射胶螺杆之功能:
加料、输送、压缩、熔化、排气、均化
螺杆之重要几何尺寸:
螺杆直径、进料段、压缩段、计量段、进料牙深、计量牙深
螺杆重要几何尺寸的介绍:
螺杆直径(D)与所要求之射出容积相关
射出容积 = 1/4π×D2×(射出行程)×0.85
一般而言,D2与最高射出压力成反比
D愈大,押出率愈大;Q =1.29D2HmNr×60/1000(kg/Hr)
入料段
负责塑料的输送、推挤与预热 应保证入料段结束时开始熔融,预热到熔点。
固态比热↑、熔点↑、潜热↑,加热到熔点需热多,入料段应长固态热传导系数↓,传热慢、塑料中心温升慢,入料段应长预热↑,入料段可短。
结晶性料最长(如:POM、PA);非晶性料次之(如:PS、PU);热敏性最短(如:PVC)。
压缩段
负责塑料的混炼、压缩与加压排气,通过这一段的原料应该已经几乎全部熔解,但是不一定会均匀混合。
在此区域,塑料逐渐熔融,螺槽体积必须相应下降,否则料压不实、传热慢、排气不良。
对非晶性塑料,压缩段应长一些,否则若螺槽体积下降快,料体积未减少,会产生堵塞。
结晶型塑料实际上非全部结晶(如 PE:40~90%结晶度,LDPE: 65%结晶度),因此目前压缩段有加长的趋势。 一般占25%螺杆工作长度。
尼龙(结晶性料)2~3圈,约占15%螺杆的工作长度。 高黏度、耐火性、低传导性、高添加物,占40%~50%螺杆的工作长度。 PVC可利用占100%螺杆的工作长度,以避免激烈的剪切热。
计量段
理论上到计量段之开始点,料应全部熔融,但至少要计量段 = 4D,以确保温度均匀、混炼均匀。
计量段长,则混炼效果佳;计量段太长则易使熔体停留过久,而产生热分解;太短则易使温度不均匀。 一般占20~25%螺杆工作长度。
PVC热敏性,不宜停留过长,以免热分解(可不要计量段)。
进料牙深、计量牙深
进料牙深愈深,在进料区之输送量愈大,但需考虑螺杆强度。
计量牙深愈浅,塑化之发热、混合性能指数愈高,但需防范塑料烧焦,(计量牙深太浅,则剪切热↑,自生热↑,温升太高,尤其不利于热敏性塑料。)
计量牙深 = KD = (0.03~0.07)D D ↑,K 选小; D↓,细长比 ↑,热稳定性差之塑料,K 选大。
影响塑化品质之主要因素:
细长比、压缩比、背压、螺杆转速、电热温度设定。
细长比
细长比=螺杆工作长度/螺杆直径。
细长比大,则吃料易均匀,但容易过火。
热稳定性较佳之塑料可用较长之螺杆,以提高混炼性而不虑烧焦;热稳定性较差之塑料,可用较短之螺杆或螺杆尾端无螺纹。
以塑料特性考量,一般细长比如下:
塑料特性 细长比
热固性 14~16
硬质PVC、高黏度PU等热敏性 17~18
一般塑料 18~22
PC、POM等高温稳定性塑料 22~24
以混色能力考量,一般细长比如下:
细长比 混色能力
12~16 以染好颜色之胶粒成型为宜,避免色差发生。
16~18 以色母在料管内混炼、染色、成型品质均匀,色差不良较小。
20~24 用色料在料管内混炼染色、分散性均匀,对成品物性有较佳的保护作用。
压缩比
压缩比=进料牙深/计量牙深
考虑料的压缩性、装填程度、回流、制品要密实、传热与排气。
适当的压缩比,可增加塑料之密度,使分子与分子之间结合更加紧密,有助于减少空气的吸入,降低因压力而产生之温升,而影响输出量的差异,而不适当之压缩比将会破坏塑料的物性。
压缩比值越高,对塑料在料管内塑化过程中产生的温升越高,对胶化中的塑料产生较佳的混炼均匀度,相对的出料量大为减少。
高压缩比适于不易熔塑料,特别具低熔化黏度、热安定性塑料。
低压缩比适于易熔塑料,特别具高熔化黏度性,热敏性塑料。