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新型結(jié)構(gòu)螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
  瀏覽次數(shù)：7358  發(fā)布時間：2016年02月01日 11:03:58
[導(dǎo)讀] 近年來，隨著PVC塑料制品開發(fā)應(yīng)用的迅速增長，人們對PVC制品擠出成型設(shè)備及工藝的研究也越來越多。眾所周知，PVC是一種多組分無定型結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料，其軟化點接近于分解溫度，熱穩(wěn)定性較差。


      近年來，隨著PVC塑料制品開發(fā)應(yīng)用的迅速增長，人們對PVC制品擠出成型設(shè)備及工藝的研究也越來越多。眾所周知，PVC是一種多組分無定型結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料，其軟化點接近于分解溫度，熱穩(wěn)定性較差。因此，人們在PVC制品擠出過程中選擇單螺桿擠出機的螺桿型式時，一般都選擇傳統(tǒng)的三段式漸變型螺桿結(jié)構(gòu)。事實證明，采用傳統(tǒng)的漸變型螺桿擠出PVC制品，在工藝上及擠出過程中很難滿足物料共混改性、填充改性、著色混合、均化和低溫擠出的要求，另外還難以提高擠出能力。
 
    根據(jù)PVC加工過程中的工藝特點及制品配方要求，將用于烯烴類熱塑性塑料擠出的新型結(jié)構(gòu)螺桿用于PVC制品的擠出成型，獲得了很好的效果。本人將分流型、屏障型、分離型及變流道型螺桿用于不同的PVC制品擠出，很好地解決了普通結(jié)構(gòu)螺桿擠出過程中難以解決的混合、改性、著色、均化和低溫擠出等問題，并且提高了擠出能力。本文結(jié)合近年來采用新型結(jié)構(gòu)螺桿在PVC制品擠出成型設(shè)備中的設(shè)計和應(yīng)用經(jīng)驗做如下介紹。
 

    1、分流型螺桿在PVC制品擠出成型中的應(yīng)用
    分流型螺桿的結(jié)構(gòu)型式很多，銷釘螺桿是一種典型的分流型結(jié)構(gòu)螺桿。在物料擠出過程中，被擠出物料在分流型螺桿的分流元件處通過一次次的分流，使物料產(chǎn)生摩擦熱及環(huán)流，從而實現(xiàn)均化混合擠出。根據(jù)分流型螺桿的特點及擠出原理，許多人認(rèn)為此結(jié)構(gòu)螺桿僅適合加工結(jié)晶型塑料，而不適合加工無定型結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料。
 

    然而近年來，筆者在研究設(shè)計工作中多次將分流型結(jié)構(gòu)螺桿成功地用于HPVC的擠出成型。例如，大慶某公司引進(jìn)國外HPVC單螺桿(普通結(jié)構(gòu))擠出生產(chǎn)線，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)螺桿磨損嚴(yán)重，產(chǎn)品擠出能力及質(zhì)量下降，并且擠出過程中物料混合效果及塑化能力均不夠理想。經(jīng)對設(shè)備情況進(jìn)行考察，并根據(jù)擠出制品工藝條件和配方情況，采用分流型銷釘螺桿對其進(jìn)行改造，并更換螺桿。經(jīng)過一段時間的運行證明，分流型銷釘螺桿在HPVC制品的擠出過程中可使被擠物料得到充分混合、均化，塑化質(zhì)量及制品的性能指標(biāo)得到明顯改善。另外，在擠出中還發(fā)現(xiàn)，采用新型結(jié)構(gòu)螺桿在擠出過程中所需擠出工藝溫度低于原普通結(jié)構(gòu)螺桿的擠出成型工藝溫度，并且擠出制品在同等條件下產(chǎn)量提高。采用分流型銷釘螺桿擠出HPVC制品獲得成功后，又對半硬PVC制品進(jìn)行擠出試驗，同樣獲得滿意的效果。
 

    采用分流型銷釘螺桿擠出HPVC制品能獲得成功是因為物料在擠出過程中充分利用分流元件的分流作用，在分流過程中，被擠出物料中的微小碎塊在熔融過程中不斷從熔融料中吸收熱量，從而使整個熔融物料的溫度降低，同時在擠出過程中使物料得到多次充分混合，從而獲得混合均勻、塑化良好的擠出制品。
 

