塑料擠出機的工作原理及特點

擠出機參數作用及工作原理

擠出機出機的功能是采用加熱、加壓和剪切等方式，將固態塑料轉變成均勻一致的熔體，并將熔體送到下一個工藝。熔體的生產涉及到混合色母料等添加劑、摻混樹脂以及再粉碎等過程。成品熔體在濃度和溫度上必須是均勻的。加壓必須足夠大，以將粘性的聚合物擠出。擠出機通過一個帶有一個螺桿和螺旋道的機筒完成以上所有的過程。塑料粒料通過機筒一端的料斗進入機筒，然后通過螺桿傳送到機筒的另一端。為了有足夠的壓力，螺桿上螺紋的深度隨著到料斗的距離的增加而下降。外部的加熱以及在塑料和螺桿由于摩擦而產生的內熱，使塑料變軟和熔化。圖1是一個簡化擠出機。不同的聚合物及不同的應用，對擠出機的設計要求常常也是不同的。許多選項涉及到排出口、多個上料口，沿著螺桿特殊的混合裝置，熔體的冷卻及加熱，或無外部熱源(絕熱擠出機)，螺桿和機筒之間的間隙變化相對大小，以及螺桿的數目等。例如，雙螺桿擠出機與單螺桿擠出機相比，能使熔體得到更加充分的混合。串聯擠壓是用第一個擠出機擠出的熔體，作為原料供給第二個擠出機，通常用來生產擠出聚乙烯泡沫

圖1簡化擠出機擠出機的特征尺寸是螺桿的直徑(D)和螺桿的長度(L)與直徑(D)的比率(L/D)。擠出機通常至少由三段組成。第一段，靠近加料斗，是加料段。它的功能讓物料以一個相對平穩的速率進入擠出機。一般情況下，為避免加料通道的堵塞，這部分將保持相對低的溫度。第二部分為壓縮段，在這段形成熔體并且壓力增加。由加料段到壓縮段的過渡可以突然的也可以是逐步(平緩)的。最后一個部分計量段，緊靠著擠出機出口。主要功能是流出擠出機的物質是均勻一致的。在這部分為確保組成成分和溫度的均勻性，物料應有足夠的停留時間。在機筒的尾部，塑料熔體通過一個機頭離開擠出機，這個機頭設計成理想的形狀，擠出的熔體流在這里通過。另一個重要的部分是擠出機的驅動機構。它控制螺桿的旋轉速度，螺桿的旋轉速度決定著擠出機的產量。所需的功率由聚合物的粘性(流動阻力)決定。而聚合物的粘性取決于溫度和流動速率，隨著溫度和剪切力的增加而下降。擠出機都帶有濾網，能將雜質阻擋在濾網上。為避免停工，濾網應能自動更換。當加工帶有雜質的樹脂時，比如回收料，這一點特別重要。擠塑機的螺桿分進料段，塑化，熔融段，溫度根據塑料粒子的工藝參數，型號按螺桿直徑分45 65 75 80 90 120 150 200，螺桿長度常用有D20 D25，加熱段一般機身5區，哈夫1區或2區，機頭2區，至于配驅動，正規擠塑機廠家都會提供參數。塑料顆粒加熱后由螺桿的運動來改變原來的狀態,類型就很多了，看具體應用.變頻的容量跟螺桿的直徑成正比，再根據原料的不同調整

單螺桿一般在有效長度上分為三段，按螺桿直徑大小螺距螺深確定三段有效長度，一般按各占三分之一劃分。

料口最后一道螺紋開始叫輸送段：物料在此處要求不能塑化，但要預熱、受壓擠實，過去老擠出理論認為此處物料是松散體，后來通過證明此處物料實際是固體塞，就是說這里物料受擠壓后是一固體象塞子一樣，因此只要完成輸送任務就是它的功能了。

第二段叫壓縮段，此時螺槽體積由大逐漸變小，并且溫度要達到物料塑化程度，此處產生壓縮由輸送段三，在這里壓縮到一，這叫螺桿的壓縮比－－3：1，有的機器也有變化，完成塑化的物料進入到第三段。

