針對不同原料應(yīng)如何選擇螺桿
在塑料加工等涉及螺桿使用的行業(yè)中,針對不同原料選擇螺桿可參考以下要點(diǎn):
一、熱塑性塑料原料
1. 聚乙烯(PE):
特點(diǎn):流動性好,粘度較低,結(jié)晶度較高,對溫度的敏感性相對較低,但在高溫下可能會發(fā)生氧化降解。
螺桿選擇:可選擇通用型螺桿,其長徑比(L/D)一般在 20:1 到 30:1 之間。壓縮比相對較小,約為 2.5:1 到 3:1,因?yàn)?PE 不需要太高的壓縮比就能較好地塑化。加料段的螺槽深度可以適當(dāng)深一些,以便更好地輸送物料,計(jì)量段的螺槽深度適中,保證熔體的均勻性。
2. 聚丙烯(PP):
特點(diǎn):與 PE 類似,流動性較好,但結(jié)晶速度較快,收縮率較大,對剪切速率有一定的要求。
螺桿選擇:長徑比通常在 20:1 到 25:1 左右。壓縮比可選擇 3:1 到 3.5:1,能滿足 PP 的塑化要求。由于 PP 的結(jié)晶速度快,螺桿的冷卻效果要好,以防止物料在螺桿中過早結(jié)晶。在螺桿的設(shè)計(jì)上,可以適當(dāng)增加一些剪切元件,如銷釘?shù)?,來提高物料的混合效果,但剪切?qiáng)度不宜過高,以免破壞 PP 的分子結(jié)構(gòu)。
3. 聚苯乙烯(PS):
特點(diǎn):非結(jié)晶性塑料,流動性好,透明度高,易于加工,但熱穩(wěn)定性較差,容易分解產(chǎn)生氣體。
螺桿選擇:長徑比可選擇 18:1 到 22:1。壓縮比適中,約為 2.5:1 到 3:1。為了避免 PS 在加工過程中過熱分解,螺桿的剪切速率要適中,加料段的螺槽深度不宜過深,以防止物料在加料段過度受熱。同時(shí),為了保證制品的透明度,螺桿的表面光潔度要求較高。
4. 聚氯乙烯(PVC):
特點(diǎn):熱敏性塑料,對溫度和剪切非常敏感,容易分解,粘度較高,且在加工過程中需要添加穩(wěn)定劑等助劑。
螺桿選擇:應(yīng)選擇專用的 PVC 螺桿。這種螺桿的長徑比一般在 20:1 到 25:1 之間,壓縮比較大,通常在 3.5:1 到 4.5:1,以保證 PVC 能夠充分塑化。螺桿的螺槽較淺,特別是計(jì)量段的螺槽深度要淺,以減少物料的停留時(shí)間,降低分解的風(fēng)險(xiǎn)。此外,螺桿的材質(zhì)要具有良好的耐腐蝕性,因?yàn)?PVC 在加工過程中會釋放出氯化氫等腐蝕性氣體。
5. 聚碳酸酯(PC):
特點(diǎn):非結(jié)晶性塑料,無明顯熔點(diǎn),玻璃化溫度較高,粘度大,對溫度較敏感,在正常加工溫度范圍內(nèi)熱穩(wěn)定性較好,但吸水性強(qiáng)。
螺桿選擇:為提高塑化效果,盡量選取大的長徑比,一般在 25:1 到 30:1 之間。由于其熔融溫度范圍較寬,可采用漸變型螺桿,壓縮比適中或略高,約為 3:1 到 3.5:1。因?yàn)?PC 的粘度大,螺桿的扭矩要足夠大,以保證能夠順利地輸送和塑化物料。同時(shí),為了防止 PC 中的水分對制品質(zhì)量產(chǎn)生影響,在加工前需要對原料進(jìn)行充分的干燥處理。
6. 聚酰胺(PA,又稱尼龍):
特點(diǎn):結(jié)晶性塑料,吸水性強(qiáng),熔點(diǎn)較高,粘度隨溫度的變化較大,在加工過程中容易產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象。
螺桿選擇:長徑比一般在 20:1 到 25:1 之間。壓縮比約為 3:1 到 3.5:1。由于尼龍的吸水性強(qiáng),在加工前需要進(jìn)行干燥處理,螺桿的設(shè)計(jì)要有利于排出水分和氣體。在螺桿的加料段,可以設(shè)置一些縱向溝槽或屏障結(jié)構(gòu),以提高物料的輸送效率,減少 “架橋” 現(xiàn)象的發(fā)生。計(jì)量段的螺槽深度不宜過淺,以防止熔體破裂。
二、熱固性塑料原料
1. 酚醛塑料:
特點(diǎn):在加熱過程中會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而固化成型。固化前的酚醛塑料具有一定的流動性,但固化速度較快,對溫度和壓力的控制要求較高。
螺桿選擇:螺桿的長徑比不宜過大,一般在 15:1 到 20:1 之間,以防止物料在螺桿中停留時(shí)間過長而提前固化。壓縮比相對較高,約為 3.5:1 到 4:1,能夠提供足夠的壓力使物料充分混合和塑化。由于酚醛塑料在固化過程中會釋放出氣體,螺桿上需要設(shè)置排氣裝置,以排出氣體,避免制品中出現(xiàn)氣泡等缺陷。
2. 環(huán)氧樹脂:
