新型结构螺杆在PVC制品挤出中的应用

近年来，随着PVC塑料制品开发应用的迅速增长，人们对PVC制品挤出成型设备及工艺的研究也越来越多。众所周知，PVC是一种多组分无定型结构的热塑性塑料，其软化点接近于分解温度，热稳定性较差。因此，人们在PVC制品挤出过程中选择单螺杆挤出机的螺杆型式时，一般都选择传统的三段式渐变型螺杆结构。事实证明，采用传统的渐变型螺杆挤出PVC制品，在工艺上及挤出过程中很难满足物料共混改性、填充改性、着色混合、均化和低温挤出的要求，另外还难以提高挤出能力。

　　根据PVC加工过程中的工艺特点及制品配方要求，将用于烯烃类热塑性塑料挤出的新型结构螺杆用于PVC制品的挤出成型，获得了很好的效果。本人将分流型、屏障型、分离型及变流道型螺杆用于不同的PVC制品挤出，很好地解决了普通结构螺杆挤出过程中难以解决的混合、改性、着色、均化和低温挤出等问题，并且提高了挤出能力。本文结合近年来采用新型结构螺杆在PVC制品挤出成型设备中的设计和应用经验做如下介绍。

　　1分流型螺杆在PVC制品挤出成型中的应用分流型螺杆的结构型式很多，销钉螺杆是一种典型的分流型结构螺杆。在物料挤出过程中，被挤出物料在分流型螺杆的分流元件处通过一次次的分流，使物料产生摩擦热及环流，从而实现均化混合挤出。根据分流型螺杆的特点及挤出原理，许多人认为此结构螺杆仅适合加工结晶型塑料，而不适合加工无定型结构的热塑性塑料。

　　然而近年来，笔者在研究设计工作中多次将分流型结构螺杆成功地用于HPVC的挤出成型。例如，大庆某公司引进国外HPVC单螺杆（普通结构）挤出生产线，使用一段时间后发现螺杆磨损严重，产品挤出能力及质量下降，并且挤出过程中物料混合效果及塑化能力均不够理想。经对设备情况进行考察，并根据挤出制品工艺条件和配方情况，采用分流型销钉螺杆对其进行改造，并更换螺杆。经过一段时间的运行证明，分流型销钉螺杆在HPVC制品的挤出过程中可使被挤物料得到充分混合、均化，塑化质量及制品的性能指标得到明显改善。另外，在挤出中还发现，采用新型结构螺杆在挤出过程中所需挤出工艺温度低于原普通结构螺杆的挤出成型工艺温度，并且挤出制品在同等条件下产量提高。采用分流型销钉螺杆挤出HPVC制品获得成功后，又对半硬PVC制品进行挤出试验，同样获得满意的效果。

　　采用分流型销钉螺杆挤出HPVC制品能获得成功是因为物料在挤出过程中充分利用分流元件的分流作用，在分流过程中，被挤出物料中的微小碎块在熔融过程中不断从熔融料中吸收热量，从而使整个熔融物料的温度降低，同时在挤出过程中使物料得到多次充分混合，从而获得混合均匀、塑化良好的挤出制品。

　　设计分流型销钉结构螺杆用于PVC制品加工，要充分考虑物料成型工艺及配方特点，正确选择分流元件销钉的位置、数量和销钉环流面积的大小，及其对挤出成型所需功率的影响，并结合挤出模具的口模特性，正确选择螺杆的螺槽深度，优化各有关参数。

　　2分离型螺杆在PVC制品挤出中的应用分离型螺杆是根据物料传热原理研究开发的一种新型螺杆。螺杆结构特点是整条螺杆由两条螺纹组1：00-a12xadc腿丨Electonic命ishing成，合配和胯计两条主副螺纹，可使物料程中形成固液相分离，并将固相物料全部留存于固相螺槽中，而固相中的气体则在压力作用下向后自料中逸出，减少或消除制品中的气泡。采用分离型螺杆挤出制品的过程中不存在固相破裂现象，因此使挤出成型过程中的压力波动极小。

　　有关报道，分离型螺杆仅可用于烯烃类塑料的挤出。分离型螺杆是否可用于PVC制品的挤出，经过分析其挤出原理和螺杆结构并通过试验，证明可采用分离型螺杆加工软PVC制品。这是由于在挤出过程中，分离型螺杆能将物料固液相分离，在此过程中同时增大物料固体床与热机筒内表面熔膜的热交换面积，而熔料的热交换面积减少。另外，由于分离型螺杆的螺槽相对较深，这使物料在挤出过程中承受的剪切热也较低，从而保证了加工PVC制品的质量。采用分离型螺杆可改善在不同压力条件下不同模具口模特性的适应性。实践证明，在单螺杆塑料挤出机中配置分离型螺杆挤出软PVC制品的挤出效果远优于普通型螺杆的挤出效果。

