缘材料之一。p v c 的耐化学腐蚀性比较优异，除浓硫酸、浓硝酸对它有损 害外，其他大多数无机酸、碱类、无机盐类、过氧化物等对p v c 无侵蚀作用，可以 作为防腐材料。增塑后的p v c 耐化学腐蚀性有所降低，降低程度与增塑剂品种与用 量有关。 对p v c 塑料分类，文献中有两种。一是按p v c 塑料的弹性模量分，弹性模量高 于1 4 0 0 m p a 的，称为硬p v c ( h p v c 或r p v c ) 。弹性模量低于4 2 0 m p a 的，称为软 p v c ；介于两者之间的，称为半硬p v c 。另一种是，对于不含增塑剂的p v c 塑料， 称为未增塑p v c ( u p v c ) ；含增塑剂的p v c 塑料，称为增塑p v c ( p p v c ) 。未增塑 北京化工人学硕士学位论文 或增塑剂加入量小于2 5 的p v c 都属于硬质p v c 。目前p v c 制品已经得到了广泛的 应用，今天，p v c 最大应用领域是未增塑的硬质聚氯乙烯管材，由于我国化学建材的 迅速发展，导致对硬质p v c 树脂需求大幅度上升。 由于u p v c 的流动性差，加工稳定性不好，树脂在1 4 0 即开始分解，而其粘流 温度为1 6 0 左右，粘流温度接近于分解温度，因此u p v c 不进行改性就难以用熔融 塑化的方法加工。改性方法之一是，在其中加入热稳定剂，以改善其流动性和提高分 解温度：二是在其中加入增塑剂，以降低其粘流温度。 p v c 用热稳定剂有四类，即铅盐类、有机锡类、金属皂类和稀土类。以铅盐类最 为常用，但不能用于无毒和透明制品。有机锡类系无毒、透明的热稳定剂，而稀土类 稳定剂为最新品种，具有透明、无毒等优点，大有发展前途。 p v c 最常用的增塑剂为邻苯二甲酸酯类如d o p 、d b p 及d i d p ，辅助增塑剂为 d o a 、d o s 等【3 】o 1 1 2p v c 注塑成型的历史、现状及前沿发展 自从十九世纪末二十世纪初，根据压铸原理发展起来的塑料注塑成型技术出现以 来，注塑就成为加工成型p v c 的重要方法之一。根据塑化方式的不同，注塑机分为 柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。由于柱塞式注塑机注塑p v c 时塑化效果差，塑化速 度慢，p v c 注塑成型比较困难，对于增塑的软制p v c 配混料，柱塞式注塑机还能够 加工。在柱塞式注塑机内，电加热圈是塑化热的唯一源泉，因而物料熔融必须靠热传 导实现，即是通过塑料，将料筒壁的热量传入料筒内最里面的物料颗粒。而未增塑p v c 混料的导热系数较低，不易传导热量，因而在内部物料均匀熔融之前，接近料筒壁的 物料往往已经过热，有时甚至会达到分解的温度。所以，p v c 通过料筒就想使其达到 均匀的熔体温度是不可能的。故柱塞式注塑机被认为不适于加工未增塑的硬质p v c 。 二十世纪五十年代往复螺杆式注塑机的出现使得p v c 注塑成型得以容易实现， 首先在国外迅速发展起来。往复式螺杆注塑机比其他任何手段更能使p v c 配混料， 特别使硬质p v c 的注塑成型成为可能。借助于螺杆转动引起的剪切热量，传入硬质 p v c ，物料可塑化并达到可控的均匀熔体温度。虽然柱塞式注塑机也可用于软质p v c 配混料的加工，但用往复式螺杆注塑机则可得到更好的塑化混合效果，亦可得到较均 匀的熔体温度，均匀的熔体温度可使物料在较低的温度下被加工，因而使产生分解作 用的时间温度关系得以改善1 4 j 。 将p v c 塑料加工为制品的其它方法还有挤出、吹塑、压延、压制及涂布等多种， 由于p v c 挤出成型技术发展起来的比较早，目前已日趋完善。而注塑法具有能一次 成型外形复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的p v c 塑料制品，而且p v c 注塑制品具有 优良的机械性能，使p v c 注塑成型技术得到了飞速发展。目前，p v c 注塑成型的制 2 第一章绪论 品数量仅次于挤出法。随着注塑成型领域的日益扩大，注塑设备和注塑技术的不断发 展与改造，螺杆元件、螺杆构型、螺杆参数的不断改进和优化，p v c 注塑成型的生产 率和塑化质量都将得到很大的改善。