2.2塑化段螺杆构型分析
   塑化段螺杆构型要达到如下三个主要功能：一是能将从喂料段输送来的胶料，限度地实现均化作用，所谓均化是指胶料温度的均化，门尼粘度的均化以及各配合剂的补充混合均匀，并使胶料达到按工艺要求的门尼粘度和可塑度，即塑化程度；二是限度地提高输送能力，即生产能力；三是塑化段螺杆构型必须具有自洁性。
    塑化段的胶料在接近喂料段的胶料以呈现粘弹态为主，在接近挤出段以呈现粘流态为主。从宏观来看塑化段的胶料总的趋势还是呈现粘流态。因此，塑化段应用挤出理论的粘流输送理论比较接近实际，在设计塑化段螺杆的几何参数时可应用粘流输送理论作为指导。下面就塑化段的螺杆构型作一分类：

2.2.1塑化段普通螺纹螺杆
    塑化段普通螺纹螺杆主要有三种：一是等距等深螺杆，其结构如图6a所示，这种螺杆结构简单，加工容易，但没有压缩比，对胶料剪切效果差，影响塑化质量，在冷喂料挤出机很少采用。二是等距不等深螺杆，这种螺杆克服了等距等深螺杆剪切效果差的缺陷，同时加工比较容易，因此长期以来在传统的冷喂料挤出机中得到较为广泛的应用，但是由于这种螺杆其螺槽没有任何塑化元件，只靠螺杆/机筒系统的简单剪切作用对胶料塑化，其塑化效果满足不了挤出工艺的要求，同时在螺槽的胶料始终处于层流状态，无论是轴向方向还是径向方向运动的胶料均存在“死区”，因此，这种螺杆构型满足不了塑化要求，将为新的构型螺杆所代替。三是等深不等距螺纹螺杆，即收敛型螺杆，这种螺杆螺纹是收敛型结构，它具有较好的塑化能力和较强的输送能力，在传统的冷喂料挤出机中也得到了较为广泛的应用，但是由于这种螺杆构型在螺槽中同样没有塑化元件，也存在塑化的“死区”问题，因此，这种螺杆也将为新的构型螺杆所代替，不过这种螺杆构型作为新螺杆的基本构型将得到应用，如销钉螺杆和主副螺纹螺杆的基本结构将会仍然采用这种结构。

2.2.2塑化段主副螺纹螺杆
2.2.2.1一段主副螺纹螺杆
    塑化段一段主副螺纹螺杆，其结构如图7所示。这种螺杆结构是在双头螺纹螺杆结构上进行演变，其中一条作为主螺纹，它的升角（导程）一直从喂料段螺纹加以延续，并一直延伸到挤出段，而另一条作为副螺纹，它的升角（导程）比主螺纹大，并且把此条螺纹在塑化段的始端和终端与原螺纹断开，由于它的升角较大，形成此副螺纹的始端与终端均与主螺纹相交，相当于在主螺纹中间设置了一道封闭主螺纹螺槽的“坝”，如果从喂料段输送来的胶料进入此塑化段主螺纹螺槽时，胶料就会被堵死，为了让胶料越过副螺纹，则将其螺棱切去一定高度，使螺纹与其形成了一个高低差，通常用于塑料挤出机的高低差取0.4~0.8mm，用于橡胶挤出机取1~2.5mm，从而形成与机筒的间隙，这样在主螺纹槽的胶料就可以通过副螺纹的顶部进入下一段螺槽，这时胶料就实现了强力剪切，因为所有在主螺纹槽的胶料要进入下一螺槽，其必须通过副螺纹顶部间隙，因此胶料不但能受到强力剪切，而且没有任何死区，这样就获得了塑化质量好的胶料，提高了挤出制品的质量.

2.2.2.2二段主副螺纹螺杆

    主副螺纹螺杆的塑化功能类似开炼机的塑化功能，胶料不可能通过一次辊距的剪切达到塑化要求，因此一段主副螺纹产生的剪切量仍然不足，则出现了二段或三段主副螺纹结构。如图8所示为二段主副螺纹螺杆。二段主副螺纹螺杆的结构与一段主副螺纹螺杆结构相似，不同之处只是在塑化段设置了两条主副螺纹，这两条主副螺纹的布列可以是串联排列也可以是串并排列，主要由塑化段的长度和胶料通过副螺纹的通流截面的大小来确定。副螺纹的段数增加有利于胶料的塑化功能，但由于其是强力剪切，随着副螺纹段数的增加挤出温度将随着增加，这在设计时是务必注意的。

2.2.3塑化段销钉螺杆
    主副螺纹螺杆虽然能对胶料产生均匀的强烈剪切，对塑化效果有显著的改善，但是由于局部的强力剪切作用，容易导致温度的升高，限制了挤出效率的提高。在上世纪70年代出现了销钉螺杆，解决了局部强烈剪切的温升问题。销钉螺杆主要有两种形式，一是机筒销钉结构，一是杆体销钉结构。

