螺杆设计资料.pdf

目 录 第一章 螺杆设计的工艺学及流变学基础•••••••••••••••••••••••••••••• 2 第二章 注塑机螺杆的工作机理及计算 •••••••••••••••••••••••••••••• 23 第三章 混合理论及新型螺杆的混合作用 ••••••••••••••••••••••••••• 39 第四章 注射螺杆的通用化和专用化 ••••••••••••••••••••••••••••••••• 51 第五章 注射机螺杆的数字化设计及评价方法 •••••••••••••••••••••• 64 第六章 精密注射机螺杆设计基础 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1 第一章 螺杆设计的工艺学及流变学基础 （北京化工大学 刘颖） 1． 影响注射成型塑化能力及塑化质量的因素 注射制品的质量及生产速度主要由注射周期中的各个过程控制，其中预塑化 过程中高聚物的塑化质量首先影响到制品的质量。而预塑过程的时间则影响到生 产速度。螺杆是螺杆式注射机塑化过程实现的关键部件，螺杆在料筒中通过旋转 和轴向移动实现对成型物料即高聚物的输送、压实、塑化和注射等动作，在塑化 过程中，注射螺杆的工作状态是边转动边后退，塑化了的塑料熔体在螺杆的作用 下沿螺槽向前输送，当螺杆后退至设定距离（即计量行程或注射行程）时，螺杆 便停止转动。此时螺杆头部存料区的熔体体积即为注射量，这一过程螺杆的熔体 输送能力即为注射螺杆的塑化能力，它表征单位时间内螺杆可能提供塑料熔体的 最大能力。螺杆塑化能力的大小直接影响注射周期，也影响着注射机的生产效率。 根据注射螺杆的工作特点，利用牛顿流体在注射螺杆的螺槽中作等温条件下 的流动模型，而建立起来的注射螺杆的熔体输送理论，可以用来描述注射螺杆的 塑化能力 ，它表征单位时间内注射螺杆可能提供塑料熔体的最大能力。即： 式（1）表明，注射螺杆的塑化能力与螺杆几何尺寸、加工工艺条件及物料 性能（如流动性）等参数有关。 虽然通过（1）式我们可以得到在螺杆的设计过程中，注射螺杆直径越大， 螺杆计量段螺槽深度增加，计量段长度越长，螺杆的塑化能力增加，这样的规律 性结论，但由于我们的加工对象－高聚物的性能不同，针对不同的聚合物如何设 计螺杆的几何形状和各段长度却仍是难于解决的问题，另外，加工工艺条件（背 压、螺杆转速、温度及剪切速率等）的设定也与高分子聚合物性能密切相关。 因此，要提高塑化能力和塑化质量，必须要提高螺杆的设计水平，而要提高 螺杆的设计水平，则首先必须深入了解加工对象－高聚物的性能。 2 2． 高分子的聚集态结构 2.1 高聚物的层次结构 所谓高聚物的结构，指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间的相对排 列，高分子结构层次分为链结构和聚集态结构，链结构表明一个分子链中原子或 基团的几何排列情况，以及高分子的大小和和在空间存在的各种形状(构象)，即 针对单个分子而言。 聚集态是高分子依靠分子间的作用力聚集起来的物理状态，与低分子物质不 同的是，高分子的聚集态只有固态和液态而没有气态。这是因为高分子的分子量 很大，分于链之间的作用力比低分子间作用力大许多倍，要使高分子汽化所需要 的热量，远远超过破坏分子中价键所需的能量，未等达到汽化就先行裂解了。 聚集态结构则指高分子整体的内部站构，包括结晶态结构、非结晶结构，取 向结构、液晶结构和织态结构。前四种描述高分子聚集体中分子之间是如何堆砌 的，如互相交织的线团结构、由折叠链规整堆砌而成的晶体等。若高分子是按照 三维有序的方式聚集在一起，就称为结晶结构；若分子链是杂乱无序地排列在一 起，就称为非晶结构；有些高聚物在加工过程中，出现分子链一维或二维有序排 列的结构，这种聚集态结构称为取向结构。有一些高聚物从分子的有序排列看是