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普通三段式螺杆的缺陷与分离型螺杆解析 - 无图版

15972696088 --- 2026-01-17 16:34:15

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一、普通三段式螺杆的缺陷

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受自身结构限制,普通三段式螺杆(含加料段、塑化段、均化段,具体可参考“螺杆的分类及各分段区域的作用”)在塑化段末端及塑化段与均化段的过渡区域,普遍存在固相破碎问题,直接导致挤出过程不稳定、熔体质量波动大等核心缺陷。其内在成因可细化为以下过程

塑料的熔化始于料粒与金属的交界面(如图1所示):料筒传递的热量使贴近料筒的固体料粒表面熔融,形成薄熔膜;同时,料粒与料筒间的剪切作用产生热量,推动固体料粒进一步熔融,在螺槽底部及侧部形成熔融塑料池。已熔融的塑料部分不再承受摩擦与剪切作用,仅持续接收加热;而被熔融塑料包裹的固体料粒,既无法与料筒产生剪切接触,又因塑料本身属于不良热导体,在高产出料量的工况下,难以通过热传导实现均匀熔化。

随着熔融过程持续推进,固体料粒的聚集束逐渐缩小直至破裂,最终导致未完全熔化的固体料粒分散漂浮在熔融塑料中,只能依靠熔融塑料的传热逐步完成熔化。这一过程直接造成塑化不均、物料分散不匀的最终结果。

二、分离型螺杆的诞生

1959年,为解决普通三段式螺杆的固有缺陷、提升单螺杆挤出机的产量并改善熔体质量,分离型螺杆应运而生。该类型螺杆基于塑料熔融理论,在经典三段式螺杆的基础上进行结构创新,核心设计为:整根螺杆由两段螺纹构成(主螺纹与副螺纹),两段螺纹的导程可相同或不同。

这种双螺纹结构能使固相熔融后产生的熔膜跨越螺纹间隙,顺利进入液相螺槽,而未熔融的固相则被限制在固相槽内,从而实现固液分离的关键效果。正是基于这一核心工作原理,此类螺杆被正式命名为“分离型螺杆”(如图2所示)。

三、分离型螺杆的特点与分类

分离型螺杆的核心定义是:在挤出塑化过程中,可主动将螺槽内的固体颗粒与塑料熔体实现有效分离的一类螺杆。根据固液分离方式的差异,分离型螺杆主要分为BM型螺杆、Barr型螺杆和熔体槽螺杆三大类,各类结构及特性如下:

1、BM型螺杆

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BM螺杆是分离型螺杆的典型代表,广泛应用于PE/MPP管材、聚丙烯板材等挤出成型领域。其结构特点为:加料段和均化段与普通三段式螺杆基本一致,核心差异在于塑化段增设了一条起屏障作用的附加螺纹(简称“副螺纹”),且副螺纹的外径小于主螺纹。

主、副两条螺纹将原单螺纹形成的单一螺槽分隔为两个独立螺槽,实现固液分离功能:其中一条螺槽与加料段连通,称为“固相槽”,其螺槽深度由加料段的深度逐步过渡至均化段的深度;另一条螺槽与均化段连通,称为“液相槽”,其螺槽深度始终与均化段保持一致。副螺纹与主螺纹的相交点始于加料段末端,终止于均化段起始端。
工作时,当固体床在输送过程中开始熔融,由于副螺纹与机筒的间隙大于主螺纹与机筒的间隙,固相槽中已熔融的物料可越过副螺纹与机筒的间隙进入液相槽,而未熔融的固体物料无法通过该间隙,只能留存于固相槽内,从而实现固、液两相的有效分离。此外,因主、副螺纹的螺距不相等,在熔融段会形成“固相槽由宽变窄,直至均化段完全消失;液相槽由窄变宽,直至均化段占据整个螺槽宽度”的渐变过程。

2、Barr型螺杆

Barr型螺杆与BM型螺杆的核心差异在于:主、副螺纹的螺距相等,因此固相螺槽和液相螺槽的宽度自始至终保持不变。其结构渐变特点为:固相螺槽的深度由加料段的深度逐步过渡至均化段的深度;液相螺槽的深度从初始的零逐渐加深,当固体床在均化段完全消失时,液相螺槽达到最深,随后突变过渡至均化段的标准螺槽深度。
该类型螺杆的优势是加工难度较低、工艺更简便,但存在明显局限:由于液相螺槽在均化段的深度较大,应用于小直径螺杆时,会出现螺杆强度不足的风险,限制了其适用范围。

3、熔体槽螺杆

熔体槽螺杆的结构设计核心是:在熔融过程启动、且螺槽内形成一定宽度熔池的位置下方,开设一条“深度逐渐增加、宽度保持不变”的附加螺槽(即熔体槽),该螺槽一直延续至均化段,最终突变过渡至均化段的标准螺槽深度。
其特性优势显著:液相螺槽(熔体槽)窄而深,与机筒的接触面积小,接收的热量少、承受的剪切作用弱,有利于实现低温挤出,可避免热敏性塑料因过度剪切或高温而分解;固相螺槽的宽度保持不变,能持续维持与机筒内壁的最大接触面积,可充分接收来自机筒壁的热量,因此熔融效率更高。

4、分离型螺杆的特点

  • 塑化更彻底:仅完全熔融的塑料可越过螺纹间隙进入液相槽,尚未完全塑化的小颗粒在通过间隙时,会受到高剪切速率的作用,可进一步完成充分塑化。
  • 均化段长度稳定:普通螺杆的均化段实际有效长度会因塑料特性、口模压力、操作条件等因素波动,与理论长度存在偏差;而分离型螺杆的液相螺槽内完全填充熔体,可确保均化段长度稳定,提升熔体质量的一致性。
  • 排气效果优异:固体物料之间夹带的空气,以及物料表面吸附的水汽,在挤出压力作用下可更顺畅地从料斗排出,减少熔体中的气泡缺陷。
  • 螺杆运行更稳定:彻底解决了普通螺杆的固相破裂问题——避免了破裂后的固相碎块嵌入螺杆与机筒间隙,同时消除了因不规则固相在螺杆周围分布不均,导致螺杆各点径向压力不均衡的现象,降低了螺杆磨损和运行振动。
  • 适配高速挤出:分离型螺杆的螺槽深度较深,剪切速度梯度较小,即使在高速运转工况下,熔料也不易发生热分解,因此可在提升挤出转速、增加产量的同时,保证熔体质量稳定


gauzha --- 2026-01-17 17:05:25

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有点明白了。
xxn --- 2026-01-19 08:42:09

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很早以前就听说过分离式螺杆,但具体是什么回事,什么原理还没听说过,今天总算是稍微了解了一点,感谢楼主!
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