機(jī)筒及螺桿

　　機(jī)筒和螺桿是擠壓機(jī)的主要組成部分之一，它的構(gòu)造如圖8-2所示。

 

　　1、機(jī)筒

　　機(jī)筒的構(gòu)造一般由三部分組成：一，加料部分(機(jī)筒加料段);二，壓力及加熱部分(機(jī)筒的塑化段及擠出段);三，襯套。

　　(1)加料部分：塑料在機(jī)筒的加料部分中，溫度不宜太高，以免物料粘住螺桿難于前進(jìn)，并且也防止物料堵塞在加料口內(nèi)，造成加料困難。此外，機(jī)頭處的塑料壓力是靠螺桿后端粒狀物料所產(chǎn)生的大量推力而造成的。如果物料過(guò)早軟化，對(duì)形成此壓力就產(chǎn)生一定的困難，所以加料部分溫變不宜太高。通常在加料部分用水冷卻，保持低溫，防止加料困難。同時(shí)，冷卻又可預(yù)防螺桿軸承的過(guò)熱。

　　另外，加料部分和螺桿軸承部件之間，擠緊剩下的自由空間應(yīng)具有傾斜的孔，這樣在潤(rùn)滑油滲漏的情況下，不會(huì)使塑料受污。并且由螺桿后部漏出的塑料亦由此孔內(nèi)排出。

　　(2)壓力與加熱部分：壓力與加熱部分是機(jī)筒的主要部分，塑料通過(guò)這一部分時(shí)，要受到逐漸增加的壓力作用，并且溫度也很快上升，因此，機(jī)筒必須經(jīng)得起很高的壓力，并且應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的均勻加熱。除了考慮壓力與加熱外，螺桿對(duì)機(jī)筒壁的機(jī)械磨損和不同塑料的化學(xué)反應(yīng)及其分解產(chǎn)物(如氯化氫)的腐蝕，也必須考慮在內(nèi)。

　　機(jī)筒的壓力與加熱室可分整體式和組合式兩種，這取決于擠壓機(jī)尺寸和結(jié)構(gòu)。但在大多數(shù)的情況下，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，機(jī)筒都做成整體式的。

　　(3)襯套：為了適應(yīng)不同塑料對(duì)機(jī)筒的要求，節(jié)約貴重金屬，提高機(jī)器的使用壽命以及便于維護(hù)檢修一般在擠壓機(jī)機(jī)筒內(nèi)都裝有可換襯套。這樣當(dāng)機(jī)筒內(nèi)表面磨損得很厲害時(shí)，只要調(diào)換襯套就可以了，不必調(diào)換機(jī)筒。襯套與機(jī)筒應(yīng)有良好的配合，當(dāng)受熱膨脹或收縮時(shí)，不致產(chǎn)生應(yīng)力，并保持機(jī)筒的傳熱效率。

　　襯套的內(nèi)壁是光滑的，但應(yīng)使其光潔度較螺桿的光潔度為低，從而增加材料與襯套之間的摩擦力，使塑料順利前進(jìn)，并產(chǎn)生較高的前進(jìn)推力。為了達(dá)到這個(gè)目的，襯套內(nèi)有時(shí)還帶有不同形狀的縱向槽或螺旋槽(或在全長(zhǎng)上都有，或在一部分長(zhǎng)度上)，這特別適用于加工硬聚氯乙烯塑料(因?yàn)橛簿勐纫蚁┧芰媳旧淼牧鲃?dòng)性較差)。同時(shí)，開槽后能夠減少擠出產(chǎn)量對(duì)螺桿通水和機(jī)頭阻力的敏感性。但是，開槽時(shí)必須注意形狀，以防止聚氯乙烯塑料在此分解。

　　襯套與螺桿之間的間隙應(yīng)當(dāng)保持最小，以免在擠壓過(guò)程中物料經(jīng)過(guò)間隙而反方向排回，從而大大低生產(chǎn)能力。增加塑料在高溫下的停留時(shí)間，會(huì)引起塑料的分解，同時(shí)間隙過(guò)大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也有顯著影響，特別會(huì)引起外觀疵病。一般襯套與螺桿之間隙不能超過(guò)1毫米，否則就會(huì)影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