因此p v c 注塑成型技术有着很好的发展前剽5 1 。 1 2 注塑螺杆的研究 1 2 1 注塑螺杆的特点 螺杆式注射机塑化部件主要有螺杆、机筒( 又称料筒) 、喷嘴等组成。塑料在转 动螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。因 此，塑化部件是完成均匀塑化，定量注射的核心部件。 螺杆式塑化部件一般具有如下特点： ( 1 ) 螺杆具有塑化和注射两种功能； ( 2 ) 螺杆在塑化时，对制品不发生直接的联系，仅作预塑用； ( 3 ) 塑料在塑化过程中，所经过的热历程要比挤出长； 螺杆在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工 作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。 螺杆是注塑机塑化装置的核心部件，螺杆的结构也是决定注塑成型产品质量的关 键之一，生产中的大量实例表明：螺杆设计的好坏，对制品的产量和质量及能量消耗 等有着极大的影响，因而螺杆的开发研究显得尤为重要。 注塑螺杆的设计一般均借鉴挤出螺杆的设计参数，不同之处在于： ( 1 ) 注塑螺杆具有塑化和注射两种功能； ( 2 ) 注塑螺杆在旋转时伴随轴向位移，因此螺杆的有效长度是变化的； ( 3 ) 注塑螺杆的长径比和压缩比较小，塑化中熔体的压力可靠注射油缸的背压来 实现； ( 4 ) 注塑螺杆的均化段螺槽深度一般较大，以得到较高的生产率，并保证塑化质 量： ( 5 ) 注塑螺杆因有轴向位移，因此加料段较长，以保证有效加料段长度，而均化 段较短； ( 6 ) 注塑螺杆的头部结构，具有特殊形式。 除此，注塑螺杆在工作时，塑化能力和熔料温度将随螺杆的轴向位移而改变。这 些不同点是注射机塑化部件的特点所决定的【6 。 3 北京化t 大学硕t - 学位论文 1 2 2 注塑螺杆的塑化能力和混合能力的研究 从塑化角度看，注塑螺杆在塑化过程中，除了转动之外还发生轴向位移，减少了 螺杆的有效工作长度，增加了注塑螺杆塑化的不稳定性与轴向温差。计量段较短，导 致注塑螺杆塑化能力不强、塑化不均匀i _ 7 ，引。 从混合的角度看，由于注塑螺杆长径比较小，所以在螺杆转动过程中，物料在螺 槽内的运动时间较短，导致螺杆分布混合能力较差。注塑螺杆的计量段较短，计量段 螺槽较深，塑化时螺杆头部压力很低，导致注塑螺杆剪切作用相对较弱，不利于分散 混合。再加上螺杆还有轴向的后退速度，使注塑螺杆的回流和反流减小，也影响了其 混合效果。 王喜顺1 9 】等根据其研究特别指出：垂直于螺槽方向的速度增加有助于螺槽内物料 的混合，而注塑螺杆垂直于螺槽方向的速度随螺杆后退速度的增加而减少。因此，在 相同的成型条件及相同的螺杆尺寸条件下，注塑螺杆垂直于螺槽方向的速度比挤出螺 杆小，也就是说注塑螺杆的混合和均化等作用都比挤出螺杆差。为了提高混合效果并 改善均化作用，在注塑螺杆的计量段末增设混合元件就显得尤为必要。 1 2 3 新型注塑螺杆的研究 对有特殊加工工艺要求的塑料来说，在塑化和生产率等方面，通用螺杆比不上专 用性较强的螺杆( 新型螺杆) 的性能，专用螺杆的性能优越。特别是目前注塑成型加工 领域又如此广泛，因此新型注塑螺杆的设计和研究显得尤为重要。 新型螺杆是在普通螺杆的基础上设置某一种或几种螺杆元件来实现的。它的应用 对提高生产能力和注塑质量有一定的效果。国外采用新型注塑螺杆较早，像日本东芝 机械株式会社采用的均一熔融( u n i m e l t ) 螺杆，螺杆头部设有屏障型混炼段；美国 贝诺特( b e l o i t ) 公司采用了阶式混炼螺杆( c a s c a d i n gm i x i n gs c r e w ) ；美国法勃尔 ( f a r r e l ) ，日本神户制钢所的高效能熔化注射螺杆，即销钉型螺杆；英国佩科( p e c o ) 和日本塑料工学研究所在注射螺杆上采用具有高混合效果的混炼段，即“p e c o ”型和 “d i s ”型螺杆，其中“p e c o ”型有止逆效能，这类螺杆的特点是分散混合效果强，并因 塑化剪切强度小，故对热敏性塑料( 如p v c ) 均能适用。几十年来国内也设计出了多种 新型注塑