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高手進(jìn)階：如何設(shè)計(jì)注塑機(jī)螺桿
????????為了實(shí)現(xiàn)喂料、熔融和計(jì)量之間的平衡，有必要在每一段的設(shè)計(jì)中，使用經(jīng)過驗(yàn)證的計(jì)算和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。只是在一段或另一段中改變幾個(gè)尺寸，可能會(huì)導(dǎo)致意想不到的結(jié)果。
????????這包括一些如熔融開始、在機(jī)筒軸向各個(gè)位置的壓力發(fā)展、熔融物料的黏度和溫度的信息，以及機(jī)筒壁的厚度﹑熱電偶放置和機(jī)筒內(nèi)壁的溫度等信息。熔化速率的計(jì)算還需要各種溫度下完整的聚合物黏度數(shù)據(jù)﹑熱傳導(dǎo)性和比熱曲線冪律和一致性指數(shù)以及熔化熱。
????????筆者曾經(jīng)進(jìn)行過“簡(jiǎn)化”的熔化速率計(jì)算，完成分析需要近100個(gè)數(shù)據(jù)。這一計(jì)算結(jié)合了聚合物中黏性熱的產(chǎn)生﹑聚合物的輸送﹑壓力的發(fā)展，以及刮壁熱交換器熱力學(xué)的幾個(gè)計(jì)算。
????????對(duì)于喂料段，面臨的挑戰(zhàn)就更大了。所需的數(shù)據(jù)很少公布，因而很難獲得，也很難把它們應(yīng)用于喂料的基本體積計(jì)算中。進(jìn)行一個(gè)基本分析需要一些數(shù)據(jù)，比如平均粒徑﹑堆積﹑聚合物顆粒之間的摩擦﹑聚合物顆粒與螺桿和機(jī)筒之間的摩擦，以及進(jìn)料喉和機(jī)筒的內(nèi)壁溫度。因此，喂料分析幾乎完全是經(jīng)驗(yàn)性的，如果沒有大量的儀器儀表及檢測(cè)，這些數(shù)據(jù)中的許多幾乎是不可能獲得的。
????????不幸的是，“壓縮比”的概念往往是喂料分析中的唯一要素。這是一個(gè)冒險(xiǎn)且不準(zhǔn)確的方法，因?yàn)閴嚎s比僅考慮喂料段相對(duì)輸送段的體積，而所有其他影響喂料速率的方面都被忽略了。此外，壓縮比通常會(huì)影響熔化速率，可能會(huì)引入一些意想不到的后果。
????????當(dāng)螺桿的這些不同功能處于不平衡狀態(tài)時(shí)，各種負(fù)面的性能問題就會(huì)產(chǎn)生。其中一個(gè)最常見的問題是不穩(wěn)定或波動(dòng)。過度喂料可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定﹑螺桿/機(jī)筒的高磨損﹑高的熔體溫度﹑過多的電力消耗以及非均勻的熔體;缺料則可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定﹑熔化速率不高和較低的輸出。
????????同樣的問題也影響熔化速率：過度進(jìn)料可能會(huì)導(dǎo)致料道堵塞和由此產(chǎn)生的不穩(wěn)定性、螺桿高磨損、電動(dòng)機(jī)高負(fù)載和熔體均勻度差;反之，缺料可能會(huì)導(dǎo)致不良的熔化速率和差的熔體均勻度。
????????擠出段與前一段的匹配同樣重要。擠出段設(shè)計(jì)不足或過度設(shè)計(jì)會(huì)影響擠出量、熔體溫度、熔體穩(wěn)定性和熔體均勻性。
????????每一個(gè)連續(xù)加工段取決于前一段的輸出。不幸的是，無論計(jì)算和計(jì)算機(jī)分析多么精妙，第一段最難預(yù)測(cè)。很少有設(shè)計(jì)是在第一組計(jì)算中完成，并且通常至少有一個(gè)段必須進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到平衡。
????????如果涉及混合段，需添加另一段以匹配前一段，并采用一組不同的計(jì)算，以確定混合器的有效性和輸送能力。
????????綜上所述，不考慮螺桿/機(jī)筒段之間所需的平衡而只改變幾個(gè)個(gè)別的尺寸，這種做法可能會(huì)導(dǎo)致更多的問題需要解決。單螺桿擠出機(jī)盡管是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置，但當(dāng)把聚合物從固體加工到熔體時(shí)，其行為就變得比較復(fù)雜了。