　　值得注意的是，并不是每种分离型螺杆结构都适合于PVC的成型挤出。在实际设计和试验中发现，有两种结构的分离型螺杆可用于软PVC制品的挤出。一种结构是主副螺纹升程相等，螺槽的液相槽及固相槽宽度保持不变，从压缩段开始固相槽深度逐渐变浅，而液相槽逐渐变深至均化段结束；另一种结构设计的固液槽在物料通过固液相的转换处不能使固相螺槽与液相螺槽的螺棱封死，并且注意合理地选择分离段螺槽的长度和深度，以免造成物料停留时间过久而使物料分解。由此可见，合理选择分离型螺杆结构是PVC制品成型挤出的重要条件。

　　3屏障型螺杆在PVC制品挤出中的应用在普通螺杆某一位置设置屏障段元件，可以实现在挤出过程中将物料残余固相彻底熔融和均化的目的，这种结构螺杆被称作屏障型螺杆。分析这种螺杆结构和工作原理可以发现，螺杆中的屏障结构在挤出过程中主要以剪切功能为主，混合作用为辅。根据塑料制品成型加工工艺可知，以剪切功能为主的屏障型螺杆用来加工PVC塑料难度很大。但是实践中发现，物料在挤出过程中，通过合理设置的屏障元件，可使熔融物料承受的剪切时间缩短，从而使剪切引起的料温增加有限，并使料流在屏障元件内形成一定旋涡状环流增加混合作用，促使物料得到进一步塑化，并保持压时提高挤出能力。

　　挤出PVC制品的屏障型螺杆主体部分可采用普通渐变螺杆，也可采用单波波状螺杆，而螺杆头部采用斜槽屏障结构。在设计屏障型螺杆时取屏障段的长度为螺杆有效长度的10 15%并且在屏障段斜槽处设计的螺槽深度应大于螺杆均化段的螺槽深度。斜槽式屏障元件的主要特点是视屏元件的斜槽为大导程的螺纹升角，物料停流时间短，压力损失小，料流稳定，自洁性能好，不易存料，并且混合均化效果好。实践证明，结合PVC制品配方和挤出工艺特点设计屏障型螺杆，在挤出物料过程中加工成型工艺温度较低，挤出过程中的物料径向温差小，剪切热低，温度易控，并且挤出制品的性能指标明显提高。特别是对混合及分散要求较高的制品挤出成型十分有利。

　　4变流道型螺杆在PVC制品挤出中的应用变流道螺杆结构的特点是在挤出过程中使被挤出物料在螺杆流道截面形状及截面尺寸上的变化来保证物料塑化和混炼增加的目的。波状螺杆是这种结构典型的代表。波状螺杆可分为单波结构和双波结构两种型式。分析波状螺杆几何结构和工作特性可以发现，在挤出过程中，物料在波状螺杆不同截面处的停留时间及剪切作用大小与螺杆几何结构处的波峰有着密切关系。在挤出过程中，当物料处于螺杆波峰的螺槽深处时，物料停留时间长，剪切作用小，而当物料处于螺杆波峰的螺槽浅处时，与其作用相反。由于波状螺杆特有的几何结构而使物料流动无死角，自洁性能好，可保证物料在挤出过程中的充分混合效果和塑化质量，并且可以实现低温挤出。

　　笔者采用单波和双波结构的螺杆在同一挤出机上使用同一pvc制品配方进行实验，结果表明两者挤出效果有差异。采用双波结构螺杆挤出不论是塑化质量、混合效果、分散性还是挤出能力均优于单波结构螺杆。对实验进行分析和研究发现，使用波状螺杆挤出PVC制品过程中，由于波状螺杆的特殊几何结构及挤出机理，从而使物料能在较短时间内得到充分混合，并获得好的塑化效果。但由于单波螺杆与双波螺杆的结构有一定差异，导致物料输送过程的变化不同，双波结构螺杆中的物料流连续分离并重新会合的机会高于单波结构螺杆，从而使得混合炼相对加长，更加有利于物料的挤出。

　　选用变流道结构螺杆挤出PVC制品时，必须考虑力降不过大实现高速状态下低温及稳定挤出同hhg挤出制品弈型工艺和配方特点遍够正确地选择波状螺杆结构，从而使挤出过程中物料混合均匀、塑化良好，并可以解决挤出过程中的着色不均匀问题。

　　5结束语根据挤出工作原理分析及实验表明，以上所述新型结构螺杆可用于pvc制品的挤出成型。但是值得注意的是，采用新型结构螺杆挤出PVC制品必须要考虑挤出制品的成型工艺条件和配方特点。另外当评价一种新型结构螺杆的性能时，不仅要考虑其挤出率的高低，还要考虑挤出过程中的能量消耗、塑化质量、物料径向温差、挤出压力和挤出速率是否稳定等因素。

　　此外，还要考虑螺杆的使用寿命、加工工艺性和生产成本等因素。综上所述，可以断定采用新型结构螺杆用于PVC制品的挤出，可以大大拓宽单螺杆塑料挤出机在PVC制品挤出领域的应用，并随着人们对挤出成型理论和螺杆结构的深入研究，将会有更多用于PVC制品挤出的新型螺杆问世。