挤出机排气螺杆的功能概述

挤出机排气螺杆的功能概述

在挤出过程中,需要从原料中排出的气体包括三个部分:原料颗粒间带入的空气;粒粉料上吸附的水分;原料内部包含的气体或液体,例如剩余单体,低分子挥发物及水分等等。这些气体如果不能排出，除了制品的物理机械性能，化学性能和电性能会有所下降之外，在制品表面或颞部也会出现孔隙、气泡、疤痘和表面昏暗等缺陷，严重地影响了制品的外观性能，例如空隙会影响电缆的介电强度；气泡会使单丝无法拉伸；含有水分的硬管会使硬管承受的压力下降；板材中的气泡和疤痘会在真空成型中造成废品等等。一般认为：在挤出前原料中这些成分的含量不得大于0.2%，面在某些情况下，例如涤纶拉膜时至少应小于0.02%。

在普通螺杆上，原料带入的空气和吸附的水分可在塑料被挤压时从加料口逸出，或者在加入加料口前用烘干的方法除去，这一工序叫预干燥。但是预干燥需要增加干燥设备，还要消耗费相当的电能和人工，因此成本必然上升，而对某些单体和某些高沸点的溶剂的去除效果旺旺也不够好。对某些透明制品，预干燥工序旺旺增加原料的污染机会。除此以外，随着告诉挤出的发展，那些过去排气要求不高的塑料（如聚乙烯），由于螺杆转速提高，原料夹带的空气来不及从料口逸出，这也会影响制品的质量。

实践表明，排气挤出机的效果是比较优越的。

挤出机排气螺杆主要应用于下述方面：用于吸湿性很强的聚合物；含水分，溶剂的聚合物在不预干燥情况下直接挤出；用于加有各种助剂和填料的干粉混料直接挤出；用于夹带大量空气的松散的絮状聚合物直接挤出；用于连续聚合或后处理挤出等等。在这些挤出工艺中，通过在螺杆上增设直接排气的排气段去除水分、空气、单体挥发物等影响质量的气体。

由于排气螺杆具有这些特点，因此在塑料工业中运用很广。世界上主要的挤出机制造厂往往既生产不排气的挤出机，同时又生产同样直径的排气挤出机，形成了独立的两个系列。在我国也已经开始生产了不同直径的排气挤出机，在塑料工业中日益得到了广泛地运用。

挤出机螺杆的工作原理

从整体上说挤出机螺杆理论虽然已经算很成熟了，但仍有进步的空间。从它的挤出过程的研究,挤出机螺杆大概分三个环节:

1、聚合物在挤出过程中物态变化规律,输送原理固体熔体的输送排气真相和规律,建立起数学的物理的模型,用来指导挤出机螺杆的设计和挤出过程的优化.

2、要弄清楚两种以上的聚合物及物料在挤出过程中物态变化真实情况，混合形态，结构变化的过程,以及最后混合物与性能的关系.

3、作为挤出机螺杆，挤出反应成型时的反应过程、速度、性能与螺杆构型、操作条件之间的内在联系,建立模型,用来指导反应成型挤出。

挤出机螺杆

通常可以这样讲，螺杆是挤压机挤出机最重要的部件，它不仅决定挤压机的熟化和糊化功能强度，而且还决定最终成品的质量。不同的螺杆，有不同的挤压功能。螺杆的挤压功能，决定于螺杆的设计参数。螺杆的各种设计参数。

螺纹节距(t)，是两个相邻螺纹轮廓上对应点之间的距离；螺纹旋转1周，螺纹线在轴向上推进的距离(螺距n)，以螺纹节距计量的倍数，称为顺向螺槽数，或称为螺纹头数。单头螺纹

的螺杆，螺距等于螺纹节距；双头螺纹的螺杆，螺距等于两倍螺纹节距；三头螺纹的螺杆，螺距等于三倍螺纹节距。多头螺纹的螺杆，能增大运送能力和粘性流(Qd)。在螺杆连续地混合和运送物料的过程中，螺杆产生机械摩擦作用和热量，从而物料将产生熔化。