    設(shè)計分流型銷釘結(jié)構(gòu)螺桿用于PVC制品加工，要充分考慮物料成型工藝及配方特點，正確選擇分流元件銷釘?shù)奈恢?、?shù)量和銷釘環(huán)流面積的大小，及其對擠出成型所需功率的影響，并結(jié)合擠出模具的口模特性，正確選擇螺桿的螺槽深度，優(yōu)化各有關(guān)參數(shù)。
 

    2、分離型螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
    分離型螺桿是根據(jù)物料傳熱原理研究開發(fā)的一種新型螺桿。螺桿結(jié)構(gòu)特點是整條螺桿由兩條螺紋組1：00-a12xadc腿丨Electonic命ishing成，合配和胯計兩條主副螺紋，可使物料程中形成固液相分離，并將固相物料全部留存于固相螺槽中，而固相中的氣體則在壓力作用下向后自料中逸出，減少或消除制品中的氣泡。采用分離型螺桿擠出制品的過程中不存在固相破裂現(xiàn)象，因此使擠出成型過程中的壓力波動極小。
 

    有關(guān)報道，分離型螺桿僅可用于烯烴類塑料的擠出。分離型螺桿是否可用于PVC制品的擠出，經(jīng)過分析其擠出原理和螺桿結(jié)構(gòu)并通過試驗，證明可采用分離型螺桿加工軟PVC制品。這是由于在擠出過程中，分離型螺桿能將物料固液相分離，在此過程中同時增大物料固體床與熱機筒內(nèi)表面熔膜的熱交換面積，而熔料的熱交換面積減少。另外，由于分離型螺桿的螺槽相對較深，這使物料在擠出過程中承受的剪切熱也較低，從而保證了加工PVC制品的質(zhì)量。采用分離型螺桿可改善在不同壓力條件下不同模具口模特性的適應(yīng)性。實踐證明，在單螺桿塑料擠出機中配置分離型螺桿擠出軟PVC制品的擠出效果遠(yuǎn)優(yōu)于普通型螺桿的擠出效果。
 

    值得注意的是，并不是每種分離型螺桿結(jié)構(gòu)都適合于PVC的成型擠出。在實際設(shè)計和試驗中發(fā)現(xiàn)，有兩種結(jié)構(gòu)的分離型螺桿可用于軟PVC制品的擠出。一種結(jié)構(gòu)是主副螺紋升程相等，螺槽的液相槽及固相槽寬度保持不變，從壓縮段開始固相槽深度逐漸變淺，而液相槽逐漸變深至均化段結(jié)束;另一種結(jié)構(gòu)設(shè)計的固液槽在物料通過固液相的轉(zhuǎn)換處不能使固相螺槽與液相螺槽的螺棱封死，并且注意合理地選擇分離段螺槽的長度和深度，以免造成物料停留時間過久而使物料分解。由此可見，合理選擇分離型螺桿結(jié)構(gòu)是PVC制品成型擠出的重要條件。
 

    3、屏障型螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
    在普通螺桿某一位置設(shè)置屏障段元件，可以實現(xiàn)在擠出過程中將物料殘余固相徹底熔融和均化的目的，這種結(jié)構(gòu)螺桿被稱作屏障型螺桿。分析這種螺桿結(jié)構(gòu)和工作原理可以發(fā)現(xiàn)，螺桿中的屏障結(jié)構(gòu)在擠出過程中主要以剪切功能為主，混合作用為輔。根據(jù)塑料制品成型加工工藝可知，以剪切功能為主的屏障型螺桿用來加工PVC塑料難度很大。但是實踐中發(fā)現(xiàn)，物料在擠出過程中，通過合理設(shè)置的屏障元件，可使熔融物料承受的剪切時間縮短，從而使剪切引起的料溫增加有限，并使料流在屏障元件內(nèi)形成一定旋渦狀環(huán)流增加混合作用，促使物料得到進(jìn)一步塑化，并保持壓時提高擠出能力。
 