特點(diǎn):粘度較高,固化反應(yīng)需要在一定的溫度和催化劑的作用下進(jìn)行,固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的耐熱性、耐腐蝕性和機(jī)械性能。
螺桿選擇:長徑比通常在 20:1 到 25:1 之間,以保證物料能夠充分塑化和混合。壓縮比適中,約為 3:1 到 3.5:1。由于環(huán)氧樹脂的粘度較高,螺桿的扭矩要足夠大,以克服物料的阻力。在加工過程中,要注意控制溫度和催化劑的加入量,確保環(huán)氧樹脂能夠順利固化。
三、橡膠原料
1. 天然橡膠:
特點(diǎn):具有良好的彈性和可塑性,但粘度較高,需要在較高的溫度下進(jìn)行加工,且容易受到氧化和老化的影響。
螺桿選擇:螺桿的長徑比一般在 10:1 到 15:1 之間,因?yàn)橄鹉z的加工不需要過高的長徑比。壓縮比相對較小,約為 1.5:1 到 2:1,以避免過度剪切導(dǎo)致橡膠分子鏈斷裂。螺桿的螺槽深度要深,以便能夠容納大量的橡膠物料。同時(shí),螺桿的材質(zhì)要具有良好的耐磨性和耐腐蝕性,因?yàn)橄鹉z中可能含有一些酸性或堿性的添加劑。
2. 合成橡膠:
特點(diǎn):根據(jù)不同的合成方法和配方,合成橡膠的性能和加工要求會有所不同。例如,丁苯橡膠的粘度較高,需要較高的剪切力才能塑化;順丁橡膠的流動性較好,但在加工過程中容易產(chǎn)生冷流現(xiàn)象。
螺桿選擇:對于粘度較高的合成橡膠,如丁苯橡膠,螺桿的長徑比可以適當(dāng)增加,壓縮比也可以相應(yīng)提高,以提高塑化效果。對于容易產(chǎn)生冷流現(xiàn)象的順丁橡膠,螺桿的螺槽結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),如采用變螺距或變深度的螺槽,以減少冷流的發(fā)生。
四、工程塑料原料
1. 聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT):
特點(diǎn):結(jié)晶性塑料,熔點(diǎn)較高,粘度較低,具有良好的機(jī)械性能和電氣性能,但在加工過程中容易發(fā)生水解。
螺桿選擇:長徑比一般在 20:1 到 25:1 之間,壓縮比約為 3:1 到 3.5:1。由于 PBT 容易發(fā)生水解,在加工前需要對原料進(jìn)行干燥處理,螺桿的設(shè)計(jì)要有利于排出水分。同時(shí),為了保證制品的質(zhì)量,螺桿的表面光潔度要求較高。
2. 聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET):
特點(diǎn):結(jié)晶性塑料,熔點(diǎn)較高,粘度較低,具有良好的耐熱性、耐化學(xué)性和機(jī)械性能,但在加工過程中需要進(jìn)行干燥處理,否則容易產(chǎn)生氣泡等缺陷。
螺桿選擇:長徑比通常在 20:1 到 25:1 之間,壓縮比約為 3:1 到 3.5:1。與 PBT 類似,PET 在加工前也需要進(jìn)行充分的干燥處理,螺桿的設(shè)計(jì)要有利于排出水分和氣體。在螺桿的加料段,可以設(shè)置一些預(yù)熱裝置,以提高物料的溫度,降低粘度,提高輸送效率。
五、纖維增強(qiáng)塑料原料
1. 玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP):
特點(diǎn):在塑料中添加了玻璃纖維等增強(qiáng)材料,提高了塑料的強(qiáng)度、剛度和耐熱性,但也增加了物料的粘度和加工難度,對螺桿的磨損較大。
螺桿選擇:螺桿的長徑比要適中,一般在 20:1 到 25:1 之間。壓縮比約為 3:1 到 3.5:1。由于物料中含有玻璃纖維等增強(qiáng)材料,螺桿的材質(zhì)要具有較高的硬度和耐磨性,如采用鎢鈷合金等材質(zhì)。在螺桿的結(jié)構(gòu)上,可以增加一些剪切元件,如銷釘、齒形盤等,以提高物料的混合效果和玻璃纖維的分散性,但剪切強(qiáng)度不宜過高,以免破壞玻璃纖維的長度和結(jié)構(gòu)。
2. 碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP):
特點(diǎn):具有更高的強(qiáng)度、剛度和耐熱性,但加工難度更大,對螺桿的磨損也更嚴(yán)重。
螺桿選擇:與 GFRP 類似,螺桿的長徑比和壓縮比要根據(jù)具體的加工要求進(jìn)行選擇。由于碳纖維的硬度更高,螺桿的材質(zhì)需要具有更高的硬度和耐磨性,如采用陶瓷涂層等技術(shù)來提高螺桿的表面硬度。在螺桿的設(shè)計(jì)上,要更加注重剪切元件的分布和設(shè)計(jì),以確保碳纖維能夠均勻地分散在塑料基體中。