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  • 新型螺桿設計工作原理和結構特點

  • 發布日期:2016-10-12
  • 摘要:IKV螺桿的強制輸送作用主要是依靠螺桿機筒在加料段的特殊結構來完成的。

       在七十年代以前,設計單螺桿時螺桿的擠出量是按計量段的流體動力學理論公式來考慮的。這時,擠出量受機頭壓力影響較大,而且與粘度有關。螺桿的幾個機能---輸送,壓縮,熔融和均化等---在螺桿的三段上是互相重疊的。由于種種原因它們相互影響。例如,由于所加入的塑料原料松散性不好,料斗中搭橋現象的存在以及入口處幾何形狀不合理.....這些因素往往導致加料段充滿狀態不穩定,塑料的壓縮狀態也不穩定,達到一定壓力的壓縮點的位置一會兒超前,一會兒延后。此外,由于塑料在螺桿上熔化點的位置不僅決定于機筒的熱傳導情況,剪切熱產生的情況和塑料的熱性能,而且還直接決定于塑料的壓縮狀況,即決定于壓縮點的位置和壓力升高狀況。為此,如果壓縮點在螺桿上擺動,勢必會導致熔融點也在螺桿上擺動,壓力,溫度和產量都會發生波動,當轉速提高后這個現象更為嚴重。
      通過采取一些措施固然會對上述不足有所改進,例如通過強制計量加料可以該善加料的穩定性,采用混合原件和加長計量段會減少熔料的波動。但是另外一些問題仍未很好解決,例如:塑料在螺桿上壓實不足,壓力形成遲緩;塑料在螺桿上除了軸向移動外,還存在相當嚴重的徑向滑動,因此輸送效率很低,一般只有0.3-0.5;擠出量受機頭壓力影響較大等等。


      從七十年代開始,西德亞琛工業大學塑料加工研究所(IKV)和巴基苯胺蘇打廠(BASF)的一些研究工作者進行了一些列研究,設計并且生產了性能優越的擠出機。這種機器的主要特征是在螺桿加料段依靠強制加料來提高螺桿的輸送效率,同時依靠設置于熔融段和計量段上的混煉原件來保證輸送能力提高后的擠出質量。螺桿的三個功能---輸送,塑化和均化---分別在螺桿三段上獨立地完成(圖10-40),克服了普通螺桿幾個功能互相重疊和由此而來的不穩定和波動現象。

    新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點1


    IKV螺桿的強制輸送作用主要是依靠螺桿機筒在加料段的特殊結構來完成的。在機筒加料區上安裝了帶有錐孔的襯套,套上開有形狀不同的縱向溝槽。這時,由于塑料與機筒的摩擦力大大增加,加料區產生了高達800-1500kgf/cm2的壓力(圖10-41),塑料被壓成密實的固體塞,它像一個螺母由于地在螺桿軸向向前移動,打滑,回流現象大大減少,這就大大地提高了輸送效率,一般都在0.6-0.85范圍內。與此同時擠出量也大幅度提高。從圖10-42可以看出:45擠出機以n=125rpm情況下加工聚乙烯時擠出量達到100kg/Hr以上,這個數值相當驚人的。

    新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點2

      IKV加料區產生的高壓一直傳到螺桿加料段之后的各段,這就使得這種螺桿的擠出性能非常穩定,機頭壓力對生產率的影響很小,波動也大大減輕。
      由于高壓和高摩擦的影響,在機筒加料段產生了大量的摩擦熱,這些熱量有可能使用縱向溝槽內的塑料熔化,產生的熔料滲入固體塞中,破壞了固體輸送,降低了輸送效率。為了防止這個情況出現,IKV系統的機筒加料區設計有強力冷卻系統,它推遲了熔膜的出現從而保證了高的輸送效率(圖10-43).

     新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點3

    當螺桿轉速提高后輸送效率η,有所下降(圖10-44),這是由于高速下從料斗往螺槽中裝料的困難以及壓力傳遞的困難所引起的。
      機筒縱向溝槽的斷面形狀很多,有矩形、三角形、鋸齒形、半圓形等等。一般情況下選用矩形,并且在3-5D長度內將此矩形縱向溝槽的深度逐漸減少至零,其斜度為15度(BASF系統)到1度40分(IKV系統中的K6N襯套)不等,也有沒有斜度的襯套(ZRN襯套)。它們的結構如圖10-45所示。設計時溝槽的斷面尺寸可按表10-10選取,溝槽的數目大約是直徑1/10,溝深必須大于顆粒的最大尺寸,寬度也與螺桿直徑有關。
     新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點1

      我國華南工學院對開槽的形狀與加料段螺槽的深度進行了研究。它們認為:對Φ45擠出機來說,加料段螺槽深度在3-5mm范圍內時,隨著槽深增加輸送效率大幅度的增加,當槽深大于5mm后,輸送效率增加已不明顯。在幾種縱向溝槽中,以鋸齒形溝槽和矩形溝槽的效果為最好(圖10-46)。
      機筒加料段開槽襯套與隨后各段之間,最好用隔熱墊分開,以免加料段的冷卻水帶走機筒塑化段的熱量。
      在輸送效率提高以后,塑料在螺桿上停留時間很短,此時必須在螺桿的熔融區和計量區采取結構上的措施才能保證塑料的熔化和均化。一般有兩個辦法,一是在加料段之后的機筒上安裝單位面積發熱量較大的加熱元件(例如陶瓷式加熱器),第二個辦法是在螺桿的壓縮段和計量段采用混煉元件來保證塑料的擠出質量。典型的IKV螺桿如圖10-47所示:他由功能完全獨立的三段組成,在螺桿全長上螺槽深度為4mm。第一段L;長度為9.2D,在縱向開槽襯套的作用下塑料取得了穩定的高擠出量。在螺桿第二段的螺紋上銑出幾條縱向溝槽,塑料紙這些分流槽,的作用下通過機械位移的辦法固液相之間進行了強烈的混合和熱交換,最后達到完全熔融的目的。螺桿的第三段實際上是一個銷釘型分流元件,已經熔化的塑料紙此處實現組分的均化,熱均化和機械的均化。這三段的好的前提下,產量可以提高100%左右。

    新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點2

    新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點3

       第二段和第三段的結構可以是多種多樣的,圖10-48的結構采用了分離型螺桿來作為第二段。也可以采用屏障型元件來作第二段。圖10-49表示了第三段的另一種結構,這種結構的機筒上加工有很多突塊,它們和螺桿第三段上的方銷釘一起更加改善了熔料的混合質量。還有機筒上安裝可徑向伸縮的銷釘,它能柑橘不同的支配工藝要求改變混合程度,既能保證混合度要求,又不致因阻力過大而溫升過高(圖10-50).

     

    新型螺桿設計的IKV系統工作原理和結構特點4


    標簽: 螺桿制造(21) 螺桿加工(18)

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