挤出机料筒

围包在螺杆外面的螺套，可制成整体结构，但通常配装夹套，藉以用作蒸气或过热油的循环加热，或用作循环水冷却，其目的是使挤压机能准确地调节各工作区段的温度。大多数的螺套，都配装压力传感器和温度传感器，并配装温度控制装置。螺套内表面通常制成凹槽形状，有的是直线型凹槽，有的是螺线型凹槽。螺线型凹槽，产生助推的顺流，而直线型凹槽，则阻碍顺流。因而，直线型凹槽会导致较低的流速，但其机械剪切作用则更大。螺杆与其螺套之间的间隙距离，通常保持在最小程度，藉以减少渗漏流。

塑料挤出机中螺杆分几种类型？

按螺杆结构和螺纹部分的几何形状不同，可把螺杆分为普通型螺杆、新型螺杆和排气型螺杆。

1、普通型螺杆一种应用最多、最常见型螺杆，广泛地应用在各种类型挤出机中。按螺杆上的螺距和螺纹深浅，又可分为螺距相等而螺纹槽深不等型，螺距不等而螺纹槽深相等型及螺距、螺纹槽深均不相等型螺杆。

2、新型螺杆与普通螺杆相比，它的不同之处是：在螺杆的螺纹部位设置些非螺纹元件，如加些圆销钉或再加一条与原螺纹距不同的螺纹，用以改进塑料的混合、塑化效果，提高物料的熔融塑化质量，缩短挤出时间，提高生产量。

3、排气型螺杆为了能够较顺利地排除被挤出物料中的空气、挥发性气体和水蒸气而专门设计的一种特殊型螺杆。

混炼头来加混色效果，还可采用菊花型射胶介子。

塑料挤出机螺杆

螺杆是挤塑机主机挤压系统的关键部件之一，它不仅起输送塑料的作用，同时对塑料的挤压、塑化、成型的难易也起着极其重要的作用，所以合理选用螺杆结构和参数是获得理想的产品质量和产量的重要环节。

一、螺杆的类型

为适应不同塑料加工的需要，螺杆的型式有很多种，常见的有以下几种：渐变型（等距不等深），渐变型（等深不等距），突变型，鱼雷头型等。

1. 螺杆的选择

螺杆型式的选用主要根据塑料的物理性能及挤塑机的生产技术规范来确定。

（1）非结晶型聚合物的软化是在一个比较宽的温度内完成的，一般选用等距渐变螺杆。结晶型聚合物熔融的温度范围比较窄，一般选用等距突变螺杆。

（2）在小型挤塑机上，如φ45挤塑机螺杆采用的是等距不等深的全螺纹型式，螺杆的长径比较小，主要用于挤出小截面的绝缘层和护套层，挤出速度较快。

（3）中型螺杆采用等距而螺纹深度渐变的全螺纹型式，它的长径比比小型螺杆大些，螺纹的节距相等，从根部起由浅到深。螺纹端部的螺纹较深，根部的螺纹较浅，这样塑料挤出量较多，又不影响螺杆强度，挤出速度快，塑料塑化好，是一般中小型挤塑机生产绝缘层和护套层的理想螺杆。

（4）大型螺杆直径一般在150mm以上，如φ150、φ200、φ250挤塑机。大型螺杆采用两种型式，一是等距不等深，如φ150、φ200挤塑机；二是螺杆分三段，即等距等深、等距不等深、不等距不等深，如φ250挤塑机，压缩比在2～3之间，长径比在15：1左右，主要用于生产大截面的电线电缆绝缘层和护套层。

二、螺杆的主要参数

螺杆的主要参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽宽度、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒之间的间隙等，这些参数对挤塑工艺和性能有很大影响。