　　2、螺桿

　　螺桿可以說(shuō)是擠壓機(jī)的心臟，是很重要的工作構(gòu)件。塑料在擠壓機(jī)中受外加熱及摩擦熱而塑化，這是塑料的共性，螺桿就是使塑料塑化而設(shè)置在擠壓機(jī)內(nèi)的重要構(gòu)件。但是，各種塑料在熱狀態(tài)下，性質(zhì)各不相同，都有它的特殊性，因此，在設(shè)計(jì)螺桿幾何尺寸時(shí)，必須考慮各種因素，以適應(yīng)不同塑料的特性。當(dāng)然，不可能用一根萬(wàn)能型式的螺桿來(lái)適應(yīng)所有的熱塑性塑料。但是，也不意味著對(duì)每種材料都需要一根特殊的具有一定斷面形狀的螺桿。如果采用的原料性質(zhì)比較相似而產(chǎn)生的反壓力差距也不大時(shí)，可不需更換螺桿。如果采用擠出物的截面差別很大，而材料性質(zhì)又不相同，為了得到良好的加工結(jié)果(數(shù)量上和質(zhì)量上)，采用不同形式的螺桿還是合理的。

　　螺桿的技木特性：

　　螺桿的幾何尺寸見(jiàn)圖8-3。

　　(1)螺距：螺距越小，則螺桿的正推力愈大，塑料流量愈少，但可產(chǎn)生較多的機(jī)械功和較大的壓力。一般常采用的螺距與螺桿直徑相同，具有很大螺距的螺桿，通常是不合理的，因?yàn)樗鼘?duì)壓力的改變，溫度

　　的改變，加工原材料的改變很敏感，加工范圍狹窄。

　　(2)螺紋頭數(shù)：等距的多頭螺紋和單頭螺紋一樣，會(huì)使推力減小，但料流速度波排出量增加。多頭螺紋難于準(zhǔn)確地平衡每一螺紋間的容量，因而在擠壓過(guò)程中易引起振動(dòng)，目前，大部分螺桿都采用單頭螺紋。

　　(3)螺紋槽深：螺紋槽深對(duì)剪切速度和熱傳導(dǎo)性能有很大影響，淺的螺紋產(chǎn)生較高的剪切速度，增加機(jī)筒壁與物料間的熱傳導(dǎo)性，但降低了排出量。當(dāng)螺桿擠出段螺紋槽深度較淺時(shí)，在同樣的轉(zhuǎn)數(shù)下產(chǎn)生的回流少，但是由于其剪切力隨螺槽深度的減少而增加，因此，就需要較大的傳遞能量。這樣的螺桿適用于在熔化狀態(tài)下，剪切應(yīng)力對(duì)溫度不敏感的低粘度塑料，例如聚乙烯、聚 胺等。而對(duì)于聚氯乙烯塑料來(lái)說(shuō)，由于它在熔融狀態(tài)下的粘度對(duì)溫度非常敏感，因此，加工時(shí)需采用螺槽較深的螺桿，軟質(zhì)聚氯乙烯采用的螺槽又較硬質(zhì)聚氯乙烯采用的螺槽深度更大一些。另外，魚雷型的機(jī)頭對(duì)加工聚氯乙稀塑料是不適用的。

　　(4)壓縮比：螺桿加料段第一個(gè)螺紋與擠出段最后一個(gè)螺紋的容積比，稱為壓縮比。塑料加到螺桿上通常為粒料，它需要在擠出溫度下被壓實(shí)、以成密實(shí)的產(chǎn)品;要想有足夠的壓力將塑料壓實(shí)，并從機(jī)頭擠出去，就需要有一定的壓縮比。

　　達(dá)到一定的壓縮比的方法有：

　　①螺距分段減小，或逐漸均勻減小，而螺槽深度不變。

　　②螺距不變，而螺紋深度逐漸的(或在一定距離內(nèi))減小。

　　③螺距及螺槽深度都改變。

　　等距不等深的螺桿是最常采用，它產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)及剪切力量大而均勻，并且又是最經(jīng)濟(jì)、最易加工的螺桿類型。

　　壓縮比是螺桿特性的主要指標(biāo)之一，對(duì)不同的塑料有不同的要求，對(duì)硬聚氯乙烯塑料來(lái)說(shuō)，一般為3左右(長(zhǎng)徑比為15~18;1)。

　　(5)長(zhǎng)徑比：螺桿的長(zhǎng)度與螺桿直徑之比稱為長(zhǎng)徑比。長(zhǎng)徑比越大，物料在螺桿中的攪拌越完全，塑化程度也越良好。此外，長(zhǎng)螺桿在螺槽深度較淺時(shí)，可增加擠出段長(zhǎng)度，以降低塑料的逆流，并在物料進(jìn)機(jī)頭前，能形成大而均勻的壓力，提高制品質(zhì)量。但是，過(guò)長(zhǎng)的螺桿很容易過(guò)載，在螺桿直徑較小時(shí)要考慮螺桿溫度，螺桿直徑較大時(shí)則自重亦大。因此時(shí)尾部是固定的，所以在螺桿頭部所產(chǎn)生的自由端彎曲會(huì)造成機(jī)筒的擠壓段受到磨損，甚至損傷。螺桿越長(zhǎng)，產(chǎn)生的機(jī)械功也越大，受熱時(shí)間也增長(zhǎng)，致使塑料容易分解。因此，螺桿長(zhǎng)徑比也受到一定的限制。