    擠出PVC制品的屏障型螺桿主體部分可采用普通漸變螺桿，也可采用單波波狀螺桿，而螺桿頭部采用斜槽屏障結(jié)構(gòu)。在設(shè)計屏障型螺桿時取屏障段的長度為螺桿有效長度的1015%并且在屏障段斜槽處設(shè)計的螺槽深度應(yīng)大于螺桿均化段的螺槽深度。斜槽式屏障元件的主要特點是視屏元件的斜槽為大導(dǎo)程的螺紋升角，物料停流時間短，壓力損失小，料流穩(wěn)定，自潔性能好，不易存料，并且混合均化效果好。實踐證明，結(jié)合PVC制品配方和擠出工藝特點設(shè)計屏障型螺桿，在擠出物料過程中加工成型工藝溫度較低，擠出過程中的物料徑向溫差小，剪切熱低，溫度易控，并且擠出制品的性能指標(biāo)明顯提高。特別是對混合及分散要求較高的制品擠出成型十分有利。
 

    4、變流道型螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
    變流道螺桿結(jié)構(gòu)的特點是在擠出過程中使被擠出物料在螺桿流道截面形狀及截面尺寸上的變化來保證物料塑化和混煉增加的目的。波狀螺桿是這種結(jié)構(gòu)典型的代表。波狀螺桿可分為單波結(jié)構(gòu)和雙波結(jié)構(gòu)兩種型式。分析波狀螺桿幾何結(jié)構(gòu)和工作特性可以發(fā)現(xiàn)，在擠出過程中，物料在波狀螺桿不同截面處的停留時間及剪切作用大小與螺桿幾何結(jié)構(gòu)處的波峰有著密切關(guān)系。在擠出過程中，當(dāng)物料處于螺桿波峰的螺槽深處時，物料停留時間長，剪切作用小，而當(dāng)物料處于螺桿波峰的螺槽淺處時，與其作用相反。
 

    由于波狀螺桿特有的幾何結(jié)構(gòu)而使物料流動無死角，自潔性能好，可保證物料在擠出過程中的充分混合效果和塑化質(zhì)量，并且可以實現(xiàn)低溫擠出。
 

    采用單波和雙波結(jié)構(gòu)的螺桿在同一擠出機上使用同一pvc制品配方進(jìn)行實驗，結(jié)果表明兩者擠出效果有差異。采用雙波結(jié)構(gòu)螺桿擠出不論是塑化質(zhì)量、混合效果、分散性還是擠出能力均優(yōu)于單波結(jié)構(gòu)螺桿。對實驗進(jìn)行分析和研究發(fā)現(xiàn)，使用波狀螺桿擠出PVC制品過程中，由于波狀螺桿的特殊幾何結(jié)構(gòu)及擠出機理，從而使物料能在較短時間內(nèi)得到充分混合，并獲得好的塑化效果。但由于單波螺桿與雙波螺桿的結(jié)構(gòu)有一定差異，導(dǎo)致物料輸送過程的變化不同，雙波結(jié)構(gòu)螺桿中的物料流連續(xù)分離并重新會合的機會高于單波結(jié)構(gòu)螺桿，從而使得混合煉相對加長，更加有利于物料的擠出。
 

    選用變流道結(jié)構(gòu)螺桿擠出PVC制品時，必須考慮力降不過大實現(xiàn)高速狀態(tài)下低溫及穩(wěn)定擠出同hhg擠出制品弈型工藝和配方特點遍夠正確地選擇波狀螺桿結(jié)構(gòu)，從而使擠出過程中物料混合均勻、塑化良好，并可以解決擠出過程中的著色不均勻問題。
 

    5、結(jié)束語
    根據(jù)擠出工作原理分析及實驗表明，以上所述新型結(jié)構(gòu)螺桿可用于pvc制品的擠出成型。但是值得注意的是，采用新型結(jié)構(gòu)螺桿擠出PVC制品必須要考慮擠出制品的成型工藝條件和配方特點。另外當(dāng)評價一種新型結(jié)構(gòu)螺桿的性能時，不僅要考慮其擠出率的高低，還要考慮擠出過程中的能量消耗、塑化質(zhì)量、物料徑向溫差、擠出壓力和擠出速率是否穩(wěn)定等因素。

 
    此外，還要考慮螺桿的使用壽命、加工工藝性和生產(chǎn)成本等因素。綜上所述，可以斷定采用新型結(jié)構(gòu)螺桿用于PVC制品的擠出，可以大大拓寬單螺桿塑料擠出機在PVC制品擠出領(lǐng)域的應(yīng)用，并隨著人們對擠出成型理論和螺桿結(jié)構(gòu)的深入研究，將會有更多用于PVC制品擠出的新型螺桿問世。