高分子材料成型设备第六章挤出机螺杆设计与新型螺杆5.ppt

本节内容 第五节 新型螺杆 一、常规三段螺杆存在的问题 二、几种新型螺杆 三、新型螺杆设计中注意的问题 重点: 2. 几种新型螺杆 第四节 常规螺杆的选择与设计 一、评价螺杆的特性及设计螺杆应考虑的因素 二、常规全螺纹三段螺杆的设计 三、螺杆材料及强度计算 1. 常规全螺纹三段螺杆的设计 第四节 常规螺杆的选择与设计 一、评价螺杆的特性及设计螺杆应考虑的因素 评价的方面： 1、塑化质量（螺杆质量的好坏影响着压力、流 量、温度波动大小，塑化均匀的好坏也关系 产品质量的好坏） 2、产量 3、单耗 N/Q 4、适应性：物料品种，机头种类 5、制造难易（成本） 选择与设计时考虑的因素 1、物料特性及几何形状，尺寸和温度状况 2、口模的几何形状、机头阻力的大小 3、料筒的结构形式和加热冷却情况 4、螺杆的转数n 5、挤出机的用途：成型、混合、造粒、喂料 二、常规全螺纹三段螺杆的设计 1、螺杆型式的确定 ①渐变型螺杆 压缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼 效果不好。适用于热敏性物料、非结晶性物料。 ②突变型螺杆 剪切剧烈，传热不太好。适用黏度小、具有突变熔点 的物料，如PA、PS、PP等 ，但PVC等黏度高的会 局部过热。已由在（1—2）D内发展到在（4—5）D 内完成相变。 2、螺杆直径的确定 国标系列：30、45、65、90、120、150、200 确定直径D：①产品截面积的形状和大小 ②加工塑料的种类和生产率，辅机配备 经验公式：Q=βD²n β—出料系数0.003—0.007 3、螺杆长径比L/D的确定 在一定意义上L/D反映塑化能力大小，特别当转 速提高后相变点后移，只有加大L/D才可获得较好的 塑化效果。 长径比大，则塑化剪切时间长，可以低温挤出， 可以提高转速，但制造困难。 4、螺杆各段参数的选择要全面考虑，兼顾三段 ①加料段：输送物料给压缩段和均化段 a结晶性高聚物 L=60—65% b非结晶性高聚物L=10—25% ②熔融段：压实物料，熔融物料 a结晶性L=（3—5）D b非结晶性L=50—60% 压缩比I ：将物料压实，排除气体，建立必要压力，保证物料到达螺杆末端时有足够的致密度 ③均化段：将已熔物料定压定量定温地挤到机头中 L3=20～50% H3=﹝0.025～0.06﹞Ds 5、间隙δ6、螺杆其他参数：螺纹升角φ，螺距S=D7、螺杆头部结构和螺纹断面形状 ①半圆、平、锥、尖、螺纹头 ②螺棱断面：矩形（输送段）、锯齿形（压缩段和均化段） 三、螺杆材料及强度计算 1、材料 ① 40Cr 镀Cr ②38CrMoAl 氮化层 0.4—0.7㎜ 综合性能优异，但不耐腐蚀 ③高耐磨耐腐材料 加Cr、Ni、Mo，34CrAlNi-、31CrMo– ④双金属材料的螺杆料筒：先在粗加工后的毛坯上，先车槽后堆焊再做螺槽 2、螺杆强度计算 压应力 σ压＝﹝1.15～1.25﹞pD2/﹝D2根－d02﹞ 扭矩剪力 τ=Mk/Wp Mk=97360ηNmax/nmax Wp=πD3根﹝1-C4﹞/16 , C=d0/D根 自重弯曲应力 σ弯＝GL/2W G=π﹝D2+ D2根﹞Lγ/8 W=πD3根﹝1-C4﹞/32 , C=d0/D根 塑料材料复合应力用第三强度理论 第五节 新型螺杆 一、常规三段螺杆存在的问题 目前，一般单螺杆多采用等距不等深螺杆，加料段常和均化段螺槽 深度不变，压缩段螺槽逐渐变浅。这种螺杆可以满足一般的挤出成型， 但存在以下几方面的问题： 1、熔融效率低，塑料化不均 熔融段熔体与固体床共同存在于一个螺槽中，减小了料筒壁与固体 床的接触面积； 固体床随着熔融解体，部分碎片进入熔体中，很难从剪切获得热量， 这样，固体床不能彻底熔融；塑化不均匀； 另外，已熔物料与料筒壁接触，从料筒壁和熔膜处获取热量，温度继 续升高而过热。 2、压力、温度、产量波动大 固体输送时与螺杆旋转产生较高频率的波动，由于熔融过程的不稳 定性产生低频波动， 温控系统的稳定性差或环境因素的变化引起的波动 3、混炼效果差 不能很好适应一些特殊塑料的加工或混炼和着色工