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不是美女

2008-10-28 20:58

如何設計注射螺桿？

隨著人們對高分子化合物認識的不斷深化，注射螺桿有了很大發(fā)展。由于注射螺桿的技術(shù)性能是實現(xiàn)優(yōu)良注射塑化性能的關鍵，因此對于注射螺桿的合理設計顯得尤為重要。本文分析了注射螺桿主要技術(shù)參數(shù)及主要結(jié)構(gòu)與技術(shù)性能之間的關系，提出了注射螺桿主要技術(shù)參數(shù)確定的原則，結(jié)合作者的設計實際,從理論和實踐兩方面做了比較具體的分析與研究。

螺桿長徑比

螺桿長徑比是螺桿的一個十分重要的參數(shù),對于常用的通用螺桿而言，尤為重要。通用螺桿的長徑比由13~14，提高到18，現(xiàn)已提高到20~22，甚至達到26。

1、螺桿長徑比與注射行程

注射行程表達了注射量的大小，是一個重要的技術(shù)參數(shù)。注射過程中螺桿填充的物料量基本上是一個很不確定的因素。注射時，螺桿軸向前移，物料流入螺槽，但不能充滿螺槽，因為注射時間不足以滿足完全填滿螺桿溝槽所需的時間。由于物料填充稀疏，空氣易被吸入，此時空氣若不能及時排出，會使塑化質(zhì)量降低。通常，計量行程的大小是決定空氣能否進入儲料缸的主要因素。多種物料的研究表明，計量行程若大于3D，止回環(huán)后面會有夾氣產(chǎn)生。此時如果螺桿長徑比小于18（滿足3D的計量行程的螺桿長徑比），即加料段固體開始熔融的長度太短，則會使固體向壓縮段熔體轉(zhuǎn)變時殘留在熔體中的固體大量增加，在嚴重的情況下，甚至可造成輸送停止。因此要想獲得超過3D的計量行程，必須增加螺桿的有效長度，使固體料在加料過程中能夠有足夠的熔融路徑進行熔融，以減少熔體中固體含量，使熔體體積的組成與壓縮段的體積流組成相匹配，從而實現(xiàn)計量所要求的熔融體積大于螺桿螺槽中的熔融體積。一般情況下，螺桿長徑比達到20~25，可滿足計量行程大于3D的要求。另外為了能夠解決由于螺桿長徑比的增加而引起的加料夾氣問題，在螺桿設計上必須滿足塑化時固體塞的速度大于固體床的速度。現(xiàn)在，隨著螺桿設計及加工的進步，一般注塑機的注射行程由3D增加到4.5D~5D，有的甚至達到6.5D，螺桿的長徑比也由18增加到20~25，甚至更大，從而提高了塑化機構(gòu)的經(jīng)濟性。例如DEMAG公司的Ergotech系列，標準螺桿的注射行程為4.5D左右，螺桿塑化的有效長度為20D~24D，特殊螺桿的長徑比達到25，螺距與螺棱外徑之比為1：1。

2、螺桿長徑比與物料熔融特性

半結(jié)晶塑料的比熱焓比無定形塑料約高1.3~1.5倍，因此無定形塑料比半結(jié)晶塑料更易熔融，例如，ABS經(jīng)過7D路徑達到熔融，PS經(jīng)過10D路徑達到熔融，PE經(jīng)過14D路徑達到熔融，而PP 經(jīng)過23D路徑后熔融過程仍未結(jié)束。從上述現(xiàn)象中可以看出，不同的塑料由于其熔融特性不同，對螺桿的長徑比的要求也不同。例如用長徑比為18的普通螺桿塑化PP，塑化的質(zhì)量肯定不理想，以至于在模制品中會有未熔融的粒料，而用來塑化PE，卻能達到良好的熔融質(zhì)量。

現(xiàn)在隨著制品性能的提高，為克服通用螺桿性能的不足，專用螺桿應運而生，例如：PET螺桿、PC螺桿、PVC螺桿、熱固性塑料螺桿、EVA螺桿、PEEK螺桿等等。專用螺桿為適應特定對象的塑化，其長徑比基本上各不相同，螺桿的具體結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)也具有各自的特點。例如注射PET瓶坯的專用螺桿，為適應PET料的性能及提高瓶坯的質(zhì)量，螺桿的長徑比達到23D~26D。

3、螺桿長徑比與制品質(zhì)量特性

制品質(zhì)量要求不同，對螺桿長徑比的要求也不同。例如，一般的PC制品，螺桿的長徑比為20即能滿足塑化要求，而加工PC光導板，理想的螺桿長徑比應為23，以提高熔融質(zhì)量及計量精度；精密注射螺桿則要比通用螺桿的長徑比更大一些。

4、螺桿長徑比與剪切混煉元件

螺桿長徑比與剪切混煉元件雖各有各的功能，但在一定情況下，可以相互之間彌補不足。對剪切不敏感的塑料如PP的塑化，在螺桿長徑比不足的情況下，可以通過增加剪切/混煉元件提高熔融率，如使用多頭螺紋螺桿及屏障型螺桿。多頭螺紋螺桿及屏障型螺桿同單頭螺紋螺桿相比，優(yōu)點是機筒壁與固體床之間形成的熔體層不那么厚，因此增加了機筒到固體物的熱傳遞，從而有效地利用了能量。此外，屏障型螺桿表面還能把固體與熔體分開，且物料通過屏障螺紋受到一定的剪切，使熱輸入更有效。

對于對剪切敏感的高熱焓塑料的塑化，剪切/混煉元件不能代替螺桿長徑比的功能，必須使用足夠大的長徑比的螺桿，使物料具有較長的滯留時間，以吸收足夠的熱量，這樣才能得到足夠均化的熔體；加入較長纖維的塑料因纖維在塑化過程中往往受到集中剪切而破壞，所以也不能增加剪切/混煉元件。為達到較好的分散性和捏和性，應采用較大長徑比的螺桿。