螺杆料筒的理论知识

1、.螺杆作用与分类螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直接接触，塑料通过螺槽的有效长度，经 过很长的热历程，要经过三态(玻璃态、粘弹态、粘流态)的转变，螺杆各功能 段的长度，几何形状，几何参数将直接影响塑料的输送效率和塑化质量，将最终影响注塑成型周期和制品质量。注塑螺杆按其对塑料的适应性，可分通用螺杆和特殊螺杆。通用螺杆又称常规螺 杆可加工大部分具有低、中粘度的热塑性塑料，结晶型和非结晶型的民用塑料和 工程塑料，是螺杆最基本的形式。与其相应的还有特殊螺杆，是用来加工用普通 螺杆难以加工加工的塑料，例如热固性塑料、聚氯乙烯、高粘度的PMMA的螺杆，按螺杆结构及其几何形状的特征， 可分为常规螺杆和新型

2、螺杆。常规螺杆又 称三段式螺杆，是螺杆的基本形式。新型螺杆形式很多，主要有分离型螺杆、分 流型螺杆、波状螺杆、横纹螺杆、无计量段螺杆、两段式排氯螺杆、强混炼型螺 杆等等。.螺杆的基本形式及几何参数螺杆基本结构如图4-8所示，主要由有效螺纹长度L和尾部的连接部分组成。螺 杆头部设有装螺杆头的反向螺纹。(2) L/ ds 螺杆长径比。L是螺杆螺纹部分的有效长度。螺杆长径比愈大，说明螺纹长度愈长，直接影响到物料在螺槽中输送的热历程， 影响吸收能量的能力。此能量有分两部分：一部分是料筒外面加热圈传给的，另 一部分是螺杆转动时产生磨擦热和剪切热，由外部机械能转化的。因此， L/ ds 直接影响到物料的熔

3、化效果和熔体质量。但是如果L/ ds太长，则传递扭矩加大， 能量消耗增加。过去，L/ ds数值在1618;现在，由于塑料品种增加，工程塑料 增多，L/ ds已增加到1923。L1 加料段长度。加料段又称输送段或进料段。为提高输送能力螺槽 表面一定要光洁。L3的长度应保物料有足够的输送长度一般 L3= (910) ds。hl 加料段的螺槽深度。hl深，则容纳物料多，提高了供料量，但会 影响物料塑化效果以及螺杆根部的剪切强度。一般 hl =0.120.16 dsL3 熔融段(均化段、计量段)螺纹长度。熔体在 L3段的螺槽中得到 进一步的均化：温度均匀，粘度均匀，组分均匀，分子量分布均匀，形成较好的

4、 熔体质量。L3长度有助于稳定熔体在螺槽中的波动，有稳定压力的作用，使物 料以均匀的料量从螺杆头部挤出，所以又称计量段。一般。h3 熔融段螺纹深度。h3小，螺槽浅，提高了塑料熔体的塑化效果， 有利于熔体的均化。但h3过小会导致剪切速率过高，以及剪切热过大，引起大 分子链的降解，影响熔体质量。反之，如果 h3过大，由于在预塑时，螺杆背压 产生的回流作用增强，会降低塑化能力。所以合适的h3应由压缩比e来决定：,(4-22)对于结晶型塑料，如PP、PE、PA以及复合塑料， =33.5;对粘度较高的塑料，如 VPVC, ABS, HiPS, AS, POM, PC, PMMA , PPS等， e =

5、1.42.5。L2 塑化段(压缩段)螺纹长度。物料在此锥体空间中不断地受到压 缩，剪切和混炼作用，物料从 L2段入点开始，熔池不断地加大，到出点处熔池 已占满全螺槽，物料完成从玻璃态，经过粘弹态向粘流态的转变，从固体床向熔 体床的转变。L2长度会影响物料从固态到粘流态的转化历程，太短会来不及转 化，固料堵能塞在L2段的末端，形成很高的压力，扭矩或轴向力，太长也会增 加螺杆的扭矩和不必要的能耗，一般 L2= (68) ds。对于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，所以L2可短些，一般。S 螺距，其大小影响螺旋角B ,从而影响螺槽的输送效率，一般Sdsoe 螺棱宽度，具宽窄影响螺槽的容料量，熔

