新型結構螺杆在PVC製品擠出中的應用

瀏覽次數：7331 發布時間：2016年02月01日 11:03:58

[導讀] 近年來，隨著PVC塑料製品開發應用的迅速增長，人們對PVC製品擠出成型設備及工藝的研究也越來越多。眾所周知，PVC是一種多組分無定型結構的熱塑性塑料，其軟化點接近於分解溫度，熱穩定性較差。

近年來，隨著PVC塑料製品開發應用的迅速增長，人們對PVC製品擠出成型設備及工藝的研究也越來越多。眾所周知，PVC是一種多組分無定型結構的熱塑性塑料，其軟化點接近於分解溫度，熱穩定性較差。因此，人們在PVC製品擠出過程中選擇單螺杆擠出機的螺杆型式時，一般都選擇傳統的三段式漸變型螺杆結構。事實證明，采用傳統的漸變型螺杆擠出PVC製品，在工藝上及擠出過程中很難滿足物料共混改性、填充改性、著色混合、均化和低溫擠出的要求，另外還難以提高擠出能力。

根據PVC加工過程中的工藝特點及製品配方要求，將用於烯烴類熱塑性塑料擠出的新型結構螺杆用於PVC製品的擠出成型，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杆用於不同的PVC製品擠出，很好地解決了普通結構螺杆擠出過程中難以解決的混合、改性、著色、均化和低溫擠出等問題，並且提高了擠出能力。本文結合近年來采用新型結構螺杆在PVC製品擠出成型設備中的設計和應用經驗做如下介紹。

1、分流型螺杆在PVC製品擠出成型中的應用
分流型螺杆的結構型式很多，銷釘螺杆是一種典型的分流型結構螺杆。在物料擠出過程中，被擠出物料在分流型螺杆的分流元件處通過一次次的分流，使物料產生摩擦熱及環流，從而實現均化混合擠出。根據分流型螺杆的特點及擠出原理，許多人認為此結構螺杆僅適合加工結晶型塑料，而不適合加工無定型結構的熱塑性塑料。

然而近年來，筆者在研究設計工作中多次將分流型結構螺杆成功地用於HPVC的擠出成型。例如，大慶某公司引進國外HPVC單螺杆(普通結構)擠出生產線，使用一段時間後發現螺杆磨損嚴重，產品擠出能力及質量下降，並且擠出過程中物料混合效果及塑化能力均不夠理想。經對設備情況進行考察，並根據擠出製品工藝條件和配方情況，采用分流型銷釘螺杆對其進行改造，並更換螺杆。經過一段時間的運行證明，分流型銷釘螺杆在HPVC製品的擠出過程中可使被擠物料得到充分混合、均化，塑化質量及製品的性能指標得到明顯改善。另外，在擠出中還發現，采用新型結構螺杆在擠出過程中所需擠出工藝溫度低於原普通結構螺杆的擠出成型工藝溫度，並且擠出製品在同等條件下產量提高。采用分流型銷釘螺杆擠出HPVC製品獲得成功後，又對半硬PVC製品進行擠出試驗，同樣獲得滿意的效果。

采用分流型銷釘螺杆擠出HPVC製品能獲得成功是因為物料在擠出過程中充分利用分流元件的分流作用，在分流過程中，被擠出物料中的微小碎塊在熔融過程中不斷從熔融料中吸收熱量，從而使整個熔融物料的溫度降低，同時在擠出過程中使物料得到多次充分混合，從而獲得混合均勻、塑化良好的擠出製品。

設計分流型銷釘結構螺杆用於PVC製品加工，要充分考慮物料成型工藝及配方特點，正確選擇分流元件銷釘的位置、數量和銷釘環流麵積的大小，及其對擠出成型所需功率的影響，並結合擠出模具的口模特性，正確選擇螺杆的螺槽深度，優化各有關參數。

2、分離型螺杆在PVC製品擠出中的應用
分離型螺杆是根據物料傳熱原理研究開發的一種新型螺杆。螺杆結構特點是整條螺杆由兩條螺紋組1：00-a12xadc腿丨Electonic命ishing成，合配和胯計兩條主副螺紋，可使物料程中形成固液相分離，並將固相物料全部留存於固相螺槽中，而固相中的氣體則在壓力作用下向後自料中逸出，減少或消除製品中的氣泡。采用分離型螺杆擠出製品的過程中不存在固相破裂現象，因此使擠出成型過程中的壓力波動極小。

有關報道，分離型螺杆僅可用於烯烴類塑料的擠出。分離型螺杆是否可用於PVC製品的擠出，經過分析其擠出原理和螺杆結構並通過試驗，證明可采用分離型螺杆加工軟PVC製品。這是由於在擠出過程中，分離型螺杆能將物料固液相分離，在此過程中同時增大物料固體床與熱機筒內表麵熔膜的熱交換麵積，而熔料的熱交換麵積減少。另外，由於分離型螺杆的螺槽相對較深，這使物料在擠出過程中承受的剪切熱也較低，從而保證了加工PVC製品的質量。采用分離型螺杆可改善在不同壓力條件下不同模具口模特性的適應性。實踐證明，在單螺杆塑料擠出機中配置分離型螺杆擠出軟PVC製品的擠出效果遠優於普通型螺杆的擠出效果。

