近年來(lái)，隨著PVC塑料制品開(kāi)發(fā)應(yīng)用的迅速增長(zhǎng)，人們對(duì)PVC制品擠出成型設(shè)備及工藝的研究也越來(lái)越多。眾所周知，PVC是一種多組分無(wú)定型結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料，其軟化點(diǎn)接近于分解溫度，熱穩(wěn)定性較差。因此，人們?cè)赑VC制品擠出過(guò)程中選擇單螺桿擠出機(jī)的螺桿型式時(shí)，一般都選擇傳統(tǒng)的三段式漸變型螺桿結(jié)構(gòu)。事實(shí)證明，采用傳統(tǒng)的漸變型螺桿擠出PVC制品，在工藝上及擠出過(guò)程中很難滿足物料共混改性、填充改性、著色混合、均化和低溫?cái)D出的要求，另外還難以提高擠出能力。
根據(jù)PVC加工過(guò)程中的工藝特點(diǎn)及制品配方要求，將用于烯烴類熱塑性塑料擠出的新型結(jié)構(gòu)螺桿用于PVC制品的擠出成型，獲得了很好的效果。本人將分流型、屏障型、分離型及變流道型螺桿用于不同的PVC制品擠出，很好地解決了普通結(jié)構(gòu)螺桿擠出過(guò)程中難以解決的混合、改性、著色、均化和低溫?cái)D出等問(wèn)題，并且提高了擠出能力。本文結(jié)合近年來(lái)采用新型結(jié)構(gòu)螺桿在PVC制品擠出成型設(shè)備中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)做如下介紹。
1、分流型螺桿在PVC制品擠出成型中的應(yīng)用
分流型螺桿的結(jié)構(gòu)型式很多，銷釘螺桿是一種典型的分流型結(jié)構(gòu)螺桿。在物料擠出過(guò)程中，被擠出物料在分流型螺桿的分流元件處通過(guò)一次次的分流，使物料產(chǎn)生摩擦熱及環(huán)流，從而實(shí)現(xiàn)均化混合擠出。根據(jù)分流型螺桿的特點(diǎn)及擠出原理，許多人認(rèn)為此結(jié)構(gòu)螺桿僅適合加工結(jié)晶型塑料，而不適合加工無(wú)定型結(jié)構(gòu)的熱塑性塑料。
然而近年來(lái)，筆者在研究設(shè)計(jì)工作中多次將分流型結(jié)構(gòu)螺桿成功地用于HPVC的擠出成型。例如，大慶某公司引進(jìn)國(guó)外HPVC單螺桿(普通結(jié)構(gòu))擠出生產(chǎn)線，使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)螺桿磨損嚴(yán)重，產(chǎn)品擠出能力及質(zhì)量下降，并且擠出過(guò)程中物料混合效果及塑化能力均不夠理想。經(jīng)對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行考察，并根據(jù)擠出制品工藝條件和配方情況，采用分流型銷釘螺桿對(duì)其進(jìn)行改造，并更換螺桿。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行證明，分流型銷釘螺桿在HPVC制品的擠出過(guò)程中可使被擠物料得到充分混合、均化，塑化質(zhì)量及制品的性能指標(biāo)得到明顯改善。另外，在擠出中還發(fā)現(xiàn)，采用新型結(jié)構(gòu)螺桿在擠出過(guò)程中所需擠出工藝溫度低于原普通結(jié)構(gòu)螺桿的擠出成型工藝溫度，并且擠出制品在同等條件下產(chǎn)量提高。采用分流型銷釘螺桿擠出HPVC制品獲得成功后，又對(duì)半硬PVC制品進(jìn)行擠出試驗(yàn)，同樣獲得滿意的效果。
采用分流型銷釘螺桿擠出HPVC制品能獲得成功是因?yàn)槲锪显跀D出過(guò)程中充分利用分流元件的分流作用，在分流過(guò)程中，被擠出物料中的微小碎塊在熔融過(guò)程中不斷從熔融料中吸收熱量，從而使整個(gè)熔融物料的溫度降低，同時(shí)在擠出過(guò)程中使物料得到多次充分混合，從而獲得混合均勻、塑化良好的擠出制品。
設(shè)計(jì)分流型銷釘結(jié)構(gòu)螺桿用于PVC制品加工，要充分考慮物料成型工藝及配方特點(diǎn)，正確選擇分流元件銷釘?shù)奈恢?、?shù)量和銷釘環(huán)流面積的大小，及其對(duì)擠出成型所需功率的影響，并結(jié)合擠出模具的口模特性，正確選擇螺桿的螺槽深度，優(yōu)化各有關(guān)參數(shù)。