6、体的漏流以及螺棱耐磨损 程度，一般(0.050.07) ds。(10)螺棱后角a,螺棱推力面圆角R1和背面圆角R2的大小影响螺槽的有效 容积，物料的滞留情况以及螺棱根部的强度等，一般 a=2530o,如图4-9所3.普通螺杆（1）概述普通注射螺杆螺纹有效长度通常分成加料段（输送段）、压缩段（塑化段）、均 化段（计量段）。根据塑料性质不同，可分为渐变型螺杆、突变型螺杆、通用型螺杆。渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于聚氯乙烯等，软化温 度较宽的、高粘度的非结晶型塑料。突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯姓、聚酰胺类的结晶型塑料。通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺

7、杆，可适应多种塑料的加工，避免更换 螺杆频繁，有利提高生产效率。通用型螺杆的压缩段长度介于渐变螺杆和突变螺杆之间。但通用型螺杆也绝非是 “万能”螺杆，对某些有特殊注塑工艺要求的塑料，需要配备特殊螺杆。（2）普通螺杆参数螺杆长径比（L/DS）、分段螺杆长径比大，可以实现低温、均质、稳定的塑化，螺杆长径比一般取1822c普通螺杆各段长度如下所列：螺杆类型加料段（L1）压缩段（L2）均化段（L3）渐变型 2530% 50% 1520%突变型 6570% 155% 2025%通用型 4550% 2030% 2030%压缩比（ ）注射螺杆压缩比是指计量段螺槽深度(hl)与均化段螺槽深度(h3)之比。压缩

8、 比大，会增强剪切效果，但会减弱塑化能力，相对于挤出螺杆，压缩比应取用得 小些为好，以有利于提高的塑化能力和增加对物料的适应性。对于结晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、以及复合塑料，一般取2.63.0; 对高粘度的塑料，如硬聚氯乙烯、丁二烯与ABS共混，高冲击聚苯乙烯、AS、聚甲醛、聚碳酸脂、有机玻璃、聚苯醴等，约为1.82.3,通用型螺杆可取232.6, 在均化段螺槽深度和螺杆压缩比确定后，对于单头等距变深螺杆，可由式计算出加料段的螺槽深度。若h1/h3=2,实际压缩比为1.86。通常所说的压缩比，大于 实际压缩比。(3)螺杆材料与热处理目前，国内常用的材料38CrMoAl,或者日本进口

9、SACM645。国内螺杆的热处 理，一般采取镀铭工艺，镀铭之前高频淬火或氮化，然后镀铭，厚度 0.03mm0.05mm。此种螺杆适于阻燃性塑料，透明 PC、PMMA。但镀铭层容易 脱落，防腐蚀性能差，所以多采用不锈钢材料。.特殊螺杆“特殊螺杆”主要是与常规螺杆比较而言。目前常见的特殊螺杆中是分离型螺杆， 如图4-10所示，和变流道螺杆，如图4-11所示。.螺杆塑化元件为了提高螺杆的塑化质量，组分的分散和混分子量的分布与熔体的均化效果，常在螺杆的适当位置塑化加元件。按其功能主要混合元件和剪切元件。 前者以分散 混合为主，后者以分子量的分布和均化为主。混合元件多为分流型通过各种形式 的凸块对料流形

10、成阻力，进行反复地分流和切割，达到组分分散和混合效果。.螺杆头注塑螺杆和挤出螺杆之间重要区别，在于前者装有各种特殊结构形式的螺杆头， 这是由螺杆工作特性所决定的。在注射螺杆中螺杆头的作用是预塑时， 能将塑化 好的熔体放流到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体， 防止倒流。.料筒(1)料筒结构料筒是塑化部件中的重要零件，内装螺杆外装加热圈，承受复合应力和热应力的 作用。料筒大多数采用整体结构如图 4-18所示。245定位子口 1与料筒前体径向定位，并用端面封闭熔体，用多个螺钉旋入螺孔 2 内将前体与料筒压紧。螺孔3装热电隅，要与热电隅紧密地接触，防止虚浮，否 则会影响温度测量

