高手进阶：如何设计注塑机螺杆

呼延灼

为了实现喂料、熔融和计量之间的平衡，有必要在每一段的设计中，使用经过验证的计算和测试经验数据。只是在一段或另一段中改变几个尺寸，可能会导致意想不到的结果。

这包括一些如熔融开始、在机筒轴向各个位置的压力发展、熔融物料的黏度和温度的信息，以及机筒壁的厚度﹑热电偶放置和机筒内壁的温度等信息。熔化速率的计算还需要各种温度下完整的聚合物黏度数据﹑热传导性和比热曲线幂律和一致性指数以及熔化热。

笔者曾经进行过“简化”的熔化速率计算，完成分析需要近100个数据。这一计算结合了聚合物中黏性热的产生﹑聚合物的输送﹑压力的发展，以及刮壁热交换器热力学的几个计算。

对于喂料段，面临的挑战就更大了。所需的数据很少公布，因而很难获得，也很难把它们应用于喂料的基本体积计算中。进行一个基本分析需要一些数据，比如平均粒径﹑堆积﹑聚合物颗粒之间的摩擦﹑聚合物颗粒与螺杆和机筒之间的摩擦，以及进料喉和机筒的内壁温度。因此，喂料分析几乎完全是经验性的，如果没有大量的仪器仪表及检测，这些数据中的许多几乎是不可能获得的。

不幸的是，“压缩比”的概念往往是喂料分析中的唯一要素。这是一个冒险且不准确的方法，因为压缩比仅考虑喂料段相对输送段的体积，而所有其他影响喂料速率的方面都被忽略了。此外，压缩比通常会影响熔化速率，可能会引入一些意想不到的后果。

当螺杆的这些不同功能处于不平衡状态时，各种负面的性能问题就会产生。其中一个最常见的问题是不稳定或波动。过度喂料可能会导致不稳定﹑螺杆/机筒的高磨损﹑高的熔体温度﹑过多的电力消耗以及非均匀的熔体；缺料则可能会导致不稳定﹑熔化速率不高和较低的输出。

同样的问题也影响熔化速率：过度进料可能会导致料道堵塞和由此产生的不稳定性、螺杆高磨损、电动机高负载和熔体均匀度差；反之，缺料可能会导致不良的熔化速率和差的熔体均匀度。

挤出段与前一段的匹配同样重要。挤出段设计不足或过度设计会影响挤出量、熔体温度、熔体稳定性和熔体均匀性。

每一个连续加工段取决于前一段的输出。不幸的是，无论计算和计算机分析多么精妙，第一段最难预测。很少有设计是在第一组计算中完成，并且通常至少有一个段必须进行调整，以达到平衡。

如果涉及混合段，需添加另一段以匹配前一段，并采用一组不同的计算，以确定混合器的有效性和输送能力。

综上所述，不考虑螺杆/机筒段之间所需的平衡而只改变几个个别的尺寸，这种做法可能会导致更多的问题需要解决。单螺杆挤出机尽管是一种相对简单的机械装置，但当把聚合物从固体加工到熔体时，其行为就变得比较复杂了。

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