2、分離型螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
分離型螺桿是根據(jù)物料傳熱原理研究開(kāi)發(fā)的一種新型螺桿。螺桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是整條螺桿由兩條螺紋組1：00-a12xadc腿丨Electonic命ishing成，合配和胯計(jì)兩條主副螺紋，可使物料程中形成固液相分離，并將固相物料全部留存于固相螺槽中，而固相中的氣體則在壓力作用下向后自料中逸出，減少或消除制品中的氣泡。采用分離型螺桿擠出制品的過(guò)程中不存在固相破裂現(xiàn)象，因此使擠出成型過(guò)程中的壓力波動(dòng)極小。
有關(guān)報(bào)道，分離型螺桿僅可用于烯烴類塑料的擠出。分離型螺桿是否可用于PVC制品的擠出，經(jīng)過(guò)分析其擠出原理和螺桿結(jié)構(gòu)并通過(guò)試驗(yàn)，證明可采用分離型螺桿加工軟PVC制品。這是由于在擠出過(guò)程中，分離型螺桿能將物料固液相分離，在此過(guò)程中同時(shí)增大物料固體床與熱機(jī)筒內(nèi)表面熔膜的熱交換面積，而熔料的熱交換面積減少。另外，由于分離型螺桿的螺槽相對(duì)較深，這使物料在擠出過(guò)程中承受的剪切熱也較低，從而保證了加工PVC制品的質(zhì)量。采用分離型螺桿可改善在不同壓力條件下不同模具口模特性的適應(yīng)性。實(shí)踐證明，在單螺桿塑料擠出機(jī)中配置分離型螺桿擠出軟PVC制品的擠出效果遠(yuǎn)優(yōu)于普通型螺桿的擠出效果。
值得注意的是，并不是每種分離型螺桿結(jié)構(gòu)都適合于PVC的成型擠出。在實(shí)際設(shè)計(jì)和試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有兩種結(jié)構(gòu)的分離型螺桿可用于軟PVC制品的擠出。一種結(jié)構(gòu)是主副螺紋升程相等，螺槽的液相槽及固相槽寬度保持不變，從壓縮段開(kāi)始固相槽深度逐漸變淺，而液相槽逐漸變深至均化段結(jié)束;另一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的固液槽在物料通過(guò)固液相的轉(zhuǎn)換處不能使固相螺槽與液相螺槽的螺棱封死，并且注意合理地選擇分離段螺槽的長(zhǎng)度和深度，以免造成物料停留時(shí)間過(guò)久而使物料分解。由此可見(jiàn)，合理選擇分離型螺桿結(jié)構(gòu)是PVC制品成型擠出的重要條件。
3、屏障型螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
在普通螺桿某一位置設(shè)置屏障段元件，可以實(shí)現(xiàn)在擠出過(guò)程中將物料殘余固相徹底熔融和均化的目的，這種結(jié)構(gòu)螺桿被稱作屏障型螺桿。分析這種螺桿結(jié)構(gòu)和工作原理可以發(fā)現(xiàn)，螺桿中的屏障結(jié)構(gòu)在擠出過(guò)程中主要以剪切功能為主，混合作用為輔。根據(jù)塑料制品成型加工工藝可知，以剪切功能為主的屏障型螺桿用來(lái)加工PVC塑料難度很大。但是實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，物料在擠出過(guò)程中，通過(guò)合理設(shè)置的屏障元件，可使熔融物料承受的剪切時(shí)間縮短，從而使剪切引起的料溫增加有限，并使料流在屏障元件內(nèi)形成一定旋渦狀環(huán)流增加混合作用，促使物料得到進(jìn)一步塑化，并保持壓時(shí)提高擠出能力。
擠出PVC制品的屏障型螺桿主體部分可采用普通漸變螺桿，也可采用單波波狀螺桿，而螺桿頭部采用斜槽屏障結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)屏障型螺桿時(shí)取屏障段的長(zhǎng)度為螺桿有效長(zhǎng)度的1015%并且在屏障段斜槽處設(shè)計(jì)的螺槽深度應(yīng)大于螺桿均化段的螺槽深度。斜槽式屏障元件的主要特點(diǎn)是視屏元件的斜槽為大導(dǎo)程的螺紋升角，物料停流時(shí)間短，壓力損失小，料流穩(wěn)定，自潔性能好，不易存料，并且混合均化效果好。實(shí)踐證明，結(jié)合PVC制品配方和擠出工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)屏障型螺桿，在擠出物料過(guò)程中加工成型工藝溫度較低，擠出過(guò)程中的物料徑向溫差小，剪切熱低，溫度易控，并且擠出制品的性能指標(biāo)明顯提高。特別是對(duì)混合及分散要求較高的制品擠出成型十分有利。
