螺杆机筒的磨损会极大地影响挤出物的质量和产量,影响程度主要取决于以下4个关键因素:螺杆机筒磨损综合程度;聚合物黏度;出料段压力;螺杆速度。
1 材料成分
磨损是由于零件相互摩擦和腐蚀引起的。我们试图从它们的源头进行分析以减少磨损,如下所述,有多种选择。
1.1阻止螺杆磨损和腐蚀常选用的材料及组分
①铬化硼系化合物56(简称C一56):2%的碳,13%的铬,2.7%的硼,4%的硅,4%的铁,其余为镍。
②铬化硼系化合物83(简称C一83):2%的碳,20%的铬,1%的硼,1.4%的硅,1.4%的铁,34%的钨,其余为镍。
1.2阻止螺杆套筒磨损所选用的材料及组分
①铜铝合金102或替代物(简称x—102):硬度为HRC 58~66的硼或铁合金。
②铜铝合金800或替代物(简称X一800):具有55%~85%碳化钨的镍合金,硬度为HRC 58—68(11%。17%的铬,4%一4.5%的铁,3.25%。4.25%的硅,2.5%。3.5%的硼,其余为镍)。
1.3阻止螺杆套筒腐蚀所选用的材料及组分
铜铝合金306或替代物(简称X一102):硬度为14RC 50—59的镍合金,铁含量为0.5%(3%一3.4%的硼。4.5%~5.5%的硅,6.5%一7.5%的铬,其余为镍)。
2处理过程
好的适应性的标准配方是螺杆用C一56,套筒衬用X一102。有时将C一83与X一102或C一56与X一800成功混合和匹配,但有时会在较单薄的构件上发生加速磨损。当采用C一83的螺杆时,套筒衬是用X一800或替代物。
在致力改善C一56的抗磨损性中,美国Kuhne公司规定:对直径1 14.3 nlin以上的螺杆可采用2种方案,一是用4140钢减少薄化程度;二是改善抗磨保护层的深度。若采用单一方案,使用C一83是十分有效的。为了对螺杆螺纹边棱易损边提供的保护,螺杆螺纹边棱采用C一56或C一83也很重要。许多供应商对螺杆螺纹边棱都不采用铬化硼系化合物,其原因是他们不会也不愿意用螺杆螺纹边棱去磨削硬的材料。
一般来说,套筒的寿命平均是螺杆寿命的2~3倍。另外,碳化钨基材料比标准材料的寿命一般高50%~200%。然而每种应用的处理“窗口”都是不同的。例如,材料是高或低黏度吗?具有高或低的出料段压力吗?机器已推至输出或按50%的能力运行吗?下游冷却允许较高的熔体温度或在范围内吗?
一般在生产线上监控磨损,或是根据各种螺杆涂层和套筒内衬的寿命确定是可用的和重复利用的(螺杆修复和用同样材料和更换套筒),或者需要改善以及另外追加投资。通常螺杆采用C一56作为标准焊接件。C一83作为任选方案;套筒用X一102或替代物,套筒内衬用碳化钨作为任选方案,然后将增加的成本与螺杆和螺杆套筒延长的寿命进行比较。
3处理结果
与传统的“标准”树脂比较,物理性能改善的高功能树脂的磨损会大大增加。下述要点被看作是“高磨损”和有利于碳化钨基材料被认真考虑的情况。
①50%或以上的配料包括少量的熔化HDPE、LLDPE、RPVC W/Ti02,一些二茂金属配合物和/或各种填充物;
②高于50 r/min的螺杆速度;
③低于正常套筒设定温度;
④模头反压力在2.756x107 Pa以上。
当磨损发生时,工艺师和操作者通常的反应是简单地增加螺杆速度以补偿输出中逐渐形成的损失。该途径对在短期内恢复生产率是可行的,但是增加螺杆速度会使熔体温度明显增高,会造成冷却困难。增加螺杆速度还会影响产品质量,尤其是速度骤增会影响尺寸的稳定。