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挤出:另一种控制熔体温度的技术

螺纹宽度几乎总是设计为螺杆直径的10%。但是可以对其进行优化以降低熔体温度,并可能提高产量。
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在绝大多数螺钉上,通常使用的螺纹宽度是整个螺钉长度的10%。螺旋刮板在整体设计中具有许多功能。首先,它们形成为聚合物提供输送力的螺旋线,螺旋角产生抵抗排出压力进行输送所需的压力。另外,刮板在通道之间形成屏障,并且它们擦拭枪管,这有助于熔化并减少枪管壁上的降解。最后,它们使螺杆在机筒中居中,并支撑螺杆抵抗不平衡的径向压力,就像轴承表面一样。

具备所有这些要求,’很明显,它们的设计是整个螺钉设计的重要组成部分,那么为什么它们都占螺钉直径的10%?

对于设计者和制造商而言,10%的实践似乎更多是为了方便,而不是实际的设计考虑。它’很明显,飞行宽度会影响输出,仅因为它会影响通道宽度。还已经明确地确定,飞行宽度会影响熔融温度。在许多情况下,螺纹宽度可以变窄,并且仍然可以执行螺旋流路的功能,产生压力,擦拭枪管并使螺钉在枪管中居中。支撑螺杆抵抗不平衡的径向压力的功能是在熔化区域中发生的,该区域可能需要更大的螺纹来充当轴承表面。但是即使在该区域,无定形聚合物也很少具有高熔化力,因此需要更广泛的飞行。

但是,轴承型支撑对于许多可以“wedge”在熔化或压缩区域,会导致较高的飞行磨损。通过在该区域中使用较宽的螺纹,而在螺杆的其余部分中使用较窄的螺纹,可以降低熔融温度,唯一的折衷之处是从通道到通道的螺纹上的泄漏量略有增加。

聚合物变薄的趋势在很大程度上决定了飞行宽度对最终熔体温度的关键程度。牛顿型聚合物的剪切强度不那么薄,因此当在飞行间隙中发生很高的剪切速率时,它们具有更大的加热效果。

为了量化这个概念,我比较了在相同的4.5英寸飞行间隙内,计量部分的热量的样本计算。使用两个不同的螺纹宽度的螺杆,以固定的螺杆速度处理聚丙烯和尼龙66,并打开排料口。分析使用经典的Tadmor方法,并显示了计量部分的熔体温度升高。请记住,聚合物在熔融过程中已经吸收了很多温度,并且在熔融完成后才增加温度。

测试1。 导程4.5英寸,螺纹宽度0.450英寸,径向螺纹间隙0.005英寸。
PP: 飞行间隙产生的总热量的6%。
尼龙66: 飞行间隙产生的总热量的19%。

测试2。 导程4.5英寸,螺纹宽度0.250英寸,径向螺纹间隙0.005英寸。
PP: 飞行间隙产生的总加热热量的3%。
尼龙66: 飞行间隙产生的总热量的10%。

非牛顿行为的剪切变稀趋势由幂律指数描述。数值越高,牛顿数越多,其切变厚度越小。对于幂律系数为0.66的尼龙66而言,效果是显着的,而对于幂律系数为0.38的PP而言,效果相对较小。有关几种聚合物的幂律系数,请参见附表。

根据幂定律系数,聚苯乙烯和PVC等聚合物会剪切得很薄,并且在某些区域缩小飞行宽度的效果不会带来太大改善。对于PP,LDPE和HDPE,效果显着,对于尼龙66和PC,效果非常显着。

这里’收获:优化飞行宽度是设计的又一方面,可用于降低熔融温度而几乎没有负面影响。由于冷却通常控制着许多挤压操作的输出,因此它’在最低可用温度下加工很重要。使用幂律系数作为该方法有效性的指南。这不是一个激进的概念。多年来,在泡沫冷却螺杆和其他熔融喂料螺杆中,使用尽可能窄的螺纹的方法很普遍,但是—for convenience—在其他挤出应用中很少。 

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