高分子材料成型设备第六章挤出机螺杆设计与新型螺杆VIP

.,本节内容,第五节新型螺杆,一、常规三段螺杆存在的问题,二、几种新型螺杆,三、新型螺杆设计中注意的问题,重点:,2.几种新型螺杆,第四节常规螺杆的选择与设计,一、评价螺杆的特性及设计螺杆应考虑的因素,二、常规全螺纹三段螺杆的设计,三、螺杆材料及强度计算,1.常规全螺纹三段螺杆的设计,.,第四节常规螺杆的选择与设计,一、评价螺杆的特性及设计螺杆应考虑的因素评价的方面：1、塑化质量（螺杆质量的好坏影响着压力、流量、温度波动大小，塑化均匀的好坏也关系产品质量的好坏）2、产量3、单耗N/Q4、适应性：物料品种，机头种类5、制造难易（成本）,.,选择与设计时考虑的因素1、物料特性及几何形状，尺寸和温度状况2、口模的几何形状、机头阻力的大小3、料筒的结构形式和加热冷却情况4、螺杆的转数n5、挤出机的用途：成型、混合、造粒、喂料,.,二、常规全螺纹三段螺杆的设计1、螺杆型式的确定渐变型螺杆压缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼效果不好。适用于热敏性物料、非结晶性物料。突变型螺杆剪切剧烈，传热不太好。适用黏度小、具有突变熔点的物料，如PA、PS、PP等，但PVC等黏度高的会局部过热。已由在（12）D内发展到在（45）D内完成相变。,.,2、螺杆直径的确定国标系列：30、45、65、90、120、150、200确定直径D：产品截面积的形状和大小加工塑料的种类和生产率，辅机配备经验公式：Q=Dn出料系数0.0030.0073、螺杆长径比L/D的确定在一定意义上L/D反映塑化能力大小，特别当转速提高后相变点后移，只有加大L/D才可获得较好的塑化效果。长径比大，则塑化剪切时间长，可以低温挤出，可以提高转速，但制造困难。,.,4、螺杆各段参数的选择要全面考虑，兼顾三段加料段：输送物料给压缩段和均化段a结晶性高聚物L=6065%b非结晶性高聚物L=1025%熔融段：压实物料，熔融物料a结晶性L=（35）Db非结晶性L=5060%压缩比I：将物料压实，排除气体，建立必要压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度均化段：将已熔物料定压定量定温地挤到机头中L3=2050%H3=0.0250.06Ds,.,5、间隙6、螺杆其他参数：螺纹升角，螺距S=D7、螺杆头部结构和螺纹断面形状,半圆、平、锥、尖、螺纹头,.,螺棱断面：矩形（输送段）、锯齿形（压缩段和均化段）,.,三、螺杆材料及强度计算,1、材料40Cr镀Cr38CrMoAl氮化层0.40.7综合性能优异，但不耐腐蚀高耐磨耐腐材料加Cr、Ni、Mo，34CrAlNi-、31CrMo双金属材料的螺杆料筒：先在粗加工后的毛坯上，先车槽后堆焊再做螺槽,.,2、螺杆强度计算压应力压1.151.25pD2/D2根d02扭矩剪力=Mk/WpMk=97360Nmax/nmaxWp=D3根1-C4/16,C=d0/D根自重弯曲应力弯GL/2WG=D2+D2根L/8W=D3根1-C4/32,C=d0/D根塑料材料复合应力用第三强度理论,.,第五节新型螺杆,一、常规三段螺杆存在的问题目前，一般单螺杆多采用等距不等深螺杆，加料段常和均化段螺槽深度不变，压缩段螺槽逐渐变浅。这种螺杆可以满足一般的挤出成型，但存在以下几方面的问题：1、熔融效率低，塑料化不均熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减小了料筒壁与固体床的接触面积；固体床随着熔融解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量，这样，固体床不能彻底熔融；塑化不均匀；另外，已熔物料与料筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继续升高而过热。2、压力、温度、产量波动大固体输送时与螺杆旋转产生较高频率的波动，由于熔融过程的不稳定性产生低频波动，温控系统的稳定性差或环境因素的变化引起的波动3、混炼效果差不能很好适应一些特殊塑料的加工或混炼和着色工艺。4、产量低,.,二、几种新型螺杆1、分离型螺杆固液分离BM螺杆双螺纹L/D=25-30=ns/（n-1）=0.380.76液相槽始终与均化段等深，均化段较深=2另外还有Barr螺杆、熔体槽螺杆及XLK螺杆。,原理：在螺杆熔融段再附加一条螺纹，将原来一个螺纹所形成的螺槽分为两个，将已熔物料和未熔物料尽早分离，促进未熔料尽快熔融。,.,2、屏障型螺杆在螺杆的某些部位设置屏障段，使未熔的固体不能通过，并促使固体熔融。,.,3、分流型螺杆销钉螺杆、DIS螺杆、CTM模腔传递混合器,原理：物料流经过销钉时，销钉将固体料或未彻底熔融的料分成许多细小料流，这些料流在两排销钉间较宽位置又汇合，经过多次汇合分离，物料塑化质量得以提高。销钉设置在熔融区，排列形状有人字形、环形等，销钉形状有圆柱形、菱形、方形等。,.,变流道型螺杆,通过改变塑料在螺杆中流道截面形状或截面积大小，来促进物料塑化和增强混炼波状螺杆,.,HM多角形螺杆,.,、组合(混合)型螺杆将起不同作用的结构单元分工为输送元件、压缩元件、剪切元件和均化元件任意合。可以组合成混炼造粒螺杆可以组合成挤出成型螺杆,.,.,各种螺杆结构图,.,三、新型螺杆设计中注意的问题1、新型螺杆的原理及适用场合2、选择合理混炼剪切位置3、熔融、计量、输送相配合,综合起来螺杆改进主要在以下几个方面：1、加大长径比；2、改进螺杆头部混炼结构；3、改进螺槽结构和螺纹头数；4、增加混炼元件。,.,挤出机小结,1、挤出机的螺杆结构、几何尺寸是决定挤出机性能和效能的关键因素2、挤出机的三段的工作能力必须均衡，才能达到最佳工作效能3、挤出机各段的输送能力与熔化能力都必须相互匹配，才能达到最佳挤出质量4、挤出机的转速、温度都必须适当控制。改变转速和温度都将影响挤出量和质量。提高转速必须同时适当提高温度，但温度受分解温度的限制，故靠提高转速来提高产量是