熔体制备设备及变速控制方法探讨

2023-06-16 理论教育版权反馈

【摘要】：长径比大，有利于物料的混合塑化、提高熔体压力和减少逆流以及漏流损失。变速电动机一般采用可变频控制器调速，也有直流调速控制。

将纺丝熔体，由纺丝泵( 或称计量泵) 连续、定量而均匀地从喷丝头的喷丝孔中压出，呈液体细丝状，再在适当介质中固化成细丝，这一过程称为纺丝。

现代生产中切片纺丝大多采用单螺杆挤压机制备熔体。单螺杆挤压机可分为卧式和立式两种，它由螺杆、套筒、传动部分以及加料、加热和冷却装置构成，见图6-5、图6-6。

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图6-5　卧式螺杆挤压机示意图

1—螺杆 2—套筒 3—弯头 4—铸铝加热圈 5—电热棒 6—冷却水管7—进料管 8—密封部分 9—传动及变速机构

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图6-6　立式螺杆挤压机示意图

1—电动机 2—传动箱 3—套筒 4—加热器 5—螺杆

卧式挤压机中，螺杆和套筒是水平安装的，装拆和维修较方便，但螺杆为一悬臂梁，挠度较大，螺杆头部易磨损。而立式挤压机的螺杆和套筒垂直安装，不易变形，占地面积较小，但需要较高的厂房，减速箱密封要求高，装拆和维修较麻烦。因此，卧式挤压机应用较广。螺杆挤压机是由螺杆与套筒，加热与冷却装置以及传动系统等组成。

(一)挤压过程

切片在挤压机中熔融挤出，是一个从常温固态转化为高温黏流态的挤压过程，因而挤压机要同时完成加热熔融和挤压输送的作用，所以它既是加热器，又是熔体输送泵。

物料沿着螺杆的螺槽向机头方向前进，经历着温度、压力和黏度的变化，由玻璃态、高弹态转变成黏流态。

(二)螺杆与套筒

1.螺杆螺杆的类型可分为单头与多头、渐变与突变、有无混炼头等。聚酯纤维的纺丝螺杆一般选用单头渐变螺杆，在压缩段螺槽变化规律是螺距相等而螺槽深度逐渐变浅。这种类型的螺杆，适用于从高弹态到黏流态范围较宽且熔体黏度较高的聚合物纺丝，加工方便，工艺易控制，其结构如图6-7 所示。

螺杆的结构特征主要包括螺杆直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角等。

螺杆直径D 是指螺杆外径的名义尺寸，直径越大其输出量越大。为了适应生产需要，已经系列化。我国的螺杆直径系列为45、60、65、80、90、100、110、120、150 等( 单位均为mm) 。

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图6-7　单螺杆挤出机结构简图

长径比是指螺杆工作长度( 不包括鱼雷头及附件) 与外径之比。物料在这个长度上被输送、压缩和加热熔化。螺杆的加热面积和物料停留时间都与螺杆长度成正比。长径比大，有利于物料的混合塑化、提高熔体压力和减少逆流以及漏流损失。目前一般采用L/D =20 ～27 的螺杆，也有L/D=28 ～33 的，但是螺杆太长，物料在高温下的停留时间增加，会引起一些热稳定性较差的高聚物热分解。

螺杆的压缩作用以压缩比i 表示。压缩比主要取决于物料熔融后密度的变化，不同形态( 粉状、粒状或片状) 的物料其堆砌密度不同，压实和熔融后体积的变化也不同，螺杆的压缩比应与此相适应。熔体纺丝用螺杆常用压缩比为3 ～3.5。压缩比可以用改变螺距或改变根径来实现，变螺距螺杆不易加工，纺丝机所采用的大都为等螺距螺杆，可通过螺纹沟槽深度的变化来实现压缩作用。

螺距t 取决于螺旋角φ，t =πDtanφ。随螺旋角不同，螺杆的送料能力不同; 不同形状的物料，对螺旋角的要求也不同。通常，螺杆挤出机均供给固体物料，并要兼具熔化物料的功能。螺旋角φ 的取值为17°38'，螺距t 等于直径D，此时螺旋角的正切tanφ=t/πD=1/π，在螺杆制造时较为方便。

2.套筒套筒是一个加热的高压容器，又是支承挤压机加热器、传动箱与出料熔体管道连接的机架，与螺杆配合完成对物料的加热熔化和挤压输送作用。其结构图如图6-8 所示。

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图6-8　螺杆套筒的结构示意图

3.材质螺杆工作时，受很大的载荷，套筒要经受很高的熔体压力，并且在高温下与物料直接作用，因而要求螺杆和套筒强度高，耐磨、耐腐蚀和热机械性能好。常用的材料有45#钢、40Cr、38CrMoAlA、38CrMoAlA、1Cr18Ni9Ti 等，尤以前三者应用较多。

(三)加热方式

一般螺杆转速较低，热量主要依靠外界的电热器供给。电加热方式可分电阻丝加热和电感应加热两种。一般都采用电阻丝加热，干扰小，热容量大，效率高。为了满足工艺的需要，对螺杆采用分区加热的方式，并可单独控制温度。

(四)螺杆的传动

传动系统有两种形式:

(1) 变速电动机→减速箱→螺杆。这是广泛采用的传动系统。变速电动机一般采用可变频控制器调速，也有直流调速控制。

(2) 常速电动机→机械无级变速器→减速箱→螺杆。由于大功率的机械变速器结构复杂，应用较少。

(五)挤压机的主要技术参数

挤压机的主要技术参数有温度、机头熔体压力、螺杆转速、产量、功率消耗等。

熔体制备设备及变速控制方法探讨

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