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使用色浆

工业界需要进一步发展增强混合螺杆。
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在1950年代后期,往复螺杆被引入塑料加工行业。这是在业界标准的柱塞机上实现更高的熔体均匀性水平的重要一步。螺钉产生大量机械功的能力是这一进步的关键部分。在随后的五十年中,挤出行业通过使用不同类型的混合元件和采用更大的L / D比,在提高熔体均匀性方面取得了更大的进步。

同时,注塑成型行业在这一领域仍然停滞不前。 1960年代开发了一些高强度设备,例如Dulmage和Maddox混合器,这些设备产生的剪切水平仅适用于非常坚固的聚合物,例如聚乙烯,(Dulmage专利实际上可以追溯到1940年代)。 1970年代,随着零计量螺杆的发展,完成了工作,以改进标准模型。另外,排气筒的到来具有意想不到的结果,即通过更强烈的熔体剪切来改善混合。也许具有讽刺意味的是,从1960年代初到今天已经出现了各种化身的两阶段螺杆和柱塞模型,在尝试改善喷丸控制的同时,还实现了更高程度的熔体均匀性。

但是,在大多数情况下,注塑行业仍然被称为通用螺丝的东西所困扰,或者就像著名的螺丝设计师Bob Dray所说的那样,“no-purpose screw.”

这种设计包括一些如图1所示的典型特征。这些特征包括进给,过渡和计量区域的特定长度比,以及从螺纹到螺杆根部直径的深度比。压缩比约为2.5:1

针对各种材料的这种设计的优化通常包括降低被认为对剪切敏感的材料(例如PVC)的压缩率,并增加难以熔化并受益于剪切水平增加的材料(如乙缩醛)的压缩率。但是这些调整并未解决通用设计的基本问题,如图2所示。标准设计将固体向前输送通过进料区,随着粒料的热和机械作用开始在过渡区形成熔池。软化,并在物料到达计量区的前端时理想地实现完全熔融和均质的系统。

不幸的是,它并不总是以这种方式解决。取而代之的是,当聚合物到达螺杆的前端时,剩余的固体会分散在熔体中,这对完成熔融过程非常具有挑战性。这导致经常观察到模制部件中未熔化的粒料的问题。在这种情况下,我们甚至在行业中都有一个术语:“unmelt.”

这种均一性水平差的另一个症状是使用天然树脂和色母料的混合物的零件出现颜色漩涡。该问题在高粘度聚合物(例如ABS和聚碳酸酯)中尤为明显。正是我们的注射装置混合和熔融聚合物的能力的这一缺陷导致了不相容的载体树脂和极低分子量聚合物在色母料中的误用。但是这种方法不能解决混合不良的根本原因。

在1990年代初,当ABS树脂变得足够干净以提供一致的基色时,出现了使用色母料的机会,而不是依靠昂贵且需要较长交货时间的完全混合的材料。然而,最初,模塑商在熔融均匀性方面苦苦挣扎。树脂公司的研究人员和设计和制造螺钉的公司的开发工程师共同努力,改进了设计,解决了通用设计中的这一基本缺陷,而没有引入高强度混合元素的破坏性影响。

这种设计的一个例子如图3所示。通过在计量区中加入双深度结构,可以将任何未熔融的材料保留在熔体流中以进行进一步的缓慢搅拌,而不必强迫其进入熔体中。射击。防护螺杆设计的这种变化对熔体均匀性产生了显着影响,包括消除了自然加色浓缩液系统中的色旋,而无需使用升高的熔体温度或高背压。 1991年,在看到顾问和研究员的SPE ANTEC演讲后 Plastics 技术 专栏作家John Bozzelli,我们购买了这种螺丝。

当时,我们的机器正在使用天然加色母料运行多种颜色的乙缩醛均聚物外壳。浓缩物还基于缩醛树脂,熔体流动速率略高。我们在颜色漩涡和未融化的颗粒中挣扎。
为了解决这些问题,我们将熔体温度控制在即将使聚合物降解的水平,并且由于螺杆恢复时间较长,因此采用了很高的背压,从而延长了循环时间。即使采取了这些极端的措施,我们的废品率仍超过6%,而且每三周我们就必须拉出螺钉,并从转角垂直壁融合到螺钉根部的角半径清洁碳化树脂。另外,必须在模具上方安装排气罩,以排出因熔融温度升高而产生的甲醛。

当我们放入新螺杆时,熔体温度降低了60° F和背压从300 psi降低到75 psi液压。颜色掺入和未融化的问题消失了;缩短了周期时间;并且停止定期清洁螺钉。螺丝在七个月内就收回了成本,并开始了一次运转革命,最终整个工厂看到通用螺丝被混合螺丝取代。的数量“material problems” and “processing problems”只是消失了是一个启示。它告诉我们,在指定色母料时采用不明智的材料选择策略不仅是不好的做法,而且是不必要的。

不幸的是,20年后几乎没有任何改变。大多数新的成型机仍采用通用螺杆,在形成均匀熔体方面做得不好。缺乏均质性会产生大量的成型问题,以及造成原材料问题的困难。机械制造商几乎没有做任何事情来研究较新的螺杆设计技术,并且至少将它们作为产品中的一种选择提供。因此,许多加工商继续努力解决由熔体均匀性差引起的缺陷,或者他们选择使用成本更高的完全混合的材料。

这种缺乏进步也阻碍了加工者,后者试图在压榨机中将其他成分掺入其材料中,例如增强纤维和添加剂。但是,调整浓缩物的配方并不能直接解决问题,最终弊大于利。幸运的是,如果加工商愿意冒险超越其机械供应商提供的标准螺杆和机筒产品,并与正在改进标准设计的独立公司合作,则有补救措施。

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