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挤出螺杆磨损和保护

当挤出热塑性复合材料时,螺杆的设计和螺杆、螺筒的结构至关重要。如果提前考虑好这些问题.就能保证圆满地完成热塑性复合材料的加工。一般,用于热塑性复合材料的螺杆的设计主要涉及两个不同的方面,一是材料的混合;二是热塑性复合材料的加工。

当挤出热塑性复合材料时,螺杆的设计和螺杆、螺筒的结构至关重要。如果提前考虑好这些问题.就能保证圆满地完成热塑性复合材料的加工。一般,用于热塑性复合材料的螺杆的设计主要涉及两个不同的方面,一是材料的混合;二是热塑性复合材料的加工。本文主要讨论了后者。但实际上探讨的很多问题与这两个方面都直接相关。

可以使碳化钨颗粒悬浮在双金属内衬的基础材料中。这一较先由Xaloy发明的专利技术可使料筒的寿命延长4-5倍,其较先在塑料行业中的应用是在20年前。这些料筒不仅可以用于挤出含有更高填料的树脂,而且可确保挤出机在更高的挤出速度下运行。

 

螺杆设计

大多数被用于热塑性树脂挤出的螺杆的主要作用是:喂料、塑化和挤出。一般,螺杆的喂料段用于传送固体树脂和填料。与那些用于没有添加填料的热塑性聚合物的螺杆相比,用于热塑性复合材料的螺杆的喂料段在结构上具有很大的区别,其主要受固体粒子的相对摩擦系数的影响。一般,在喂料阶段产生的摩擦来自于3个方面,即:粒子与料筒壁之间的摩擦,粒子与螺杆之间的摩擦,以及粒子与粒子之间的摩擦。尽管在喂送那些没有添加填料的纯净树脂时表现良好,但随着填科的添加,摩擦系数会发生明显的变化,从而极大地影响了螺杆的喂料效率。例如,随着云母的加入,摩擦系数会明显降低,此时就应该加长螺杆的喂料段并保持恒定的深度。以确保物料在进入螺杆的塑化段(包括输送段和屏障段)前获得足够的喂送力(稳定的压力)。

同样地,为了改善粒子的传送效率,还需要改变温度环境,这可以通过提高料筒靠前段区的温度,以增大粒子与料筒壁之间的摩擦系数来得以实现,从而使聚合物粘附到料筒上被向前输送。通常,不稳定的或低效的喂科过程会直接导致产出率的降低,并对加工过程带来不良影响。

 

螺杆结构与聚合物的塑化

一般,螺杆的几何形状影响塑化效果的一个重要因素是体积压缩率,这主要取决于输送段或屏障段的体积变化。当加入填料后,树脂的比重会增大,例如,未添加填科的纯净2MFRPP的比重为0.92。而添加了40%滑石粉的同一树脂的比重是1.24。混合物的密度提高了35%。而其中聚合物的含量减少了40%的情况下,填料会占据螺杆大量的容积且不易被熔融。为此就需要对螺杆的设计结构做必要的补偿处理。由于填料的体积并不会随着温度的变化而有明显的改变.因此在螺杆的设计中必须充分考虑螺杆塑化段的深度。例如,用于未填充PP的螺杆的体积压缩率是3.5:1-3.75:1。而40%滑石粉填充PP的体积压缩率则是2.75:1-3.25:1(依据螺杆的尺寸)。

用于热塑性复合材料的屏障型螺杆,除了要考虑螺杆塑化段的深度外,还要考虑屏障处的流动间隙。当聚合物沿着料筒壁熔融后,就会离开固体通道而流向屏障段的流动间隙处并在此积聚起来。由于混合后的聚合材料中含有不可压缩的填料成分,因此就必须考虑在屏障处设置更大的间隙量以确保熔体的自由流动。否则,将会在固体通道和熔融通道之间产生巨大的压差。从而引起中间段的料筒温度过高。

 

挤出聚合物

挤出螺杆的输出段同样对加工的稳定性起着十分重要的作用。在注射成型中,螺杆是通过一个止回阀阻止熔融聚合物的回流。以积聚下一次所需的注射量。与之相对比,挤出加工则需要稳定、均匀的输出。在此非常重要的是,树脂要被均匀地熔融和稳定地挤出,尤其是螺杆计量段的输出必须稳定。特别是加有填料的树脂具有较高的粘性,粘性的提高有助于稳定挤出。但如果挤出模头的设计结构不能适应高粘性的混合物时,会引起较高的机头压力。

 

螺筒料筒温度过高

如果将专为非填充的纯净树脂设计的螺杆用于加有填料的树脂时,尽管表面上是可行的,但实际上在料筒内部往往会发生一些意外。通常,较明显的表现是料筒区域的温度过高,这是由填料的非压缩性引起的,也就是说,温度过高的原因是由于在螺杆的特殊区段中发生了粘滞性加热,从而引起了料筒区域的过热。实际上,正是由于材料过黏使其难以平滑地流过螺杆通道的一段。

通常,可在过热前提高科筒所有区段的加热温度,这有助于提高树脂的温度,降低其粘性,从而使树脂能够很容易地从螺杆的过热段流过。但这只是一个临时的解决方案,长期使用的解决方案应该是,采用针对加有填料的树脂而专门设计的螺杆。根据热塑性混合物中的填料量而设计的螺杆不仅可消除过热现象,而且减小了对螺杆的磨损。

 

螺杆的磨损和保护

加工热塑性复合材料,螺杆和料筒的磨损问题是必须考虑的。如果热塑性复合材料的体积压缩系数不容乐