1. 螺杆直径Ds

螺杆直径即螺纹的外径，挤塑机的生产能力（挤塑量）近似与螺杆直径的平方成正比，在其它条件相同时，螺杆直径少许增大，将引起挤出量的显著增加，其影响甚至比螺杆转数的提高对挤出量的影响还大。故常用螺杆直径来表征挤塑机规格大小的技术参数。

2. 螺杆长径比L/Ds

螺杆工作部分长度L与螺杆直径Ds之比称为长径比，在其它条件一定时（如螺杆直径），增大长径比就意味着增加螺杆的长度。L/Ds值大，温度分布合理有利于塑料的混合和塑化，此时塑料在机筒中受热的时间也较长，塑料的塑化将充分、更均匀。从而提高机塑质量。如果在塑化质量要求不变的前提下，长径比增大后，螺杆的转速可提高，从而增加了塑料的挤出量。但是，选择过大的长径比，螺杆消耗的功率将相应增大，而且螺杆和机筒的加工和装配鸡难度增加；螺杆弯曲的可能性也会增加，将会引起螺杆与机筒内壁的刮磨，降低使用寿命。另外，对于热敏性塑料，过大的长径比因停留时间长而热分解，影响塑料的塑化和挤出质量。因此，在充分利用长径比加大后的优点，选取时要根据加工塑料的物理性能和对产品的挤塑质量要求而定。

3. 压缩比ε

亦称为螺杆的几何压缩比，是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。它是由塑料的物理压缩比――即制品的密度与进料的表现密度之比来决定的。使挤塑机压缩

比较大，目的是为了使颗粒状塑料能充分塑化、压实。加工塑料的种类不同时，压缩比的选择也应不同。

按压缩比来分，螺杆的型式可分为三种：等距不等深、等深不等距、不等深不等距。其中等距不等深是最常用的一种，这种螺杆加工容易，塑料与机筒的接触面积大，传热效果好。

4. 螺旋升角θ

即螺纹与螺杆横断面的夹角。螺旋角太大保证不了塑化时间，降低螺杆的塑化质量，太小则螺纹密，螺槽容积减小，影响挤出量。对于送料段，30o螺旋角最合适于粉料；15o螺旋角合适于方形料粒；17o左右螺旋角合适于球状或柱状料粒。由均匀段理论分析得知，螺旋角30o时的挤出流率最高。实际上为了加工方便，多取螺旋角17o41′。

5. 螺距S和螺槽宽度W

螺距即螺纹的轴向距离，螺槽宽度即垂直于螺棱的螺槽宽度。在其它条件相同时，螺距和槽宽的变化，不但决定螺杆的螺旋角，而且还影响螺槽的容积，从而影响塑料的挤出量和塑化的程度。螺槽宽度加大则意味着螺棱宽度减小，螺槽容积相应增大，挤出量提高；同时螺棱宽度减小，螺杆旋转摩擦阻力减小，所以功率消耗低。

6. 螺槽深度H

即螺纹外半径于根部半径之差。根据压缩比的要求，加料段槽深大于熔融段，熔融段槽深又大于均化段。加料段螺槽深度大，有利于提高其输送能力；但槽深太深，一则使螺杆强度下降，导致螺杆在较大扭力作用下发生剪断；二则太深使塑料在槽间混合不均、搅拌不匀，影响热传导和热平衡，导致螺杆塑化能力下降。而熔融段和均化段螺槽渐浅，螺杆对物料产生较高的剪切速率，有利于筒壁向物料传热和物料的混合、塑化；但是太浅，螺槽容积减小，直接影响挤出量。

7. 螺杆与机筒的间隙δ

即机筒内径与螺杆外径之差的一半。螺杆与机筒间隙的大小，对挤塑质量和产量都有很大的影响，特别是对塑化起着主要作用。当螺杆与机筒的间隙太大时，尤其时均化段间隙增大，则塑料的逆流、漏流现象增加，不但引起挤出压力的波动，影响挤出量；而且由于这些回流的增加，使塑料过热，这是由于摩擦加剧的结果，这种过热，尤其发生在散热不良的环境中，往往导致塑料分解，造成塑化差、成型困难。因此，螺杆与机筒间隙一般控制在0.1～0.6mm 间。

