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。如果物料過早軟化，對形成此壓力就產(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，冷卻又可預(yù)防螺桿軸承的過熱。
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，這樣在潤滑油滲漏的情況下，不會使塑料受污。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，塑料通過這一部分時，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)對材料的均勻加熱。除了考慮壓力與加熱外，螺桿對機(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，為了簡單起見，機(jī)筒都做成整體式的。
(3)襯套：為了適應(yīng)不同塑料對機(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，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，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)到這個目的，襯套內(nèi)有時還帶有不同形狀的縱向槽或螺旋槽(或在全長上都有，或在一部分長度上)，這特別適用于加工硬聚氯乙烯塑料(因?yàn)橛簿勐纫蚁┧芰媳旧淼牧鲃有暂^差)。同時，開槽后能夠減少擠出產(chǎn)量對螺桿通水和機(jī)頭阻力的敏感性。但是，開槽時必須注意形狀，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，以免在擠壓過程中物料經(jīng)過間隙而反方向排回，從而大大低生產(chǎn)能力。增加塑料在高溫下的停留時間，會引起塑料的分解，同時間隙過大，對產(chǎn)品質(zhì)量也有顯著影響，特別會引起外觀疵病。一般襯套與螺桿之間隙不能超過1毫米，否則就會影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
2、螺桿
螺桿可以說是擠壓機(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，必須考慮各種因素，以適應(yīng)不同塑料的特性。當(dāng)然，不可能用一根萬能型式的螺桿來適應(yīng)所有的熱塑性塑料。但是，也不意味著對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，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)樗鼘毫Φ母淖?，溫?/p>
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，因而在擠壓過程中易引起振動，目前，大部分螺桿都采用單頭螺紋。
(3)螺紋槽深：螺紋槽深對剪切速度和熱傳導(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，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)力對溫度不敏感的低粘度塑料，例如聚乙烯、聚 胺等。而對于聚氯乙烯塑料來說，由于它在熔融狀態(tài)下的粘度對溫度非常敏感，因此，加工時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：螺桿加料段第一個螺紋與擠出段最后一個螺紋的容積比，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，對不同的塑料有不同的要求，對硬聚氯乙烯塑料來說，一般為3左右(長徑比為15~18;1)。
(5)長徑比：螺桿的長度與螺桿直徑之比稱為長徑比。長徑比越大，物料在螺桿中的攪拌越完全，塑化程度也越良好。此外，長螺桿在螺槽深度較淺時，可增加擠出段長度，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，過長的螺桿很容易過載，在螺桿直徑較小時要考慮螺桿溫度，螺桿直徑較大時則自重亦大。因此時尾部是固定的，所以在螺桿頭部所產(chǎn)生的自由端彎曲會造成機(jī)筒的擠壓段受到磨損，甚至損傷。螺桿越長，產(chǎn)生的機(jī)械功也越大，受熱時間也增長，致使塑料容易分解。因此，螺桿長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，長徑比選用15~20:1。如用粉料加工硬聚氯乙烯制品時，長徑比要適當(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物料的摩擦力大于螺桿對物料的摩擦力，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，由于物料中剪切力所產(chǎn)生的熱也會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(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，冷水可通過流量計(jì)或出水的溫度來控制，壓縮空氣可通過其壓力來控制。
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開螺桿時的運(yùn)動方式是螺旋狀的，在進(jìn)入成型機(jī)頭時，要求是直線的，所以塑料在螺桿頭部就要改變自己的運(yùn)動方式，這樣，塑料在這個斷面上運(yùn)動就不一樣，沿中心的運(yùn)動速度較沿四周的運(yùn)動速度為快。總的來說，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，它的每一部分在任何一個斷面上，物料都沒有長時間停留的可能，即沒有“死角”。
很顯然，對加工硬聚氯乙稀塑料來說，圖8-5的1和4，平的過渡和錐形過渡是不合理的;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，能均勻地并無脈動地將塑料壓出機(jī)頭。至于具體的尺寸，要根據(jù)擠壓機(jī)及機(jī)頭等特性，通過拆車時機(jī)頭的料流清況及分解部位來決定，一般螺桿頭部與過濾板之間的容積接近于擠出段一個螺槽的容積。如螺桿直徑在Φ150毫米以上，螺桿頭子與過濾板之間的距離不超過15毫米。螺桿直徑在Φ150毫米以下時，螺桿頭子與過濾板之間的跪離不超過10毫米。在生產(chǎn)吹塑薄膜螺桿直徑為65毫米時，螺桿頭子與過濾板之間的距離為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：
?、贋榧庸ぼ浘勐纫蚁┐邓鼙∧び玫穆輻U，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，長徑比為18~20:1，這樣的長徑比，適應(yīng)于生產(chǎn)吹塑薄膜。若生產(chǎn)軟管，長徑比要減小。
?、跒榧庸ぞ勐纫蚁┕艹Ｓ玫穆輻U，單頭螺紋，等距根徑漸增的全螺紋型螺桿，壓縮比為3，長徑比為15~18:1,螺桿內(nèi)一般需用冷卻。
