1、塑料挤出成型技术 单螺杆挤出机固体输送 第二小组3136,单螺杆挤出工作原理,工作原理,单螺杆挤出机的输送过程主要是依靠摩擦力实现的。物料在输送的过程中经历了从固态到粘流态的物理过程，温度；压力和机械性能参与进来完成了一定产量物料的均匀稳定挤出,工作原理,螺杆的分段： 加料段：固体输送 压缩段：压缩物料，并使物料熔融塑化 计量段：对熔融物料进行搅拌和混合，同时稳定、 定量地向口模输送料流,物料的输送机理： 物料与螺杆间的相对运动状态类似于螺栓与螺母间的相对运动,固体的概念,固体分类,固体输送理论,目 的：定量计算固体输送率，探索其影响因素 发展概况：1956年，Darnell和Mol通过固体对
2、固体摩擦 的静力平衡，建立了固体输送理论。 1972年，Broyer和Tadmor对上述理论进行了 修正，得到Darnell- Mol理论，成为研究物 料在螺杆挤出过程中固体输送的经典理论目前关于固体输送区的理论有几种，下面将重点介绍较有代表性的达涅耳(Darnel）和莫耳（Mol）1956年提出的根据固体对固体摩擦的静力平衡为基础建立起来的固体输送理论。,理论部分,固体流量方程的推导,VX-螺杆斜棱对固体塞产生推力P，使之产生垂直于斜率方向的推力；此推力轴向的分力产生固体塞轴向的运动Va；Vb-料筒相对于螺杆产生的切向运动速度；Vb-VX产生沿螺槽Z方向的运动VZ.,理论部分,受力情况： F
3、s 螺杆对固体塞的摩擦力，推力；Fb 料筒对固体塞的摩擦力，阻力。 Fbz Fb 在Z轴方向上的分力。 当Fbz=Fs=0时，物料不发生任何移动； FbzFs,Q=Vva Q单位时间内固体物料的流动体积；va物料前进速度；V单位螺槽容积。,N螺杆转数，展开后的螺线角（移动角）， 螺杆外径处的旋转角，+=90o，l螺杆转动一周物料移动距离的轴向投影。,影响固体输送的因素,在固体输送段对内螺杆的两种等效情况下固体塞的运动和受力作了深入分析。理论上证明了这两种情况下的固体输送机理与外螺杆的情况相同,均建立在固体摩擦输送机理基础之上;讨论了牵引角、摩擦因数和螺纹升角对上述三种情况固体输送流率的 影响。
4、,牵引角,在已知螺杆参数 的情下,牵引角夕是影响挤出产率的重要因素,它取决于螺杆几何参数、摩擦因数以及固体输送段的压力增长,增大牵引角均有助于提高固体输送段的体积流率。为对比三种情况下牵引角对 固体输送体积流率的影.定义下述函数:,牵引角,牵引角,摩擦因素,由图4也可 以看出三种情况下的体输送产量均是牵引角口的递增函数,增大口角,均可提高 Qs ,而摩擦因数是影响牵引角的重要因素,因此提高固体输送流率的关键是控制摩擦因数,摩擦因素,下文,摩擦因素,下文,摩擦因素,(2) 提高机筒表面的摩擦因数 图5也说明增大机筒 内表 面的摩擦因数 。也有助于提高兰种情况下的固体输送流率但是,当 fs 值较小
5、时,增大机筒内表 面的摩擦系数的响不如减小螺杆对塑料的摩擦因数更明显。此外,图5(c) 曲线的斜率大于图家a) 和恤)曲线的斜率,说明螺杆机筒同时旋转时加料段槽深的对固体输送流率的影响更明显。,螺旋升角,加工工艺的影响,控制螺杆与机筒的温度 金属与聚合物的摩檫系数是温度的函数,而且有一个极大值,加料段（固体输送段）是自料斗到压缩段开始的位置，具有输送固体物料，兼有预压、预热作用。 要使制品质量、产量稳定，须满足以下两个条件： 1. 熔体的输送速率等于固态物料的熔化速率 2. 沿螺杆轴向任一截面物料的质量流率等于挤出机生产率目前对此理论的推导最为简单的是以固体对固体的摩擦力静平衡为基础的。,固体
6、输送,物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。如旋转螺丝，而螺帽上无压力，则螺帽跟着螺丝转动而不前移。若在螺帽上加一定压力，再旋转螺丝，则螺帽就会随螺丝旋转而前移。输送料时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着螺杆空转打滑不能前移。,螺杆的主要参数： D：螺杆外径； d：螺杆根径； L：螺杆长度； ：螺距； ：螺槽宽度； ：压缩比 ； /D：长径比；：螺槽深度；：螺旋角； ：螺纹宽度 。,结晶型塑料：熔点前。难压缩，所以L较长； 无定形聚合物：随T升高，形变增加，所以L较短。,固体塞摩擦模型,
7、受力分析 由上图知：Fb= PAbfb，Fs= PAsfs ，Fbz=AbfbPcos。稳定流动时，Fs= Fbz，则Asfs=AbfbcosFs= Fbz=0，物料在料筒中不能发生任何流动。 Fs Fbz，物料被夹带于螺杆中随螺杆转动不产生移动。 Fs Fbz，物料能在料筒与螺杆间产生相对运动。,螺槽中固体输送的理想模型(a) 和固体塞移动速度的矢量图(b),加料段的送料量 Qs （摩擦力静平衡）， Qs应为螺槽的横截面积与轴向速度Va的乘积，可得:,Qs=SVa=/4 D2（D2h)2Va=h(D-h)Va,假设条件： 物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞，以恒速移动; 略去物料重力、密度
8、变化的影响； 摩擦系数恒定，压力是螺槽长度的函数； 螺槽为矩形,由上图的展开图可见，螺杆转动一周，物料在螺纹斜棱推力作用下，沿与斜棱垂直的方向由A移向B，AB在螺杆轴上的投影距离为l，物料在轴向的移动速度为Va；若螺杆的转速为N，则 Va=lN由上图中螺杆的几何关系可得出：,D=b1+b2= lcot+lcot= l（cot+ cot）,螺杆的展开图(a)和固体塞移动距离的计算(b),所以,因此,（2）,（3）,影响固体输送送料量的因素：（1）物料的移动角（前进角）的影响：0 90 =0时， 最小， =90时， 最大。但对成型来说都不现实！ （2）槽深h的影响：在D不变时，h增大，提高。 （3）摩擦系数（ fs）的影响，减小fs，Q。 （4）摩擦系数（fb ）的影响，增大fb，Q。,（1）在加料段料筒内壁开设纵向沟槽（提高fb）； （2）采用锥形或强烈冷却的进料段料筒结构； （3） 冷却螺杆加料段（减小fs）,增加螺杆表面光洁 度（减小fs ），一等螺杆Ra=0.8m,优等0.4m。 （4）适当提高螺杆转数N和螺槽深度H ； （5）选择合适的螺旋角,且使 tan tan /(tan +tan )最大时，Q。,提高固体输送效率的措施：,到此结束，第二组演讲到此结束。谢谢谢谢！,
