螺桿的主要參數(shù)有螺桿直徑、螺桿長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺旋角、螺距和螺槽寬度、螺槽深度、螺桿與機(jī)筒的間隙等,這些參數(shù)對(duì)擠塑工藝、分散性能和機(jī)械性能有很大影響。
1、螺桿直徑
螺桿直徑即螺紋的外徑,擠塑機(jī)的生產(chǎn)能力(擠塑量)近似與螺桿直徑的平方成正比。在其它條件相同時(shí),螺桿直徑少許增大,將引起擠出量的顯著增加,其影響甚至比提高螺桿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)擠出量的影響還大。故常用螺桿直徑來(lái)表征擠塑機(jī)的規(guī)格。
2、螺桿長(zhǎng)徑比
螺桿工作部分長(zhǎng)度與螺桿直徑的比值稱(chēng)為長(zhǎng)徑比。在螺桿直徑不變時(shí),增大長(zhǎng)徑比就意味著增加螺桿的長(zhǎng)度。長(zhǎng)徑比越大,溫度分布越合理,越有利于塑料的混合與塑化,塑化將更充分、更均勻。
如果在塑化質(zhì)量要求不變的前提下,長(zhǎng)徑比增大后,提高螺桿的轉(zhuǎn)速,可增加塑料的擠出量。但是,選擇過(guò)大的長(zhǎng)徑比,螺桿消耗的功率將相應(yīng)增大,而且螺桿和機(jī)筒的加工和裝配難度增加,螺桿彎曲的可能性也會(huì)增加,將會(huì)引起螺桿與機(jī)筒內(nèi)壁的刮磨,降低螺桿的使用壽命。
另外,對(duì)于熱敏性塑料,過(guò)大的長(zhǎng)徑比,會(huì)造成物料的停留時(shí)間長(zhǎng),引起熱分解,影響塑料的塑化和擠出質(zhì)量。因此,選取長(zhǎng)徑比時(shí),要根據(jù)加工塑料的物理性能和對(duì)產(chǎn)品的擠塑質(zhì)量要求而定。
3、壓縮比
壓縮比,也稱(chēng)為螺桿的幾何壓縮比,是螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽的容積之比。它是由塑料的物理壓縮比(即制品的密度與進(jìn)料的表現(xiàn)密度之比)決定的。較大的壓縮比可使顆粒狀塑料充分塑化、壓實(shí)。加工塑料的種類(lèi)不同時(shí),壓縮比的選擇也應(yīng)不同。
4、螺旋角
螺旋角,即螺紋與螺桿橫斷面的夾角。螺旋角太大,會(huì)降低螺桿的塑化質(zhì)量;螺旋角太小,會(huì)減小螺槽的容積,影響擠出量。
對(duì)于加料段,30°螺旋角最適合于粉料;15°螺旋角適合于方形料粒;17°左右螺旋角適合于球狀或柱狀料粒。由均勻段理論分析得知,螺旋角30°時(shí)的擠出流率最高。實(shí)際上為了加工方便,多取螺旋角17°41′。
5、螺距和螺槽寬度
螺距即螺紋的軸向距離,螺槽寬度即垂直于螺棱的螺槽寬度。在其它條件相同時(shí),螺距與螺槽寬度的變化,不但決定螺桿的螺旋角,而且還影響螺槽的容積,從而影響塑料的塑化程度和擠出量。螺槽寬度加大,意味著螺棱寬度會(huì)減小,螺槽容積會(huì)相應(yīng)增大,擠出量會(huì)相應(yīng)提高。同時(shí),螺棱寬度減小,會(huì)使螺桿旋轉(zhuǎn)摩擦阻力減小,所以功率消耗會(huì)降低。
6、螺槽深度
螺槽深度即螺紋外半徑與根部半徑之差。根據(jù)壓縮比的要求,加料段的螺槽深度大于熔融段的螺槽深度,熔融段的螺槽深度又大于均化段的螺槽深度。
加料段的螺槽深度越大,越有利于提高其輸送能力。但是,螺槽深度太深,一方面使螺桿強(qiáng)度下降,導(dǎo)致螺桿在較大扭力作用下發(fā)生剪斷;另一方面,使塑料在槽間混合不均、攪拌不勻,影響熱傳導(dǎo)和熱平衡,導(dǎo)致螺桿塑化能力下降。
熔融段和均化段螺槽深度漸淺,螺桿對(duì)物料產(chǎn)生較高的剪切速率,有利于筒壁向物料傳熱和物料的混合、塑化;但是太淺,螺槽容積減小,直接影響擠出量。
7、螺桿與機(jī)筒的間隙
螺桿與機(jī)筒的間隙,即機(jī)筒內(nèi)徑與螺桿外徑之差的一半。螺桿與機(jī)筒間隙的大小,對(duì)擠塑的質(zhì)量和產(chǎn)量都有很大的影響。
當(dāng)螺桿與機(jī)筒的間隙太大時(shí),尤其在均化段時(shí)間隙增大,則塑料的逆流、漏流現(xiàn)象增加,不但引起擠出壓力的波動(dòng),影響擠出量,而且由于這些回流的增加,使塑料過(guò)熱,往往造成塑料分解,進(jìn)而引起塑化差、成型困難。因此,螺桿與機(jī)筒間隙一般控制在0.1~0.6mm。
8、螺桿頭部結(jié)構(gòu)
螺桿頭部的形狀和幾何尺寸,決定了物料能否平衡地從螺桿進(jìn)入機(jī)頭,能否避免滯流,能否避免出現(xiàn)局部物料過(guò)熱而產(chǎn)生熱分解現(xiàn)象等。
不同形狀的螺桿頭部會(huì)使塑料從螺桿進(jìn)入機(jī)頭時(shí)的流動(dòng)方式不同。螺桿頭部常采用錐角較小的錐體形狀,為了增加攪拌作用,可在錐體形狀上制成與螺桿均化段連續(xù)的螺紋。
9、螺桿螺紋的頭數(shù)
在其它條件相同時(shí),與單頭螺紋相比,多頭螺紋對(duì)物料的正推力較大,輸送物料的能力較強(qiáng),并可降低塑料熔體的倒流現(xiàn)象。但螺紋全部都是多頭螺紋時(shí),會(huì)由于各條螺槽的熔融、均化或?qū)θ垠w輸送能力的不一致,引起擠出量波動(dòng)和壓力波動(dòng)。所以,如果只是為了提高加料段輸送物料的能力,在加料段設(shè)置雙頭螺紋即可。