值得注意的是，並不是每種分離型螺杆結構都適合於PVC的成型擠出。在實際設計和試驗中發現，有兩種結構的分離型螺杆可用於軟PVC製品的擠出。一種結構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，從壓縮段開始固相槽深度逐漸變淺，而液相槽逐漸變深至均化段結束;另一種結構設計的固液槽在物料通過固液相的轉換處不能使固相螺槽與液相螺槽的螺棱封死，並且注意合理地選擇分離段螺槽的長度和深度，以免造成物料停留時間過久而使物料分解。由此可見，合理選擇分離型螺杆結構是PVC製品成型擠出的重要條件。

3、屏障型螺杆在PVC製品擠出中的應用
在普通螺杆某一位置設置屏障段元件，可以實現在擠出過程中將物料殘餘固相徹底熔融和均化的目的，這種結構螺杆被稱作屏障型螺杆。分析這種螺杆結構和工作原理可以發現，螺杆中的屏障結構在擠出過程中主要以剪切功能為主，混合作用為輔。根據塑料製品成型加工工藝可知，以剪切功能為主的屏障型螺杆用來加工PVC塑料難度很大。但是實踐中發現，物料在擠出過程中，通過合理設置的屏障元件，可使熔融物料承受的剪切時間縮短，從而使剪切引起的料溫增加有限，並使料流在屏障元件內形成一定旋渦狀環流增加混合作用，促使物料得到進一步塑化，並保持壓時提高擠出能力。

擠出PVC製品的屏障型螺杆主體部分可采用普通漸變螺杆，也可采用單波波狀螺杆，而螺杆頭部采用斜槽屏障結構。在設計屏障型螺杆時取屏障段的長度為螺杆有效長度的1015%並且在屏障段斜槽處設計的螺槽深度應大於螺杆均化段的螺槽深度。斜槽式屏障元件的主要特點是視屏元件的斜槽為大導程的螺紋升角，物料停流時間短，壓力損失小，料流穩定，自潔性能好，不易存料，並且混合均化效果好。實踐證明，結合PVC製品配方和擠出工藝特點設計屏障型螺杆，在擠出物料過程中加工成型工藝溫度較低，擠出過程中的物料徑向溫差小，剪切熱低，溫度易控，並且擠出製品的性能指標明顯提高。特別是對混合及分散要求較高的製品擠出成型十分有利。

4、變流道型螺杆在PVC製品擠出中的應用
變流道螺杆結構的特點是在擠出過程中使被擠出物料在螺杆流道截麵形狀及截麵尺寸上的變化來保證物料塑化和混煉增加的目的。波狀螺杆是這種結構典型的代表。波狀螺杆可分為單波結構和雙波結構兩種型式。分析波狀螺杆幾何結構和工作特性可以發現，在擠出過程中，物料在波狀螺杆不同截麵處的停留時間及剪切作用大小與螺杆幾何結構處的波峰有著密切關係。在擠出過程中，當物料處於螺杆波峰的螺槽深處時，物料停留時間長，剪切作用小，而當物料處於螺杆波峰的螺槽淺處時，與其作用相反。

由於波狀螺杆特有的幾何結構而使物料流動無死角，自潔性能好，可保證物料在擠出過程中的充分混合效果和塑化質量，並且可以實現低溫擠出。

采用單波和雙波結構的螺杆在同一擠出機上使用同一pvc製品配方進行實驗，結果表明兩者擠出效果有差異。采用雙波結構螺杆擠出不論是塑化質量、混合效果、分散性還是擠出能力均優於單波結構螺杆。對實驗進行分析和研究發現，使用波狀螺杆擠出PVC製品過程中，由於波狀螺杆的特殊幾何結構及擠出機理，從而使物料能在較短時間內得到充分混合，並獲得好的塑化效果。但由於單波螺杆與雙波螺杆的結構有一定差異，導致物料輸送過程的變化不同，雙波結構螺杆中的物料流連續分離並重新會合的機會高於單波結構螺杆，從而使得混合煉相對加長，更加有利於物料的擠出。

選用變流道結構螺杆擠出PVC製品時，必須考慮力降不過大實現高速狀態下低溫及穩定擠出同hhg擠出製品弈型工藝和配方特點遍夠正確地選擇波狀螺杆結構，從而使擠出過程中物料混合均勻、塑化良好，並可以解決擠出過程中的著色不均勻問題。

    5、結束語
    根據擠出工作原理分析及實驗表明，以上所述新型結構螺杆可用於pvc製品的擠出成型。但是值得注意的是，采用新型結構螺杆擠出PVC製品必須要考慮擠出製品的成型工藝條件和配方特點。另外當評價一種新型結構螺杆的性能時，不僅要考慮其擠出率的高低，還要考慮擠出過程中的能量消耗、塑化質量、物料徑向溫差、擠出壓力和擠出速率是否穩定等因素。

    此外，還要考慮螺杆的使用壽命、加工工藝性和生產成本等因素。綜上所述，可以斷定采用新型結構螺杆用於PVC製品的擠出，可以大大拓寬單螺杆塑料擠出機在PVC製品擠出領域的應用，並隨著人們對擠出成型理論和螺杆結構的深入研究，將會有更多用於PVC製品擠出的新型螺杆問世。

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