第四节-挤出机新型螺杆的设计

第四节新型螺杆的设计第四节新型螺杆所谓新型螺杆，是相对于常规全螺纹三段螺杆而言的。新型螺杆在原理、结构设计上有许多特点，它们是在常规全螺纹三段螺杆的基础上发展起来的，目前已得到广泛应用。所谓新型螺杆，主要是指：分离型螺杆分流型螺杆屏障型螺杆组合型螺杆一、几种常见的新型螺杆针对常规螺杆存在的问题，对挤出过程进行了深入的研究，在大量实验和生产实践的基础上，发展了各种新型螺杆。与常规螺杆相比，其优点如下：提高了挤出量，改善了塑化质量，减少了产量波动，压力波动和在MD方向的温度波动、TD方向的温差，提高了混合的均匀性和填加物的分散性。新型螺杆越来越得到广泛的应用。新型螺杆的形式很多，但尚无一个全面的科学的螺杆分类，下面仅就目前较为流行的分类方法，重点地介绍几种。1、分离型螺杆（主副螺纹螺杆）设计思路：固液相尽早分离，固体尽快熔融，液相低温挤出，保证质量，提高产量针对常规全螺纹三段螺杆因固液相共存于同一螺槽中所产生的缺点，采取措施，将已熔融的物料和未熔融的物料尽早分离，从而促进未熔物料更快的熔融，使已熔融物料不再承受导致过热的剪切，而获得低温挤出，在保证塑化质量的前提下提高挤出量。其典型代表是BM螺杆。也叫主副螺纹螺杆。1）结构原理根据熔融理论所揭示的物料在螺槽中的熔融规律，在螺杆的熔融段再附加一条螺纹，这两条螺纹把原来一条螺纹所形成的螺槽分成两个螺槽，一条螺槽与加料段螺槽相通，另一条螺槽与均化段相通。前者用来盛固相，后者用来盛液相。附加螺纹与料筒壁的间隙δ要比原来的螺纹（主螺纹）与料筒壁的间隙δ大。2）熔融机理当固体床形成并在输送过程中开始熔融时，已熔的物料将越过间隙δ而进入液相螺槽，而未熔融的固体粒子不能通过δ而留在固相螺槽中。由于主阶螺纹的螺距不等，液相螺槽由零逐渐变宽，直至达到均化段整个螺槽的宽度，但其螺槽深度则保持不变；固相螺槽由宽变窄，至均化段其宽度变为零，但其螺槽深度则由加料段螺槽深度至均化段螺槽深度。在液相螺槽宽度为零的那一点固液相开始分离，在固相螺槽的宽度为零的那一点熔融完成。全部熔融的物料经均化段均化，定压定量定温地挤入机头。3）BM螺杆的特点优点：a.塑化效率高，塑化质量好，由于固液相分离；b.产量、压力、温度波动小，由于没有固体床解体；c.排气性能好，由于固液相分离，不混合；d.单耗低，由于塑化效率高，减少了能耗；；e.适应性强，可用于多种用途、适用多种物料f.耐扫膛性能好，由于固液相分离，固体颗粒不能嵌入数值较小的主螺纹与机筒的缝隙中；g.能实现低温挤出，已熔融物料不再承受导致过热的剪切，而获得低温挤出。缺点a.加工制造困难。由于主附螺纹螺距不等给加工制造带来很多困难而影响它的推广；b.熔融能力受到限制。由于它的固体床的宽度是由宽变窄，因此不能自始至终保持固体床与料筒壁之间的最大接触面积而获得来自料筒壁的最多热量，从而使熔融能力受到限制；c.可能引起螺槽堵塞而产生挤出不稳定。固体床在宽度方向要发生形变，如果设计不当，即固体床因熔融而发生的宽度的减少与固相螺槽宽度的减少不一致，有可能引起螺槽堵塞而产生挤出不稳定。2、屏障型螺杆1）设计思路：屏障型螺杆就是在螺杆的某部位设立屏障段，使未熔的固相不能通过，并促使固相熔融的一种螺杆。2）结构原理：下面是一种常用的直槽屏障型螺杆的屏障段。#在圆柱面上等距地开了若干纵向沟槽，分两组；#一组是进料槽，其出口在轴线方向是封闭的；#另一组是出料槽，其入口在轴线方向是封闭的；#两组槽相间。将进料槽和出料槽隔开的棱面与料筒之间的间隙大小不等，一半为δ（正常螺杆与机筒的间隙），另一半为△（大于正常螺杆与机筒的间隙）。3）熔融机理工作时，物料由进料槽流入。只有熔融的物料和粒度小于间隙△的固相碎片才能越过△（即图中划剖面线处）而进入出料槽，而那些未熔的粒度较大的固相碎片被屏障阻挡。a.剪切作用熔料和未熔融但能通过△的固相碎片在通过△时，受到强烈的剪切作用。b.混合作用进入出料槽的物料在槽中产生涡流而得以混合。4）特点a.如果设计得当，这种带有屏障段螺杆的产量、质量、单耗等项指标都优于常规全螺纹三段螺杆。b.从制造方面来说，也比较容易。c.它适于加工聚烯烃类塑料。3、分流型螺杆1）设计思路：在螺杆的某一部位设置许多突起部分或沟槽或孔道。将螺槽内的料流分割，以改变物料的流动状况，促进熔融、增强混炼和均化的一类螺杆。销钉螺杆是它们的代表。2）熔融机理如前所述，常规全螺纹三段螺杆的一系列缺点是由于在挤出过程中固液相共存于一个螺槽并形成两相流动造成的，固相不易熔融。3）设置销钉的作用如下：A.打碎固体床，增大传热面积，对料流产生摩擦剪切将固体床打碎，破坏熔池，打乱两相流动，并将料流反复地分割，改变螺槽中料流的方向和速度分布，使固相和液相充分混合，增大固体床与熔体之间的传热面积，对料流产生一定阻力和摩擦剪切，而促进熔融。B.通过销钉将熔料多次分割、分流而增加对物料的混炼、均化和填加剂的分散性，获得低温挤出。其分流原理如下：4）特点A.销钉螺杆可以提高产量（可提高30一100%），B.减少MD方向温度波动和TD方向的温差.C.改善塑化质量，提高混合均匀性和填充物的分散度，获得低温挤出。D.与其它新型螺杆相比，销钉螺杆的一个突出优点是加工制造容易。4、组合螺杆以上我们介绍了几种新型螺杆。可以看出：分离型螺杆是在熔融段附加螺纹或螺槽，它只能和原螺杆作成一体；屏障型、分流型螺杆多在均化段或熔融段来增设非螺纹形式的各种区段，我们称之为螺杆元件。它们可以与螺杆做成一体，也可以用连接的方法加到螺杆本体（由加料段和压缩段组成）上。根据这些区段的作用的不同，将它们分别称为输送元件、压缩元件、剪切元件、均化元件等等。特点组合螺杆突破了传统常规全螺纹三段螺杆的框框，螺杆可以不再是整体的，也可以不再是由三段组成。这是螺杆