第三段是計量段，此處物料保持塑化溫度，只是象計量泵那樣準確、定量輸送熔體物料，以供給機頭，此時溫度不能低于塑化溫度，一般略高點。

螺桿熱處理

螺桿不是淬火的，是氮化的。要是淬火的話在高溫下會回火的。
熱處理有很多方法，這還要看螺桿材質的不同來區分。一般38GrMoAlA氮化就可以，但象特殊的不銹鋼螺桿，SKD61的螺桿。HPT系列的全硬螺桿等一般都要先淬火，而且最好是用鹽液爐。但因為這樣的熱處理硬度過高，所以一般都要再進行回火。根據要求不同進行氮化處理。也可以不用氮化
一:如果用于生產一般性的2次料或新料,可以用氮化料筒/螺桿組.也可以用氮化料筒配合金螺桿這樣更好(因為同等材質下螺桿要早于料筒先磨損)
二:生產填充型的料,如加玻纖/碳酸鈣等那就要使用合金料筒/螺桿組,這樣性價比會高點
氮化就是通過爐子加溫把氨氣參進機筒螺桿的表面，使之產生一層硬的表面。一般能滲透0.5-0.7的深度。時間大概需要96個小時

主要參數:壓縮比,長徑比,導程.硬度,直線度等....
壓縮比：就是進料段螺槽的容積和計量段螺槽的容積比.長徑比就是指螺桿的外徑和有效螺紋部分長度之比.
導程：就是螺紋間的距離.
計算壓縮比：是進料段螺槽的容積和計量段螺槽的容積之比
螺槽的體積：
加料段第一個螺槽的深度和均化段最后一個螺槽的深度的比值約等于壓縮比
螺桿的壓縮比：是最重要的，根據不筒的原料設計不同的壓縮比，然后考慮的是螺桿的產量問題。

塑料擠出機的工作原理
擠塑機的螺桿分進料段，塑化，熔融段，溫度根據塑料粒子的工藝參數，型號按螺桿直徑分45 65 75 80 90 120 150 200，螺桿長度常用有D20 D25，加熱段一般機身5區，哈夫1區或2區，機頭2區，至于配驅動，正規擠塑機廠家都會提供參數。塑料顆粒加熱后由螺桿的運動來改變原來的狀態,類型就很多了，看具體應用.變頻的容量跟螺桿的直徑成正比，再根據原料的不同調整.
螺桿的基本參數

