1.机械原则

    挤出的基本机理很简单——一个螺杆在筒体中转动并把塑料向前推动。螺杆实际上是一个斜面或者斜坡,缠绕在中心层上。其目的是增加压力以便克服较大的阻力。就一台挤出机而言,有3种阻力需要克服:固体颗粒(进料)对筒壁的摩擦力和螺杆转动前几圈时(进料区)它们之间的相互摩擦力;熔体在筒壁上的附着力;熔体被向前推动时其内部的物流阻力。

    牛顿曾解释说,如果一个物体没有向一个给定的方向运动,那么这个物体上的力就在这个方向中平衡。螺杆不是以轴向运动的,虽然在圆周附近它可能横向快速转动。因此,螺杆上的轴向力被平衡了,而且如果它给塑料熔体施加了一个很大的向前推力那么它也同时给某物体施加了一个相同向后推力。在这里,它施加的推力是作用在进料口后面的轴承——止推轴承上。

    多数单螺杆是右旋螺纹,像木工和机器中使用的螺杆和螺栓。如果从后面看,它们是反向转动,因为它们要尽力向后旋出筒体。在一些双螺杆挤出机中,两个螺杆在两个筒体中反向转动并相互交叉,因此一个必须是右向的,另一个必须是左向的。在其它咬合双螺杆中,两个螺杆以相同的方向转动因而必须有相同的取向。然而,不管是哪种情况都有吸收向后力的止推轴承,牛顿的原理依然适用。

    2.热原则

    可挤出的塑料是热塑料——它们在加热时熔化并在冷却时再次凝固。熔化塑料的热量从何而来?进料预热和筒体/模具加热器可能起作用而且在启动时非常重要,但是,电机输入能量——电机克服粘稠熔体的阻力转动螺杆时生成于筒体内的摩擦热量——是所有塑料最重要的热源,小系统、低速螺杆、高熔体温度塑料和挤出涂层应用除外。

    对于所有其他操作,认识到筒体加热器不是操作中的主要热源是很重要的,因而对挤出的作用比我们预计的可能要小(见第11条原则)。后筒体温度可能依然重要,因为它影响齿合或者进料中的固体物输送速度。模头和模具温度通常应该是想要的熔体温度或者接近于这一温度,除非它们用于某具体目的像上光、流体分配或者压力控制。

    3.减速原则

    在多数挤出机中,螺杆速度的变化通过调整电机速度实现。电机通常以大约1750rpm的全速转动,但是这对一个挤出机螺杆来说太快了。如果以如此快的速度转动,就会产生太多的摩擦热量而且塑料的滞留时间也太短而不能制备均匀的、很好搅拌的熔体。典型的减速比率在10:1到20:1之间。第一阶段既可以用齿轮也可以滑轮组,但是第二阶段都用齿轮而且螺杆定位在最后一个大齿轮中心。

    在一些慢速运行的机器中(比如用于UPVC的双螺杆),可能有3个减速阶段并且最大速度可能会低到30rpm或更低(比率达60:1)。另一个极端是,一些用于搅拌的很长的双螺杆可以以600rpm或更快的速度运行,因此需要一个非常低的减速率以及很多深冷却。

    有时减速率与任务匹配有误——会有太多的能量不能使用——而且有可能在电机和改变最大速度的第一个减速阶段之间增加一个滑轮组。这要么使螺杆速度增加到超过先前极限或者降低最大速度允许该系统以最大速度更大的百分比运行。这将增加可获得能量、减少安培数并避免电机问题。在两种情况中,根据材料和其冷却需要,输出可能会增加。



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