押出機スクリュー

スクリューは押出機の心臓部であり、押出機の重要な部品です。スクリューの性能は、押出機の生産性、可塑化品質、フィラーの分散、溶融温度、消費電力などを決定します。これは、押出機の最も重要な部品であり、押出機の適用範囲と生産効率に直接影響を与える可能性があります。スクリューの回転はプラスチックに極度の圧力をかけ、プラスチックはバレル内で移動し、加圧され、摩擦から熱を得ることができます。プラスチックはバレル内で移動中に混合され、可塑化されます。粘性のある溶融物が押し出されてダイを通過すると、目的の形状になり、成形されます。バレルと同様に、スクリューも高強度、耐熱性、耐腐食性の合金で作られています。
プラスチックには多くの種類があり、その特性も異なります。そのため、実際の操作では、さまざまなプラスチック加工のニーズに適応するために、さまざまなタイプのスクリューが必要であり、構造も異なります。これにより、プラスチックを最大限の効率で輸送、押し出し、混合、可塑化できます。
スクリューの特性を表す基本的なパラメータには、直径、アスペクト比、圧縮比、ピッチ、溝の深さ、ね​​じれ角、スクリューとバレル間のクリアランスなどがあります。
最も一般的なスクリュー径Dは約45〜150 mmです。スクリュー径が大きくなると、押出機の処理能力もそれに応じて増加し、押出機の生産性はスクリュー径Dの2乗に比例します。スクリューの作業部の有効長さと直径の比（アスペクト比と略記し、L / Dで表す）は通常18〜25です。L / Dが大きいほど、材料の温度分布が改善され、プラスチックの混合と可塑化が容易になり、漏れと逆流が減少します。押出機の生産能力が向上します。L / Dが大きいスクリューは適応性が強く、さまざまなプラスチックの押し出しに使用できますが、L / Dが大きすぎると、プラスチックが長時間加熱され、劣化します。同時に、スクリューの重量が増加するため、自由端が曲がったりたるんだりして、バレルとスクリューの間に傷がつきやすく、製造と加工が困難になります。押出機の消費電力が増加します。スクリューが短すぎると混合時の可塑化が悪くなる可能性があります。
バレルの内径とスクリューの直径の差の半分をギャップδと呼び、押出機の生産能力に影響を与える可能性があります。δが大きくなると、生産性が低下します。通常、δを{{0}}.1〜0.6 mm程度に制御するのが適切です。δが小さい場合、材料に対するせん断効果が大きく、可塑化に役立ちます。ただし、δが小さすぎると、強いせん断効果により材料の熱機械的劣化が発生しやすく、スクリューがバレル壁に保持されたり擦れたりする可能性があります。また、δが小さすぎると、材料の漏れや逆流がほとんどなく、溶融物の混合にある程度影響します。
ねじれ角Φは、ねじ山とスクリューの断面との間の角度です。Φが増加すると、押出機の生産能力は増加しますが、プラスチックに対するせん断効果と押し出し力は減少します。通常、ねじれ角は10度から30度の間で、スクリューの長さの方向に沿って変化します。等距離スクリューがよく使用され、ピッチは直径に等しくなります。Φの値は約17度41分です。
圧縮比が大きいほど、プラスチックが受ける押し出し比が大きくなります。スクリュー溝が浅い場合、プラスチックのせん断速度が高くなり、バレル壁と材料間の熱伝達に有利になります。材料の混合と可塑化の効率が高いほど、生産性は低くなります。逆に、スクリュー溝が深い場合、状況は正反対になります。したがって、深いスクリュー溝のスクリューは熱に敏感な材料（ポリ塩化ビニルなど）に適しており、浅いスクリュー溝のスクリューは溶融粘度が低く、熱安定性が高いプラスチック（ポリアミドなど）に適しています。
1. ネジの分割
材料がスクリューに沿って前進すると、温度、圧力、粘度などの変化が発生します。この変化はスクリューの全長内で異なります。材料の変化の特性に応じて、スクリューは供給（供給）セクション、圧縮セクション、均質化セクションに分けられます。
①、プラスチックとプラスチックの3つの状態
プラスチックは熱硬化性と熱可塑性の 2 つのカテゴリに分けられます。熱硬化性プラスチックは成形されて固まった後、加熱して溶かすことはできません。一方、熱可塑性プラスチックで成形された製品は加熱して溶かして他の製品にすることができます。
熱可塑性プラスチックは温度が変化すると、ガラス状態、高弾性状態、粘性流動状態の3つの状態に変化します。温度が繰り返し変化すると、3つの状態が繰り返し変化します。
a. 3 つの状態におけるポリマー溶融物の異なる特性:
ガラス状態 - プラスチックは硬い固体のように見えます。熱運動エネルギーは小さく、分子間力は大きく、変形は主に結合角の変形によって寄与されます。外力が除去されると変形は瞬時に回復し、一般的な弾性変形に属します。
高弾性状態 - プラスチックはゴムのような物質として現れ、変形は鎖セグメントの配向によって引き起こされる高分子構造の伸張によって寄与され、変形値が大きい。外力が除去されると変形は回復しますが、時間に依存し、高弾性変形に属します。
粘性流動状態 - プラスチックは高粘性の溶融物として現れ、熱エネルギーが鎖状分子の相対的な滑り運動をさらに刺激します。変形は不可逆であり、塑性変形に属します。
b. プラスチックの加工とプラスチックの3つの状態:
プラスチックはガラス状態では切断が可能で、高弾性状態では伸線加工、チューブ押し出し、ブロー成形、熱成形などの加工が可能で、粘性流動状態ではコーティング、回転成形、射出成形などの加工が可能です。
温度が粘性流動状態より高い場合、プラスチックは熱分解を起こし、温度がガラス状態より低い場合、プラスチックは脆くなります。プラスチックの温度が粘性流動状態より高いかガラス状態より低い場合、熱可塑性プラスチックは劣化し、深刻な損傷を受ける傾向があるため、プラスチック製品を加工または使用するときは、この2つの温度領域を避ける必要があります。
②、三段スクリュー
プラスチックは、押出機内でガラス状態、高弾性状態、粘性流動状態の変化過程の 3 つの物理的状態で存在し、各状態にはスクリュー構造に対する要件が異なります。
c. さまざまな州の要件を満たすために、押出機のスクリューは通常 3 つのセクションに分かれています。
供給部L1（固形物搬送部とも呼ばれる）
溶融セクションL2（圧縮セクションと呼ばれる）
均質化セクションL3（計量セクションと呼ばれる）
これは通常 3 段スクリューと呼ばれます。この 3 つのセクションではプラスチックの押し出しプロセスが異なります。
供給セクションの機能は、ホッパーから供給された材料を圧縮セクションに送ることです。プラスチックは一般的に移動中に固体状態のままであり、熱により部分的に溶融します。供給セクションの長さはプラスチックの種類によって異なり、ホッパーからそれほど離れていないところからスクリューカップの全長の 75% までになります。
一般的に言えば、結晶性ポリマーの押し出しが最も長く、次に硬い非晶質ポリマーが続き、柔らかい非晶質ポリマーの押し出しが最も短くなります。供給セクションでは必ずしも圧縮が発生しないため、そのスクリュー溝の容積は変わらない場合があります。らせん角の大きさは、このセクションの供給能力に大きな影響を与え、実際に押し出し機の生産性に影響します。通常、粉末材料のらせん角は約30度で、生産性が最も高くなります。ブロック材料のらせん角は約15度、球状材料のらせん角は約17度にする必要があります。