挤出机螺杆计量段优化设计方案(一)

  • 发布日期:2016-06-17
  • 摘要:

    挤出机螺杆可分为加料段、压缩段和计量段。计量段是普通单螺杆的重要功能段,聚合物料进入计量段后,被塑化和均匀化,然后从机头挤出。因物料经过计量段进入机头,因此该段几何结构设计合理与否直接关系到制品的质量和生产稳定性。

    1 数学模型的建立
    1.1理论分析
    (1)生产能力
     挤出机螺杆结构示意
      图1为普通挤出机螺杆的结构简图。从图1可以看出,计量段的螺槽等深且相对较浅,这主要是因为聚合物物料经熔融段强化的剪切塑化作用后,物料在螺槽中的运动为熔融剪切流动。换言之,计量段的主要作用是进一步的剪切混合和定量挤出。因此,若假定物料流体在螺杆与机筒间的流动为两平板之间的等温粘性流动,则其生产能力(体积流率)可由下式确定: 
      式中, Fd和Fp 分别为拖曳流和压力流的形状系数,均为螺槽深宽比H3/ W的函数。当螺槽较浅时,两者的值趋于1。若考虑螺棱与机筒间的间隙对流率的影响,则式(2)可简化成
     

     

     (2)能量消耗
      在聚合物物料挤出过程中,计量段的功率消耗主要为熔融剪切流动的粘性能量耗散、机械能与热能的转换以及流体压力的增大。如图1所示,沿螺槽z 方向取一微分单元体WH3dz ,则输入微元体的能量为

      式(4)~(6)为基于二维流场分析而导出的计算计量段能量消耗的基本方程。若采用简化的一维流动分析,则可导出计量段功耗的简化表达式,为

      式(7)等号右边第2项为压力升高所消耗的能量,通常约占总能耗的10%。因此式(7)可以进一步简化为

     

     
     

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