11、精度。(3)料筒壁厚料筒壁厚要求有足够的强度和刚度，因为料筒内要承受熔料和气体压力， 且料筒 长径比很大，在注塑座上悬臂；料筒要求有足够的热容量，否则难以保证温度稳 定性；如果太厚，料筒笨重，浪费材料，热惯性太大，升温慢，温度调节产生滞后现象。一般料筒外径与内径比值 K = 20.25,如表4-1所列。表4-1料筒壁厚螺杆直径(mm) 34 42 50 65 85 110 130 150机筒壁厚(mm) 25 29 35 47.545 75 75 67比 值(K) 2.472.402.402.462.102.362.151.80(4)料筒间隙料筒间隙系指料筒内壁与螺杆外径的单面间隙。此间隙太大

12、塑化能力降低，注射回泄量增加，注射时间延长；如果太小，热膨胀作用，使螺杆与料筒摩擦加剧， 能耗加大，甚至卡死，此间隙 = (0.0020.005) ds,如表4-2所列。表4-2 间隙值mm螺杆直径15-25 2550 5080 80110 110150 150200 200240 240最大径向间隙 0.12 0.20 0.30 0.35 0.15 0.50 0.60 0.70(5)料筒加热、冷却注塑机料筒加热方式有电阻加热、陶瓷加热、铸铝加热，应根据使用场合和加工 物料合理配置。常用的有电阻加热和陶瓷加热，后者较前者承载功率大。(6)料筒、螺杆材料料筒、螺杆材料要求在高温下耐磨、抗腐蚀，大

13、多采用优质氮化钢 38CrMoAlA加工后进行氮化处理。对于加工某些增强纤维充填的复合物料，需 配高碳、高铭合金，高硬度抗蚀耐磨的双金属料筒。.喷嘴(1)喷嘴功能喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要组件。喷嘴有多种功能：预塑时，在螺杆头部建立背压，阻止熔体从喷嘴流出，注射时，建立注射压力，产生剪切效应， 加速能量转换，提高熔体温度均化效果；保压时，起保温补缩作用。喷嘴可分为敞开式喷嘴、锁闭喷嘴、热流道喷嘴和多流道喷嘴。表4-3喷嘴口径机器注射量(g) 30-200 250800 1000200开式喷嘴 通用料23 3.54.5 5-6硬聚氯乙烯类 3-4 56 6-7锁闭式喷嘴 23 34 4-

14、59、螺槽深度主要涉及到以下的几个方面：螺槽深与剪切效果关系：螺槽浅，剪切热大,从而螺杆消耗的功率也大，(N与h3 成正比)可是对注射螺杆而言，提供塑料熔化的热量，由外加热系统供给的占有 一定的比例，同时，在注射成型机的机筒一，一般不设冷却控温系统，因此，对于一般注射螺杆，从塑料在螺杆内实际受热过程和稳定温度条件的需要出发，是无需强剪切作用的。槽深与螺杆工作性能的稳定：具有浅螺槽和长的均化段的螺杆，在工作时有良好 的稳定性，这是普通挤出螺杆实现稳定挤出的一个重要因素， 然而，注射螺杆的 出料方式是借助油缸的推力，通过螺杆将熔料注出注射时的熔料回泄， 是由螺杆 头部止逆结构来阻止，使螺杆塑化和注射出料之间无直接的联系， 因此螺杆的螺 槽深浅所显示出的螺杆塑化时出料稳定性问题， 对注射螺杆一般无需去特别考虑。槽深与螺杆的塑化能力：在其它条件不变的情况下，螺杆塑化能力正比于螺槽深 度。因此，注射螺杆适当地加深螺槽深度，有利于提高塑化能力。压缩比（i）:小的压缩比有利于提高塑化能力，但剪 切塑化效果则较差，对背 压调节反映却比较敏感，相对于挤出螺杆相比，注射螺杆的压缩比取用得比较小， 这样螺杆具有较高的塑化能力和较强的加工适应性。注射螺杆常用压缩比，对于结晶型塑料，如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、以及复