8. 螺杆头部结构

螺杆头部的形状和几何尺寸，与物料能否平衡的从螺杆进入机头，能避免滞流，以免局部物料受热时间过长而产生热分解现象等。不同形状的螺杆头，在挤塑过程中，塑料从螺杆进入机头时的流动方式也不同。从旋转运动变为直线运动，这时靠筒壁处的塑料流动慢，在中心处的流动快，根据塑料的流动状态，螺纹深度和两侧的圆弧半径可以相应变化，以适应螺杆

各段的要求。螺杆头部常采用锥角较小的锥体形状，为了增加搅拌作用，可在锥体形状上制成与螺杆均化段连续的螺纹。

9. 螺杆螺纹的头数

在其它条件相同时，多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大，攫取物料的能力较强，并可降低塑料熔体的倒流现象。但螺纹全部都是多头螺纹时，会由于各条螺槽的熔融、均化或对熔体输送能力不一致，容易引起挤出量波动和压力波动，不利于挤出质量。所以，有时只是为了提高加料段攫取物料的能力，在加料段设置双头螺纹，以提高塑料粒子的输送能力。

如何判断挤出机螺杆产量的高低

产量是衡量挤出机螺杆性能优劣的一个主要指标。但是仅仅强调改进后的螺杆比原有螺杆产量提高的百分比是意义不大的，因为比较的基准是不明确的。从流体动力学理论我们知道：用螺棱间隙较小的螺杆代替原来已经磨损的螺杆，产量也会有较大的提高。为了能准确地反映螺杆这方面的性能，一般可以从下列四个方面进行比较。

1. 比流量（Q/n），即在质量合格的前提下比较不同螺杆单位转速下的产量。由于实际产量Q（kg、Hr）和转速（rpm）都可以测出，因此比流量Q/n是很容易计算的，他的单位为(kg/Hr)/rpm,即螺杆每转时的小时产量. 如果Q/n值太小,那么其他的比较都失去意义,因为这意味着螺杆设计不合理,或者是工艺操作条件不合理，或者是工艺操作条件不合理。例如对ф65挤出机来说，Q/n值低于0.24恐怕是低了一些;而对ф90挤出机来说,Q/n值最好能达到2以上,Q是带机头挤出聚乙烯时的产量。当然这些参考数字只适用于目前枪口，降了它是会被突破的。

2. 输送效率η，即实际产量Q和理论产量Q1之比。η=Q/Q1 实际产量可以测量出来，而理论产量Q1的计算方法和公式却又很多，目前一般采用一种简化了的理论公式：Q1=FπDpmn=0.06(S-B)H3(D-H3)πpmn (7-2) 式(7-2)的物理意义为螺杆每一转输送一圆环状塑料,该圆环的平均直径为D,截面积F=(S-b)Ha,式中S,b,Ha 和D分辨是以cm计算的螺距,螺棱轴向距离,计量段螺槽深度和螺杆直径,n为每分钟转速,理论产量的单位为kg/Hr,P为熔料密度,几种产热塑性塑料的密度. 当螺杆参数和密度以知时,分母为常量,因此比流量Q/n便与输送效率η,了联系起来了,而且明显地成正比关系。即比流量愈大时输送效率也必然俞高。因此，我们用测量比流量的办法便可简介地比较其输送效率的大小。对螺杆设计来说，输送效率的概念是一个很重要的概念，它反映了螺杆挤压系统的综合性能。根据试验：在正常情况下光滑机筒的输送效率为0.30-0.50，高于0.50不太可能，地域0.30是不经济的。必须指出，当挤出机加料段机筒上开设了纵向矩形沟槽并且强力冷却之后，比流量和输送效率都会有较大的提高。这种系统(IKV系统)与光滑机筒系统的工作原理是不同的，后者是按流体动力学理论来计算理论生产率，因此是在计量段进行计算的；而前者的生产率却是由加料段决定的。