4、變流道型螺桿在PVC制品擠出中的應(yīng)用
變流道螺桿結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在擠出過(guò)程中使被擠出物料在螺桿流道截面形狀及截面尺寸上的變化來(lái)保證物料塑化和混煉增加的目的。波狀螺桿是這種結(jié)構(gòu)典型的代表。波狀螺桿可分為單波結(jié)構(gòu)和雙波結(jié)構(gòu)兩種型式。分析波狀螺桿幾何結(jié)構(gòu)和工作特性可以發(fā)現(xiàn)，在擠出過(guò)程中，物料在波狀螺桿不同截面處的停留時(shí)間及剪切作用大小與螺桿幾何結(jié)構(gòu)處的波峰有著密切關(guān)系。在擠出過(guò)程中，當(dāng)物料處于螺桿波峰的螺槽深處時(shí)，物料停留時(shí)間長(zhǎng)，剪切作用小，而當(dāng)物料處于螺桿波峰的螺槽淺處時(shí)，與其作用相反。
由于波狀螺桿特有的幾何結(jié)構(gòu)而使物料流動(dòng)無(wú)死角，自潔性能好，可保證物料在擠出過(guò)程中的充分混合效果和塑化質(zhì)量，并且可以實(shí)現(xiàn)低溫?cái)D出。
采用單波和雙波結(jié)構(gòu)的螺桿在同一擠出機(jī)上使用同一pvc制品配方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明兩者擠出效果有差異。采用雙波結(jié)構(gòu)螺桿擠出不論是塑化質(zhì)量、混合效果、分散性還是擠出能力均優(yōu)于單波結(jié)構(gòu)螺桿。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和研究發(fā)現(xiàn)，使用波狀螺桿擠出PVC制品過(guò)程中，由于波狀螺桿的特殊幾何結(jié)構(gòu)及擠出機(jī)理，從而使物料能在較短時(shí)間內(nèi)得到充分混合，并獲得好的塑化效果。但由于單波螺桿與雙波螺桿的結(jié)構(gòu)有一定差異，導(dǎo)致物料輸送過(guò)程的變化不同，雙波結(jié)構(gòu)螺桿中的物料流連續(xù)分離并重新會(huì)合的機(jī)會(huì)高于單波結(jié)構(gòu)螺桿，從而使得混合煉相對(duì)加長(zhǎng)，更加有利于物料的擠出。
選用變流道結(jié)構(gòu)螺桿擠出PVC制品時(shí)，必須考慮力降不過(guò)大實(shí)現(xiàn)高速狀態(tài)下低溫及穩(wěn)定擠出同hhg擠出制品弈型工藝和配方特點(diǎn)遍夠正確地選擇波狀螺桿結(jié)構(gòu)，從而使擠出過(guò)程中物料混合均勻、塑化良好，并可以解決擠出過(guò)程中的著色不均勻問(wèn)題。
5、結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)擠出工作原理分析及實(shí)驗(yàn)表明，以上所述新型結(jié)構(gòu)螺桿可用于pvc制品的擠出成型。但是值得注意的是，采用新型結(jié)構(gòu)螺桿擠出PVC制品必須要考慮擠出制品的成型工藝條件和配方特點(diǎn)。另外當(dāng)評(píng)價(jià)一種新型結(jié)構(gòu)螺桿的性能時(shí)，不僅要考慮其擠出率的高低，還要考慮擠出過(guò)程中的能量消耗、塑化質(zhì)量、物料徑向溫差、擠出壓力和擠出速率是否穩(wěn)定等因素。
此外，還要考慮螺桿的使用壽命、加工工藝性和生產(chǎn)成本等因素。綜上所述，可以斷定采用新型結(jié)構(gòu)螺桿用于PVC制品的擠出，可以大大拓寬單螺桿塑料擠出機(jī)在PVC制品擠出領(lǐng)域的應(yīng)用，并隨著人們對(duì)擠出成型理論和螺桿結(jié)構(gòu)的深入研究，將會(huì)有更多用于PVC制品擠出的新型螺桿問(wèn)世。
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