单螺杆挤出机小直径机筒开槽的研究
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摘要：为解决单螺杆挤出机直径30以下挤出机光滑机筒高速高产量下螺桿打滑影响产量及塑料制品性能，根据现有60及以上机筒开直槽和螺旋槽的经验，提出采用现有小直径机筒开槽，目的是提高螺杆挤出稳定性。
关键词：单螺杆挤出机;机筒开轴向直槽;稳定;挤出稳定性
一、行业现状
目前市场上30直径以下的单螺杆挤出机的机筒普遍采用光滑机筒，工作时在螺杆高速、高压力下螺杆挤出不稳定，出现下料不稳、螺杆吃料断续等现象，严重阻碍了长期生产的稳定性，增加了制品的废品率。长期的生产实践证明，光滑机筒单螺杆挤出机主要存在以下问题，a对高分子物料要求苛刻，高黏度和低摩擦系数的原料难以实现稳定挤出输送。b固定输送段建立压力能力差，挤出机压力漏流严重c物料输送效率低下，功率产量比较大等。参考45、60以上机筒开槽，稳定输出的经验数据，参考国外部门小螺杆开槽，专用于某种特殊原料的挤出，特做设计将30机筒开槽。目的：测试高转速、高压力下的螺杆挤出稳定性。
二、设计理论依据
机筒内轴向直槽，在挤出机内部物料被分成了轴向直槽内物料和螺杆螺槽内物料两部分。随着螺杆的转动，螺杆螺槽内物料与机筒和机筒沟槽内物料存在相对运动，从而造成螺杆螺槽中物料与机筒沟槽内物料之间发生内摩擦和螺杆螺槽中物料与机筒表面之间发生外摩擦。从而提高固体输送效率。
设计机筒开槽的几何结构：开槽的数量及形状，沟槽数目大约是螺杆直径的12%––14%（取整数）
沟槽横向截面形状一般为三角形、半圆形、矩形、锯齿形，其中以半圆形沟槽为主，本次实验的两套机筒开槽的集合结构也是采用半圆形，圆形直径在2mm，数量共4个均匀布置。使用了以下两个数据。
（1）直径30机筒下料段开槽（直槽），开槽长度102.5，起始位置下料口尾端，槽形状，半圆形，槽大小R1，槽数量4个。
（2）直径30机筒下料段开槽（直槽），开槽长度80，起始位置下料口中心，槽形状，半圆形，槽大小R1，槽数量4个。
三、实验条件
实验所使用的主机为CE3025主机，主电机功率7.5KW，减速箱速比10.98，螺杆的有效长径比25，实验所设置的机筒温度如下：机筒一区、机筒二区、机筒三区、适配器区，设定温度都是190度，所用原料是韩国LG SP980 （PERT），原料粒径为3mm。
实验方法：通过调节适配器、模具、口芯模使得熔体压力分别在10MPA、30MPA下，螺杆转速设定到10r/min 30r/min 50r/min 70r/min 110r/min 130r/min，记录不同熔压不同转速下的产量（排量）、主电机电流（扭矩）、熔体温度数值。
四、实验结果
从表一测试数据得出，开槽机筒，熔体压力分别在10MPa、30MPa，输出转速在10转/分钟，30转/分钟，50转/分钟，70转/分钟，90转/分钟，110转/分钟，130转/分钟，对应的螺杆的每转排量没有很大变化，实验得出下料输送基本稳定。实验过程中，开槽图一和开槽二单转排量没有很大区别。
扭矩变化得出，熔体压力在分别在10MPa、30MPa下，输出转速在10转/分钟，30转/分钟，50转/分钟，70转/分钟，90转/分钟，110转/分钟，130转/分钟，主电机输出扭矩在是随着螺杆转速提升，主电机负载逐步加大，（最高扭矩不超过65%）没有出现负载突然下降的现象，这一点充分证明，物料在机筒螺槽内没有物料回流现象，物料在稳定的被挤压、压缩，主电机电流输出随着螺杆转速的增加恒定增加。实验过程中开槽图一和开槽二相同压力相同转速下点击电流相近。
四、后续研究
（1）通过30机筒的实验，可以将其推广到25机筒、20机筒。并根据实验数据，将25机筒20机筒的开槽数量及开槽长度做修改，满足不同原材料不同性能的塑料挤出加工。
（2）机筒内壁开螺旋槽对整体物料的加工性能分析及实验，有待后续深入研究。
（3）①不同30机筒开槽的数量及形状，对主电机的负载有着很大的影响，在后续的实验中需要根据不同原料的颗粒直径大小，做更深入的螺杆设计研究，相同电机功率的情况下更大范围的满足原料变化带来的电机扭矩变化。②机筒螺杆下料率的提高，带来了螺杆的设计更新。螺杆的下料段、均化段、计量段需要重新设计，满足产量恒定输出的同时，塑料原料塑化、分散都有提高。③机筒开槽的集合结构应该统一，适应行更强，同时使单螺杆挤出机的比产量（Q1）、比能耗上升一个新的台阶。④物料输送中存在的高剪切、高摩擦热，导致对不同加工物料的适应性差。
比产量：螺杆每转的恒定输出产量;比能耗：每小时内每千瓦对应的输出产量即KG/KWh。
五、结语
轴向开槽机筒单螺杆挤出机具有挤出产量高、挤出稳定性好、建压能力强等优势，预计在更广泛的原料领域有更优秀的表现。当前开槽的机筒研究的主要热点集中在固体输送段，对固体的输送效率、能耗分析、建压能力分析等都有相对成熟的体现，但是对固体输送段的温度分布、固体输送段的集合结构参数优化方面相对较少，对后续的研究也将扩大挤出机的进一步发展和应用。
参考文献
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