3.最高产量Qmax螺杆设计者追求的主要目标是在保证质量的前提下得到尽可能高的产量。在比较两根螺杆的最大产量Qmax时可用式（7-4）来计算每根螺杆的最大

产量。Qmax=0.85nmax（Q/n）(7-4) 考虑到一般挤出机正常运转速度为设计最高转速的85%左右,因此在式(7-4)中乘以系数0.85。

4.螺杆特性的”硬度”,所谓螺杆特性的”硬度”指的是在机头压力升高时产量降低的情况.可以看出:a螺杆的特性比b螺杆为佳.这就是说,当机头压力升高时,a螺杆的产量下降较少。

挤出机螺杆从功能上分为3段

从功能上分挤出机螺杆可以分为3段：加料段、压缩段和均化段。

子一螺纹螺距LI、LZ、h一加料段螺纹深度h厂均化段螺纹深度口一外直径L厂加料段、压缩段和均化段L一螺杆有效长度.

①加料段：其作用是迅速输送料斗加进的塑料切片。该段螺槽容积一般不变，塑料处于固态。通常螺槽没有被物料完全填满，添满的程度与物料的形状、干湿程度、加料装置等有关。

②压缩段（塑化段）：主要作用是压实、塑化加料段输送过来的松散料，并排出夹带来的空气。该段螺槽容积逐渐变小或突然变小，塑料在这一段逐渐由固体状态转化为熔融状态，成为连续的钻流体，输送到均化段。

③均化段（计量段）：主要作用是把压缩段送来的熔融物料进一步塑化均匀，并定最、定压地从机头均匀挤出管料。

(3）辅机部分机头以后的部分称为辅机，辅机部分一般都包括：机头、冷却和定型装置、牵引装置、切割装置和卷取装置。

简易挤出机螺杆的制造加工工艺技术

简易挤出机螺杆的机械加工比标准挤出机螺杆的机械加工简单。用45#钢制造简易挤出机螺杆工艺顺序如下。

①用45#圆钢下料(留出工艺夹量)。

②车一端面，钻标准中心顶尖孔。

③粗车各部，留出l～2mm精车量。

④正火处理，HB=169～217。

⑤精车各部至尺寸。外圆粗槠度Ra应不大于1.6um。螺纹两侧及根径表面粗糙度Ra应不大于0. 8um。挤出机螺杆的几何形状及尺寸精度应符合GB 1184标准中7级精度要求。对于维修配制螺杆可按8级精度制造。

⑥螺杆螺纹外圆淬火。简便的方法是：把螺杆水平放在角钢内，用手转动螺杆，用水焊火焰烤螺纹外圆至橘黄色，立即用水淬火。就这样一边火焰烤，加热至橘黄色表面，一边用手转动螺杆，一边用水管浇冷水，直至全部加热淬火完成(淬过火的表面，用锉刀试验——在上面打滑)。

⑦铣螺杆轴部分键槽。

⑧钳工修整、去毛刺。

挤出机螺杆车削加工螺纹时应注意事项如下。

用车床车削加工螺杆的螺纹时，为了得到深浅不同的螺纹槽深，在装夹挤出机螺杆时尾座必须转动一个角度。这个角度大小的调整是在加工螺纹槽深度时，根据螺杆的加料段和均化段螺纹槽深度的比值来进行。由于尾座顶尖锥点与主轴是在同一个中心线上，这样，尾座调转角度后，与主轴中心线就有一个交叉值。为了消除这个两零件间的不同心交叉值，在用四爪卡盘夹螺杆轴时，在卡盘爪与螺杆轴间各垫一个直径相同的钢球，这时，卡盘爪是通过钢球夹紧螺杆轴。这样，虽然用顶尖顶住螺杆轴中心孔的一端尾座搬转了一个角度，另一端轴可在卡盘爪内自动调整位置。保证螺杆被切削加工时旋转的同心度。