2.2.3.1塑化段杆体销钉螺杆
    杆体销钉螺杆是在普通螺杆塑化段适当的位置上设置销钉。其主要结构形式有：将销钉直接设置在普通螺杆的螺槽上；将螺纹按周向切成沟槽再安装上一排或若干排销钉；在塑化段某一段位置去掉其中一条螺纹并按一定规律装上一组销钉。前两种形式的销钉结构虽能提高塑化和混炼效果，但对生产能力影响较大，一般很少采用；第三种结构形式由于销钉不影响料流的通流截面积，使阻力大大减少，能提高胶料的塑化效果和混炼效果，也能提高生产能力，其结构简单，易于加工，自洁性能好。图9所示为这种杆体销钉结构图。

2.2.3.2塑化段机筒销钉螺杆
    机筒销钉螺杆是在螺杆的塑化段设置机筒销钉，螺杆的螺纹在对应机筒的销钉位置上有多圈切槽，将销钉通过机筒分别插入螺杆切槽中。胶料在螺杆转动往前输送到达和充满销钉区域时，胶料产生了复杂的复合作用：螺杆的剪切作用，销钉的拖曳作用、搅拌作用和分流作用等，因此能获得高质量的挤出物，虽然胶料受到复杂的复合作用，但这些作用没有急剧的局部强烈剪切，避免单位胶料剪切量的无谓增加而使挤出物温度增加。正因为销钉螺杆对胶料作用的这种机理，使得机筒销钉螺杆在相同的条件下，其挤出温度比主副螺纹螺杆要低，同时生产效率也得到很大的提高，因此这种机筒销钉螺杆得到了广泛的应用。如图10所示为机筒销钉结构图。

2.2.4塑化段挡板螺杆
    挡板（剪切分流合型）螺杆是挤出机螺杆的一个类型。它既有强力剪切型螺杆对胶料的强力剪切作用的特点，也有分流型螺杆对胶料进行分流混合作用的特点。同时这两种作用是在同一过程复合地实现的。由于剪切分流型螺杆同时具有剪切分流作用，所以能得到高质量的混炼胶料。
    剪切分流型螺杆主要有高剪切挡板螺杆和低剪切挡板螺杆两种类型。

2.2.4.1高剪切挡板螺杆
    高剪切挡板螺杆结构如图11所示。它的塑化段是一多头螺纹螺杆，并在螺纹与螺纹之间设置了横向挡板和纵向挡板，同时由横向挡板与纵向挡板组成了分流点。其工作原理如图12所示。当从喂料段输送过来的胶料通过分流点时，一方面为分流点所分流，实现组分原来的单元体和各组分的单元体重新组合成新的单元体，在多个分流点的作用下，使胶料得到很好的混合；另一方面，这些胶料在分流过程中，同时被强制通过按一定规律具有高低差的横向挡板、纵向挡板与机筒形成的窄缝而受到强力剪切，使胶料得到很好的塑化。因而，挡板螺杆能得到混炼质量高的胶料，从而提高半成品质量。
    高剪切挡板螺杆的种类也是多种多样的，但它们的工作原理是相同的。在设计时有一条原则，就是胶料在挤出过程中，胶料的各质点运动的行程可以不同，但它们经过纵向挡板或横向挡板的数目应该相同，以便使各质点在挤出过程中受到的机械剪切作用相同，混合作用也相同，保证混炼质量的均匀性。

    高剪切挡板螺杆由于有数量众多的横向挡板、附加挡板和纵向挡板，不但输送能力和自洁能力受到一定影响，而且加工也显得困难。但混炼质量还是比较高的，目前主要用在连续混炼挤出机上。

2.2.4.2低剪切挡板螺杆
    低剪切挡板螺杆的工作原理和高剪切挡板螺杆基本上是相同的。但它的结构比较简单。混炼段是八条大升角的等距螺纹，没有附加挡板和纵向挡板，只有横向挡板，在每条螺棱中有高低相同的节段，节段的交点与横向挡板的一段相联，构成分流节点，低剪切挡板螺杆的结构如图13所示。

    图14所示为低剪切挡板螺杆混炼段的展开图。由此图来说明这种螺杆的工作原理。从喂料段输送来的胶料分成八部分进入混炼段的始端螺槽，胶料一方面经节点分流成两部分：一部分继续在同一螺槽往前输送，并与下一螺槽来的胶料混合，使胶料得到充分的混合；另一方面，胶料在分流的同时，被强制越过横向挡板和低棱节段，使胶料得到充分的机械剪切。因而，低剪切挡板螺杆既能得到充分的混合作用又能同时获得充分的剪切作用，从而获得高质量的混炼胶料。这种构型的螺杆在设计上要求高棱节段长度的总和与低棱节段长度的总和近似相等，因而，混炼段有足够低棱节段的长度，使胶料能平稳缓和地通过低棱段实现低剪切，由此也可以实现胶料在较低的温度下挤出。

