如何实现完美的螺杆内冷却

作者:Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2014-12-10
螺杆内冷却可以帮助解决固体进料和焦烧的问题。但须在恰当的情况下进行,否则会适得其反。

有时侯螺杆需要通过内冷却的方法来优化自身的性能。如果在挤出过程中固体进料存在问题,则一般只需对固体进料段进行螺杆内冷却,直到通过向前输送物料产生一些进料压力将螺杆完全“清洁”从而解决该问题为止。这种内冷却方法可有效防止物料粘附到螺杆表面。由固体输送理论可知,固体进料是基于物料与机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用。通常情况下,通过控制机筒和螺杆在固体输送区的温度而使机筒和物料的摩擦系数与螺杆和物料的摩擦系数的差值最大化,以获得极佳的固体输送率。

温度的升高会增加物料与金属表面之间的摩擦系数。当物料开始粘附于螺杆表面时,向前输送物料粒子的不平衡力将会立刻变小,从而导致进料速度变慢并且/或者变得不稳定。

螺杆冷却通常被用于熔点或软化点较低的聚合物的挤出过程,如聚苯乙烯,特别是如果混合物中还含有回收用料的情况。因为回收用料中往往会含有小颗粒,它们可以很快地粘附于螺杆表面。内冷却一般采用水作为冷却介质,但是对于耐温系数非常高的聚合物,或者冷却剂的温度必须高于水的沸点的情况,油则成为首选的冷却介质。

挤出机运行时,螺杆进料段的螺纹会通过送入的物料被连续冷却,所以多数情况下其实是不需要对固体进料区进行螺杆内冷却的。但是,如果螺杆停止一段时间,那么出料端的熔体热量将转移回到进料区。这就会导致螺杆温度在某一时刻变得很高,从而使停留在螺杆表面的物料开始出现粘附现象。

如果聚合物只是“轻微地粘附”于螺杆表面,那么不会对挤出过程造成影响,因为一旦螺杆重新启动,这些轻微粘附的物料将可能会被送入的进料粒子刮除掉。但是,如果聚合物在螺杆表面粘得很牢,就会不容易被刮除掉,这样就会破坏进料粒子的压实,导致物料中所含的气体无法正常的返回并从料斗中排出,进而影响正常的挤出。如果发生这种情况,可先通过喂入一些大块物料的方法尝试着将粘附在螺杆表面的聚合物刮除掉。如果这种方法不起作用,那么螺杆则必须被拆卸下来进行清洗。有问题的区域可能只有一个25美分硬币那样大,不会出现特别大面积的物料降解。

挤出耐高温聚合物时,油则成为固体进料区螺杆内冷却的首选介质,这是因为水的热吸收性较高,可能会从螺杆上吸取过多的热量,从而破坏远离螺杆处的物料熔融。

如果挤出过程需要通过螺杆内冷却来稳定固体进料,那么通常需要在从螺杆进料口处到第五个螺纹处的区段中挖一个腔道。

当挤出热敏性聚合物如硬质聚氯乙烯时经常需要将物料完全冷却至出料口尖梢,以保持螺杆表面的温度低于使物料在螺杆表面上焦烧或降解的温度。为了改进固体喂料,或者如果需要对螺杆全长度的温度进行控制,则螺杆内冷却腔道应延伸至螺杆全长度(包括尖梢)。

通常只需在进料段对螺杆进行内冷却。但在某些情况下,如挤出热敏性材料,把冷却腔道延长至全螺杆长度是明智的

如上图所示, 冷却介质的进出/口采用了一种双流动旋转式活接头,水或油通过接头的冷却介质进口进入内管,循环一周后再流回到该接头的冷却介质出口排出,实现了螺杆内冷却。

正常情况下是不需要对螺杆进行内冷却的,特殊情况除外。此外,如果无法对螺杆内冷却提供基于挤出过程需要的专业、及时且灵活的调节,那么螺杆内冷却将会成为另一个影响加工过程的参数,其效果可能会适得其反。

过多地使用冷却介质来吸取系统中的能量是不必要的,增加生产成本的同时还容易引起螺杆的过度冷却,导致出料量和稳定性由于物料固化在螺杆表面上而下降。

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