什么是塑機射出螺桿?螺桿有哪些特性?

  塑料產品應用和我們生活息息相關,射出成型與押出成型目前在加工為最經濟且省能源的加工方式。其中塑料塑化螺桿最為重要的關鍵組件,對于不同塑料各有其物理特性,使得塑料塑化螺桿的設計也隨之不同。對于塑料塑化螺桿的設計以往均使用經驗法則成本高又不見得能解決問題,因此在塑料塑化螺桿在設計上一些細節是值得我們去探討及分析的。

  塑料塑化螺桿的簡介

  固態塑料原料自進料漏斗進入螺桿螺槽(screw channel)內,由于螺桿高速旋轉而與熔膠筒(barrel)產生剪切效應作用,使塑料原料混煉并沿著螺桿螺槽輸送,使固態塑料原料受到熔膠筒外側之電熱片加熱與螺桿產生的剪切熱作用下,使熔膠筒內部升溫而熔成熔體態。

塑化螺桿依照其功能可分為四個區:

1、固體輸送區(solid conveying zone)

此區段與進料漏斗相連結,塑料固體顆粒被緊密壓縮形成固體床(solid bed),受到熔膠筒的剪切效應作用,除了使塑料溫度逐漸升高,而將塑料往前輸送。

2、融化延遲區(delay of melting)

  此區段為固體輸送區終點到融化池(melt pool)形成以前區域,其主要特征在固體床與熔膠筒表面會形成由熔膠所構成的薄膜層,薄膜層內熔膠受到熔膠筒黏滯力(drag force)往前螺桿螺槽累積,此區末端所形成壓力很大足以使固體床變形,而堆積在前螺桿螺槽內漸形成融化池。

3、固熔區(melting zone)

  此區段為融化延遲區終點到塑料完全融化止,此區又可分為兩部分來討論,一為塑化(pastication),而塑化主要來自于熔膠筒剪切效應作用,另一則是熔膠輸送(melt conveying),將熔膠輸送至融化池。

4、熔膠輸送區(melt conveying zone)

  當所有塑料完全融化即開始進入此區段,而結束于塑化螺桿最末端,保持熔膠均勻溫度及穩定熔融塑料之流量。

塑料塑化螺桿依照幾何外型區分三個區段:

1、進料區(feed zone)

  此區段為固定螺桿螺溝之溝深,其功能為負責預熱與塑料固體輸送及推擠。必須保證塑料在進料段結束時開始熔融(也就是說要預熱到熔點)。

  此區段長度分為結晶性(POM、PA‧‧等)>非結晶性(PS、PU、ABS等)>熱敏性(PVC等)。

一般為:

非結晶性:約48~58%L……(AS、ABS、PS等)

結晶性:約48~58%L……(PA、POM、PE、PP、CA等)

加玻性:約45~55%L

2、壓縮區(compression zone)

  此區段為漸縮螺桿螺溝牙深,其功能為塑料原料熔融、混煉、剪切壓縮與加壓排氣。塑料在此段會完全溶解,體積會縮小,所以壓縮程度的設計(壓縮比)很重要。

一般長度為:

非結晶性:約25~35%L……(AS、ABS、PS等)

結晶性:約22~32%L……(PA、POM、PE、PP、CA等)

加玻性:約28~40%L

PVC :100%L

3、計量區(metering zone)

  此區段為螺桿螺溝固定溝深,其主要功能混煉、熔膠輸送、計量之外,還必須提供足夠的壓力,保持熔膠均勻溫度及穩定熔融塑料之流量。

一般長度為:

非結晶性:約15~58%L……(AS、ABS、PS等)

結晶性:約48~58%L……(PA、POM、PE、PP、CA等)

加玻性:約45~55%L
  雖然塑化螺桿可依功能或幾何外型來區分,但實際塑化過程中,各區段功能重迭,很難加以區分間隔。而研究塑化螺桿,不外乎是想:

一、提高剪切混煉(dispersive mixing)作用。

二、改良均勻混煉(dispersive mixing)。

三、提高塑化能力(plasticating capacity)。

四、改善熔膠溫度均勻性。
 
  當進料段牙深愈深輸送量愈大,但螺桿所需扭力較大;進料段牙深太淺,輸送量不夠,壓縮比不足。

  當計量段牙深太深,壓縮比不足,所需送料力量較大;太淺時容易過火而燒焦。一般牙深約0.03~0.07倍螺桿直徑。

  因此塑料塑化螺桿具有輸送、熔融、混煉、壓縮與計量的功能,在塑化品質上扮演很重要角色。

  塑料塑化螺桿的材質簡介

1、ACM2(西德料,俗稱黑白十字):

  ACM2為鋁鉬鎳鉬合金鋼,調質可達HB280~320,加工后氮化72hr可達HV>800的硬度,具有良好之耐磨性,但鍍硬鉻之效果不佳,為一般料管組之塑料塑化螺桿與熔膠筒所用。

2、MAC24(三菱料,調質氮化鋼):

  不含鋁成分,所以氮化后白層較少,氮化硬度約HV800~HV950,耐酸性腐蝕鍍硬鉻之效果佳。

3、雙合金:

  其制造方式分為PTA牙頂噴焊及HP/HVOF熔射兩種,需依不同塑料特性選用。其表面硬化硬度達HRC74,具耐磨耗特性佳之超硬合金,其皮膜密度高達98~99.8%,而表面密著強度為10000psi以上。
 
  可得知塑料塑化螺桿可謂是射出成型機的心臟組件,負責塑料原料的輸送、熔融、混煉、計量等作用,故塑料塑化螺桿與成型品的品質息息相關。


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