　　通常用粒料加工硬聚氯乙烯制品時(shí)，長(zhǎng)徑比選用15~20:1。如用粉料加工硬聚氯乙烯制品時(shí)，長(zhǎng)徑比要適當(dāng)加大，常用24:1或更大些。

　　(6)螺桿的冷卻裝置：擠壓工藝要求料筒對(duì)物料的摩擦力大于螺桿對(duì)物料的摩擦力，因此，需要使螺桿所保持的溫度較料筒為低，即使二者溫度達(dá)到平衡時(shí)，由于物料中剪切力所產(chǎn)生的熱也會(huì)使螺桿溫度高于料筒，故在單螺桿擠出機(jī)中，常常將螺桿內(nèi)孔進(jìn)行冷卻。

　　螺桿做成中空的，進(jìn)水管插入內(nèi)腔，水從進(jìn)水管進(jìn)去，并從管子與內(nèi)孔之間出來(lái)(反之亦可)，進(jìn)口和出口用合一的管接頭。冷卻的介質(zhì)可以用冷水或壓縮空氣，冷水可通過(guò)流量計(jì)或出水的溫度來(lái)控制，壓縮空氣可通過(guò)其壓力來(lái)控制。

　　雙螺桿或多螺桿擠壓機(jī)，由于其加料與摩擦系數(shù)無(wú)關(guān)，因此，螺桿通常不用冷卻。

　　(7)螺桿的頭部：由于聚氯乙烯塑料的熔融溫度與加工溫度比較接近，因此，合埋地選擇螺桿頭部對(duì)擠壓成型聚氯乙烯塑料(特別是硬質(zhì)聚氯乙烯塑料)及保持正常操作是很重要的。因?yàn)樗芰想x開螺桿時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式是螺旋狀的，在進(jìn)入成型機(jī)頭時(shí)，要求是直線的，所以塑料在螺桿頭部就要改變自己的運(yùn)動(dòng)方式，這樣，塑料在這個(gè)斷面上運(yùn)動(dòng)就不一樣，沿中心的運(yùn)動(dòng)速度較沿四周的運(yùn)動(dòng)速度為快。總的來(lái)說(shuō)，在任何情況下，塑料頭部的設(shè)計(jì)都必須力求熔融的塑料流從螺桿平滑地進(jìn)入成型機(jī)頭內(nèi)。也就是說(shuō)，它的每一部分在任何一個(gè)斷面上，物料都沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間停留的可能，即沒(méi)有“死角”。

　　很顯然，對(duì)加工硬聚氯乙稀塑料來(lái)說(shuō)，圖8-5的1和4，平的過(guò)渡和錐形過(guò)渡是不合理的;由于死角很容易引起螺桿頭部中心尖部的分解，以致破壞正常操作。平滑的圓狀頭部在擠壓機(jī)中是常采用的，圖8-5中的2、3、5，能均勻地并無(wú)脈動(dòng)地將塑料壓出機(jī)頭。至于具體的尺寸，要根據(jù)擠壓機(jī)及機(jī)頭等特性，通過(guò)拆車時(shí)機(jī)頭的料流清況及分解部位來(lái)決定，一般螺桿頭部與過(guò)濾板之間的容積接近于擠出段一個(gè)螺槽的容積。如螺桿直徑在Φ150毫米以上，螺桿頭子與過(guò)濾板之間的距離不超過(guò)15毫米。螺桿直徑在Φ150毫米以下時(shí)，螺桿頭子與過(guò)濾板之間的跪離不超過(guò)10毫米。在生產(chǎn)吹塑薄膜螺桿直徑為65毫米時(shí)，螺桿頭子與過(guò)濾板之間的距離為3~5毫米。距離太小，螺桿頭部處物料容易分解，距離太大，存料多，旁邊要分解，且出料不均勻。

　　(8)適用千加工聚氯乙烯塑料的螺桿：

　　①為加工軟聚氯乙烯吹塑薄膜用的螺桿，單頭螺紋，等距不等深的全螺紋螺桿，擠出段為等距等深部分，壓縮比4}:1，長(zhǎng)徑比為18~20:1，這樣的長(zhǎng)徑比，適應(yīng)于生產(chǎn)吹塑薄膜。若生產(chǎn)軟管，長(zhǎng)徑比要減小。

　　②為加工聚氯乙烯管常用的螺桿，單頭螺紋，等距根徑漸增的全螺紋型螺桿，壓縮比為3，長(zhǎng)徑比為15~18:1,螺桿內(nèi)一般需用冷卻。