【正文】 機螺桿把塑料經(jīng)過輸送，壓實，并進一步熔融，使塑料處于完全均勻的塑化狀態(tài)后，在壓力下從口模擠出，經(jīng)過成型機械定型，冷卻后制成所需的 制品。典型的單螺桿擠出機是三段式的，分別是加料，壓縮和擠出段。此外還有特殊擠出機，比如：多螺桿擠出機，無螺桿擠出機等。由于單螺桿擠出機占用空間小，更幾乎成為復(fù)合加工與吹塑薄膜領(lǐng)域唯一使用的設(shè)備而獨領(lǐng)風(fēng)騷。近幾年，隨著國內(nèi)電子電器、通訊、汽車等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，材料改性與配混技術(shù)市場需求大增。相較而言，異向平行雙螺桿擠出機國內(nèi)開發(fā)較少，而成型所用設(shè)備更多的為錐形雙螺桿擠出機。與單螺桿、雙螺桿相比較，其市場應(yīng)用要少得多。 專家認(rèn)為，擠出機主機和生產(chǎn)線今後的市場將向高技術(shù)含量、價格更趨走低的方向發(fā)展。單螺桿擠出機則是向著超大型、超微型、大長徑比、高產(chǎn)出、良好的排氣性等方向發(fā)展，而適應(yīng)特殊加工需要的螺桿機筒結(jié)構(gòu)，則成為大家爭相研發(fā)的重點。 特種單螺桿擠出機 隨著近年來市場發(fā)展的需要，國內(nèi)外不同廠家紛紛推出各種特殊結(jié)構(gòu)的單螺桿擠出機，以適應(yīng)特殊的市場需要。該機器螺桿直徑僅 12mm，機器總重量不到 ；螺桿工作轉(zhuǎn)速 800~1200rpm，可實現(xiàn)連續(xù)或間歇工作。 超微型擠出機的研究開發(fā)，存在許多一般設(shè)備設(shè)計加工過程中難以想像的困難，據(jù)介紹，該設(shè)備開發(fā)的關(guān)鍵在于微型擠出機的加料、排氣、實現(xiàn)低溫擠出輸送等問題的解決。在加工磁性材料時，通常磁粉的添加量高達 60%~70%，有時甚至達到 90%以上。磨盤擠出機可以通過調(diào)整磨盤組合以適應(yīng)不同高填充材料，如玻纖增強、磁性塑料、導(dǎo)電材料、新型陶瓷等物料的擠出加工。由于雙螺桿市場異?；鸨鶑?fù)螺桿擠出機市場相對平淡，各擠出廠家還是以雙螺桿擠出機為主推產(chǎn)品。用于玻纖增強物料加工 時，玻纖的添加量可以達到 50%以上，特別適于高填充物料的加工，具有非常廣闊的市場前景。不過，盡管中國擠出機市場發(fā)展迅猛，也有不少新的機型推出，我們不能忽視中國擠出機技術(shù)與國外發(fā)達國家相比還有較大差距。但是，單螺桿擠出機作為一種基本的塑膠加工設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，而且具有更大的設(shè)計靈活性。特種單螺桿擠出加工技術(shù)又 有 替代多螺桿技術(shù)的趨勢。對于室外，鋁塑板正面涂覆氟碳樹脂（ PVDF）涂層，對于室內(nèi)，其正面可采用非氟碳樹脂涂層。 PE 鋁塑板即聚乙烯鋁塑板， PE,全名為 Polyethylene，是最結(jié)構(gòu)簡單的高分子有機化合物 ,當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的高分子材料 ,由乙烯聚合而成 ,根據(jù)密度的不同分為高密度 聚乙烯 、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。大量使用的常為低密度 (高壓 )聚乙烯。這種條件下聚合的聚乙烯分子是線性的 ,且分子鏈很長 ,分 子量高達幾十萬。溫度降低時凝固 ,放出熱量。整個理論幾乎都是圍繞著螺桿上發(fā)生的擠出過程展開的。 螺桿的長徑比 L/D 指螺桿的有效長度 L 和螺桿的直徑 D 之比，如果是新型的螺桿，其有效長度中應(yīng)該包括混煉段的長度。 L=35D=35 150=5250mm 普通螺桿普通螺桿全長分為三段，即加料段 L1 、 壓縮段 L2 和計量段 L3,計量段有時也叫均化段。 螺槽深度和壓縮比的確定 螺槽深度是很重要的參數(shù)，我們可以從制品的質(zhì)量與產(chǎn)量兩方面來分析。 Q∝τγ =η a γ 2 =η a232)(HDn? (32) 式中： Q— 熔料因剪切產(chǎn)生的熱量； τ — 剪切應(yīng)力； 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17頁 γ — 剪切速率； η a — 熔料的表現(xiàn)粘度。 從混合效果上來講，計量段槽深 H3 較小時，混煉程度較高，制品比較均勻。相反對那些步能承受高剪切速率的塑料，如硬聚氯乙烯等熱敏性塑料，他們的粘度較高，如果螺槽深度較淺，勢必造成過多的因高剪切產(chǎn)生的熱量。 根據(jù)表格取γ =71 1?S 由 公式γ =π3HDn 得 ?? nDH ?3= 17 014 ?? 以上從擠出質(zhì)量的觀點分析了計量段螺槽深度 H3 的影響，此外我們還可以從產(chǎn)量的角度來分析計量段螺槽深度 H3 的影響。 在未知口模系數(shù)情況下 H3 的值沒辦法確定。