    低剪切挡板螺杆结构比较简单，而且能在保证混炼质量的前提下实现低剪切，这种螺杆的构思比高剪切挡板螺杆有独到之处。所以本螺杆有它的广泛应用价值，可以用它加工塑料、天然橡胶和其它弹性体材料。

    在混炼效果方面，虽然剪切分流型螺杆比起其它螺杆有它的性。但是，由于剪切分流型螺杆对料流的方向仍然影响不大，并没有使料流转过一个足够大的角度，因此，混炼效果并不是很理想的。在这方面传递型螺杆有它的独特优点。

2.2.5塑化段传递型螺杆
    传递型螺杆的形式可归纳为两种：普通传递型螺杆和空穴传递型螺杆。传递型螺杆的特点是要求机筒有相应的结构配合，在工作过程中实现胶料从螺杆逐渐传递到机筒，又从机筒逐渐传递到螺杆。在这个过程中不断改变料流的方向和获得剪切。由此获得高质量的混炼胶料。

2.2.5.1普通型传递螺杆
    普通型传递螺杆的特点是螺杆和机筒都有螺纹，且螺纹方向相反，螺杆上的螺槽是由深到浅再由浅到深变化的，而机筒则是由浅到深再由深到浅变化的，整个螺杆和机筒系统一般有2～4个这样的变化区段。其结构如图15所示。在工作时，螺杆传动，螺杆槽内的胶料沿螺槽向前输送，由于螺杆螺槽由深逐渐变浅而被连续地挤压到机筒的螺槽内，直至全部胶料被挤入机筒螺槽内。然后进入下一传递周期，胶料的传递运动恰恰相反，其沿机筒螺槽向前输送的同时被逐渐挤压到螺杆的螺槽中，胶料经如此反复传递，一方面获得充分的剪切，另一方面获得充分的混合，从而获得混炼质量高的胶料。

    普通型传递螺杆挤出过程的剪切作用是在机筒和螺杆的分界面上获得的，而且剪切面在不断变化，如图16所示。若把螺槽和机筒之间的相对运动看作是两个相交的楔形槽的相对运动，在两个楔形槽的相交位置处形成一个长方体，它的容积为一个常数，在不同的位置相交时，长方体中的分界面是不断变化的，这意味着胶料从螺槽向机筒螺槽传递的过程中，受剪面是不断变化的。因此胶料所受到的剪切作用是很均匀的。

    普通型传递螺杆挤出过程胶料的混合作用是在螺杆与机筒传递过程中获得的。假设螺杆和机筒的螺槽均是四头，则螺杆的每一条螺槽是与机筒的四条螺槽相交于四点（因为机筒和螺杆的螺纹方向相反），在不同的运动时刻，这些交点的位置是不同的。对段螺槽，胶料是从螺杆的螺槽传递到机筒的螺槽，这相当于同一螺杆的螺槽内的胶料总是分成四份，分别向四个不同的螺杆螺槽。在第二段中胶料从机筒传递到螺杆螺槽，而一个螺杆螺槽中的胶料又来自四个不同的机筒螺槽。同一螺槽中的胶料是既分割又汇合，在此过程中，不断地变换各部分胶料的相互位置，从而使胶料获得交叉混合作用，因此胶料得到很好的混合效果。

    由于普通的传递螺杆和机筒开了方向相反的螺槽，螺杆和机筒之间的接触面积比其它类型挤出机少得多，因此即使在高速下工作，螺棱间隙处的剪切区也不会使胶料产生局部过热。另一方面，由于机筒开了螺槽，增加了散热面积，因此有利于胶料较低的温度挤出。

    传递型螺杆和机筒由于形状复杂，因而加工比较困难。

2.2.5.2空穴型传递螺杆
    通过上面各种螺杆的分析，我们可以看到：胶料在普通螺杆螺槽中向前的主运动是层流状态的。观察其横断面，其在螺槽中按螺旋形式流动，其中在边缘处的剪切速率，而在螺槽宽度中点和螺槽深度2/3处剪切速率几乎为0，成为“死区”。对于深槽螺杆，这一点因远离周围的机筒表面，其传热性很差，结果导致这一区域的胶料温度一致性也很差。因此，应采用某些措施使胶料外层和里层相互交换，这样就可以改善其均匀性，主副螺纹螺杆实现了这一功能，螺槽中所有胶料，都必须越过副螺纹，才能进入相邻的下一螺槽。实现胶料相互交替的另一方法是在螺槽附近附加挡板或设置销钉直至在机筒设置机筒销钉等。然而所有这些改进分布混炼或均匀性的方法，都只能沿轴线改善其混合效能。虽然层流也能被中断，但未能转过足够大的角度，因而混炼效果仍然受到限制。近年来出现的空穴型传递螺杆可以解决这一存在的问题。

    空穴型传递螺杆其结构如图17所示。它也和普通型传递螺杆一样需要与特殊形状结构的机筒配合。其不同之处是螺杆不是螺纹槽，机筒也不带螺纹槽，而是又许多按一定规律排列的半圆球空穴。
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