一般螺桿分為三段即加料段，壓縮段，均化段。
加料段——底經較小，主要作用是輸送原料給后段，因此主要是輸送能力問題，參數（L1，h1），h1=（0．12－0．14）D。
壓縮段——底經變化，主要作用是壓實、熔融物料，建立壓力。參數壓縮比ε=h1／h3及L2。準確應以漸變度A=（h1－h3）／L2。
均化段（計量段）——將壓縮段已熔物料定量定溫地擠到螺桿最前端、參數（L3，h3），h3=（0．05－0．07）D。
對整條螺桿而言，參數L／D－長徑比
L／D利弊：L／D與轉速n，是螺桿塑化能力及效果的重要因素，L／D大則物料在機筒里停留時間長，有利于塑化，同時壓力流、漏流減少，提高了塑化能力，同時對溫度分布要求較高的物料有利，但大之后，對制造裝配使用上又有負面影響，一般L／D為（18～20），但目前有加大的趨勢。
其它螺距S，螺旋升角φ=πDtgφ，一般D=S，則φ=17°40′。
φ對塑化能力有影響，一般來說φ大一些則輸送速度快一些，因此，物料形狀不同，其φ也有變化。粉料可取φ=25°左右，圓柱料φ=17°左右，方塊料φ=15°左右，但φ的不同，對加工而言，也比較困難，所以一般φ取17°40′。
棱寬e，對粘度小的物料而言，e盡量取大一些，太小易漏流，但太大會增加動力消耗，易過熱，e=（0.08～0.12）D。
總而言之，在目前情況下，因缺乏必要的試驗手段，對螺桿的設計并沒有完整的設計手段。大部分都要根據不同的物料性質，憑經驗制訂參數以滿足不同的需要，各廠大致都一樣。
一．PC料（聚碳酸酯）
特點：①非結晶性塑料，無明顯熔點，玻璃化溫度140°～150℃，熔融溫度215℃～225℃，成型溫度250℃～320℃。
②粘度大，對溫度較敏感，在正常加工溫度范圍內熱穩定性較好，300℃長時停留基本不分解，超過340℃開始分解，粘度受剪切速率影響較小。
③吸水性強
參數選定：
a．L／D針對其熱穩定性好，粘度大的特性，為提高塑化效果盡量選取大的長徑比，本廠取26。
由于其融熔溫度范圍較寬，壓縮可較長，故采用漸變型螺桿。L1=30％全長，L2=46％全長。
b．壓縮比ε 由漸變度A需與熔融速率相適應，但目前融熔速率還無法計算得出，根據PC從225℃融化至320℃之間可加工的特性，其漸變度A值可相對取中等偏上的值,在L2較大的情況下，普通漸變型螺桿ε=2～3，本廠取2．6。
c．因其粘度高，吸水性強，故在均化段之前，壓縮段之后于螺桿上加混煉結構，以加強固體床解體，同時，可使其中夾帶的水份變成氣體逸出。
d．其它參數如e，s，φ以及與機筒的間隙都可與其它普通螺桿相同。
二．PMMA（有機玻璃）
特點:①玻璃化溫度105℃，熔融溫度大于160℃，分解溫度270℃，成型溫度范圍很寬。
②粘度大，流動性差，熱穩定性較好。
③吸水性較強。
參數選擇
a．L／D選取長徑比為20～22的漸變型螺桿，視其制品成型的精度要求一般L1=40％， L2=40％。
b．壓縮比ε ，一般選取2．3～2．6。
c．針對其有一定親水性，故在螺桿的前端采用混煉環結構。
d．其它參數一般可按通用螺桿設計，與機筒間隙不可太小。
三．PA（尼龍）
特性：①結晶性塑料，種類較多，種類不一樣，其熔點也不一樣，且熔點范圍窄，一般所用PA66其熔點為260℃～265℃。
②粘度低，流動性好，有比較明顯的熔點，熱穩定性差。
③吸水性一般。
參數選擇
a．L／D選取長徑比18～20的突變型螺桿。
b．壓縮比，一般選取3～3．5，其中防止過熱分解h3=0．07～0．08D。
c．因其粘度低，故止逆環處與機筒間隙應盡量小，約0．05，螺桿與機筒間隙約0．08，如有需要，視其材料，前端可配止逆環，射嘴處應自鎖。
d．其它參數、可按通用螺桿設計。
四．PET（聚酯）
特性：①熔點250℃～260℃，吹塑級PET則成型溫度較廣一點，大約255℃～290℃。
②吹塑級PET粘度較高，溫度對粘度影響大，熱穩定性差。
參數選擇
①L／D一般取20，三段分布L1=50％－55％，L2=20％。
②采用低剪切、低壓縮比的螺桿，壓縮比ε ，一般取1．8～2，同時剪切過熱導致變色或不透明h3=0．09D。
③螺桿前端不設混煉環，以防過熱，藏料。
④因這種材料對溫度較敏感，而一般廠家多用回收料，為提高產量，我廠采用的是低剪切螺桿，所以可適當提高馬達轉速，以達到目的。同時在使用回收料方面（大部分為片料），本廠根據實際情況，為加大加料段的輸送能力，也采取了加大落料口徑在機筒里開槽等方式，取得了比較好的效果。
五．PVC（聚氯乙烯）
熱敏性物料，一般分為硬質和軟質，其區別在于原料中加入增塑劑的多少，少于10％的為硬質，多于30％為軟質。
特點：①無明顯熔點，60℃變軟，100℃～150℃粘彈態，140℃時熔融，同時分解，170℃分解迅速，軟化點接近于分解點，分解釋放于HC1氣體。
②熱穩定性差，溫度、時間都會導致分解，流動性差。
設計原則a．溫度控制嚴格，螺桿設計盡量要低剪切，防止過熱。
b．螺桿、機筒要防腐蝕。
c．注塑工藝需嚴格控制。
一般講，螺桿參數為L／D=16～20，h3=0．07D，ε =1．6～2 ，L1=40％，L2=40％。
為防止藏料，無止逆環，頭部錐度20°～30°，對軟膠較適應，如制品要求較高，可采用無計量段，分離型螺桿，此種螺桿對硬質PVC較適合，而且為配合溫控，加料段螺桿內部加冷卻水或油孔，機筒外加冷水或油槽，溫度控制精度±2℃左右。