螺桿直徑較大者， k 值應(yīng)選擇較小，螺桿直徑較小者， k 值應(yīng)選擇較大；熱穩(wěn)定性較好的塑料 k 較小，熱穩(wěn)定性較差的塑料k 值較大；當(dāng)螺桿長徑比較大時， k 值可以選擇較大。上層適用與 PVC 等熱穩(wěn)定性較差的塑料，此時 k 值較大。但自今為止加料段的槽 深 H1的影響還不是很清楚。因此存在一個最佳加料段槽深。這個數(shù)值不同于物理壓縮比。這是因為除了應(yīng)考慮密度的變化之外，還應(yīng)考慮在壓力 下熔融料的壓縮性、塑料在加料段的裝填程度、擠壓過程中塑料的回流等因素，尤其還應(yīng)考慮制品性能所要求的壓縮密實的必要性。運用此公式的條件是外徑 D、螺距 S、螺紋法向棱寬 e 和螺紋升角φ在螺桿全長上都保持不變，螺紋頭數(shù)為 1. 當(dāng)壓縮比 ε 和計量段槽深 H3決定后，加料段槽深 H1 便可從下式算出： H1 =[D )(4 332 HDHD ?? ? ] 37 為了計算方便，可以用簡化的公式 38 來計算壓縮比 ? 。 從固體輸送生產(chǎn)率公式 64 和熔體輸送理論生產(chǎn)率公式 1127 都可以看出：生產(chǎn)率和螺紋升角又直接的關(guān)系。這也是為什么當(dāng)前的螺紋升角都在 170 ～ 300范圍之內(nèi)的原因。原因之一是多頭螺紋減少了螺槽橫斷面積，同時加大了 HW 的值。 三段式螺桿長度的確定 熱塑性材料分為無定型和結(jié)晶型兩大類。為了適應(yīng)這個漸變過程，加工這類塑料的螺桿應(yīng)該較早地開始壓縮，它的螺紋深度也應(yīng)逐漸發(fā)生變化，因此其壓縮段 L2 也設(shè)計的比較長。但是，結(jié)晶型材料在冷卻過程中都不可能完全結(jié)晶，存在著一定的結(jié)晶度。而且從熔融理論上我們知道，熔融過程是X/W 從 1 到 0 的過程，這個過程總需要一定的長度，不可能在很短的（ ～ 1） D長度上實現(xiàn)。如果正好在壓縮段上完成了 X/W 從 1 到 0 的過程，那么便可以認(rèn)為原來設(shè)計的參數(shù)徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24頁 是合理的。因此，加料段 L1 也應(yīng)該有足夠的長度。此外，由于塑料是不良的導(dǎo)熱體，因此其熱導(dǎo)率 Ks 也是一個分鐘要的參數(shù)。但由于計算過程比較復(fù)雜，所以至今為止，在決定加料段 L1 的長度時，還必須參考實驗得到的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式。實驗也測出，在加料中，聚丙烯要經(jīng)過 8 個螺桿的長度才開始熔融（當(dāng)壓力等于 4MP 時），而高密度聚乙烯和聚苯乙烯則只要 個螺距的長度和 個螺距的長度便已開始熔融。計量段的第一個作用就是要消除這些不均勻的現(xiàn)象，這正是為什么計量段又稱為均化段的原因。 從熔體輸送理論的生產(chǎn)率公式（ 1227）可以看出：計量段愈長，相應(yīng)的壓力流 Qp 和漏流 QL 都愈小，擠出機的實際 生產(chǎn)率便俞高。這就是計量段長度為什么愈來愈長的原因。計算徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26頁 時可以現(xiàn)令機頭壓力 p=15MPa。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，不僅產(chǎn)量降低，而且粘度也會因剪切速率的降低而增高，壓力也會適當(dāng)減小，它們之間并非線性的關(guān)系。 螺桿三段長度分配 塑料類型 加料段 L1 壓縮段 L2 計量段 L3 無定性塑料 結(jié)晶型塑料 20%～ 30% 40%～ 60% 45%～ 50% （ 2～ 5） D 25%～ 30% 30%～ 45% 從上面一系列分析可以看出，為了保證擠出機各方面的性能，加料段、壓縮段和計量段都有加長的趨勢，這勢必引起螺桿長徑比的增加。例如，排氣擠出機和反應(yīng)擠出機。長徑比增大以后，螺桿彎曲的可能性也增增加，容易發(fā)生徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27頁 螺桿與機筒的刮磨。目前，世界上最大的單螺桿擠出機的最大長徑比以達 56，但大多數(shù)都在 25～ 35 范圍內(nèi)。 圖 148 除了上述兩種典型的螺紋斷截面形狀之外，還有雙楔型螺紋斷面圖149，設(shè)計這種螺紋斷截面的出發(fā)點是：根據(jù)塞流固體輸送理論，認(rèn)為塑料在槽中是以密實的固體存在，組成固體塞在的固體顆粒間沒有沒有相對運動。這時，以較快速度運動的上層塑料將自傲下層塑料上滑 移，而它們之家的摩擦因數(shù)將是內(nèi)摩擦因數(shù) f i，而不是外摩擦因數(shù) f a。 不同的塑料和不同的粒料形狀其內(nèi)摩擦角是不同的。但是由于螺槽是螺旋形的，固體壓力自傲兩個側(cè)面將不相等。 螺棱法向?qū)挾?e 和軸向?qū)挾?b： e=()D (314) b= φCose (315) 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29頁 幾種塑料的內(nèi)摩擦角φ i 塑 料 形 狀 內(nèi)摩擦角 /176。但 e 值 也不能太小，太小的值會使漏流增加，從而降低生產(chǎn)率，同時還會 增加螺桿的磨損。而在階梯形螺頂和楔形螺頂上，壓力的分徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30頁 布都是中間高兩邊低，產(chǎn)生的還原力會使螺桿懸浮于機筒之間不會產(chǎn)生金屬的直接接觸從而減少螺桿和機筒之間的磨損。 根據(jù)以上分析螺桿 參數(shù)初步確定如下： 螺桿直徑 D=170 103? m；長徑比 L/D=35。 螺距 S=170 103? m；螺棱寬 e=15 103? m；螺紋頭數(shù) M=1； 加料段長度 L1 =1370 103? m；加料段螺槽深度 H1 =26 103? m； 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31頁 壓縮段長度 L2 =1360 103? m； 計量段長度 L3 = 103? m。液相密度ρ m =790kg/m3 。物料熔點 Tm=110℃。 壓縮段： Z2 =φCoc HDHD 2 )]()[( 31 ????=。 螺槽寬度： W=B Cosφ =(Se) Cosφ = 機筒表面速度： Vb =∏ Dn= 103? m。 固相速度： Vsz=SWHG?1= 103? m/s 合成速度： VJ = ?CosVVVVSZBszb 222 ??= m/s。 因此，熔膜中的剪切速率為： .? =?jV = s1? 。 δ =])([])(2[ 2dsmsmbxjambm TTcV XVTTk ?? ???? η 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 34頁 = 103? X m。 δ的計算值與設(shè)定值相差不大，可不在從新計算。 計算固相分布函數(shù) WX ,假設(shè)熔融點在加料段末端的前一個螺距。 WX =2211 })]2(1[)1({????????? AAZzAAWXT =[TZ?]。 The formed cutting tool law abbreviation forming, is with the formed cutting tool which matches with the work piece final superficial 徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 41頁 outline, or the forme。 所以設(shè)計符合要求。 因此加料末端： WX1 = 壓縮段 : ψ =2110)(21WXHGW? = 。 查出 η a =925 MPa。 當(dāng) X=W 時 δ max = 103? m。 試計算 TAV 和δ : TAV = ??32 mTTmjkVa12 2?η =≈ 139℃ 。 先取 T AV = 3 1101502 ?? =℃，由于未考慮mjkVa12 2?η ，可將 TAV取得稍大，暫定為 TAV =139℃ .。 Vbz= Vb Cosφ = 103? m。 壓縮段總長 :ZA =1360 103? m。 40” 。 液相熱導(dǎo)率 km = W/(m.℃ )。 （ 2） 工藝參數(shù) 生產(chǎn)率 G=550kg/h；螺桿轉(zhuǎn)速 n=60r/min。 計量段螺槽深度 H3 =。而楔形螺頂?shù)暮侠沓叽鐬棣?1/δ =， e1 /e0 =5。這種設(shè)計的主要目的是為了較少螺桿與機筒的直接接觸，保證在螺棱和機筒間形成穩(wěn)定的熔融物潤滑膜以減少螺桿與機筒間的磨損。當(dāng)螺棱 e 或 b 較大時會增大螺棱上的功率消耗。 β =45176。～ 33176。這就相當(dāng)于增大了塑料與螺桿的摩擦因數(shù)，根據(jù)固體輸送理論，這將降低固體輸送流率。當(dāng)內(nèi)摩擦因數(shù)較低時，各層塑料間將存在著相對滑移，下層塑料不易被機筒拖拽向徐州工程學(xué)院 08 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28頁 前推進。推進面的圓弧半徑為 R1比后面的圓弧半徑 R2 小，一般后角 ?為 200 。應(yīng)當(dāng)力求在較小的長徑比下，獲得制品的高質(zhì)量和高產(chǎn)量。 事物都是一分為二的。 長徑比增加不僅僅由上述因素引起。因此，按式（ 144）得到結(jié)果也只能作為參考之用，實際設(shè)計時還得根據(jù)上面的定性分析和經(jīng)驗數(shù)據(jù)作適當(dāng)修正。此時，按式（ 144）計算， L3 為 320 ㎜，大致相當(dāng)于 5D 左右。 可以用熔體輸送理論生產(chǎn)率