隨著人們對高分子化合物認識的不斷深化，塑料注塑機注射螺桿有了很大發(fā)展。由于塑料注塑機注射螺桿的技術性能是實現(xiàn)優(yōu)良注射塑化性能的關鍵，因此對于注射螺桿的合理設計顯得尤為重要。本文分析了塑料注塑機注射螺桿主要技術參數(shù)及主要結構與技術性能之間的關系，提出了注射螺桿主要技術參數(shù)確定的原則，做了比較詳細的分析與研究。 

    塑料注塑機注射螺桿長徑比 

    塑料注塑機注射螺桿長徑比是螺桿的一個十分重要的參數(shù),對于常用的通用螺桿而言，尤為重要。通用螺桿的長徑比由13~14，提高到18，現(xiàn)已提高到20~22，甚至達到26。 

1、塑料注塑機注射螺桿長徑比與注射行程 

     塑料注塑機注射行程表達了注射量的大小，是一個重要的技術參數(shù)。注射過程中螺桿填充的物料量基本上是一個很不確定的因素。注射時，螺桿軸向前移，物料流入螺槽，但不能充滿螺槽，因為注射時間不足以滿足完全填滿螺桿溝槽所需的時間。由于物料填充稀疏，空氣易被吸入，此時空氣若不能及時排出，會使塑化品質降低。通常，計量行程的大小是決定空氣能否進入儲料缸的主要因素。多種物料的研究表明，計量行程若大于3D，止回環(huán)后面會有夾氣產生。此時如果螺桿長徑比小于18（滿足3D的計量行程的螺桿長徑比），即加料段固體開始熔融的長度太短，則會使固體向壓縮段熔體轉變時殘留在熔體中的固體大量增加，在嚴重的情況下，甚至可造成輸送停止。因此要想獲得超過3D的計量行程，必須增加螺桿的有效長度，使固體料在加料過程中能夠有足夠的熔融路徑進行熔融，以減少熔體中固體含量，使熔體體積的組成與壓縮段的體積流組成相匹配，從而實現(xiàn)計量所要求的熔融體積大于螺桿螺槽中的熔融體積。一般情況下，螺桿長徑比達到20~25，可滿足計量行程大于3D的要求。另外為了能夠解決由于螺桿長徑比的增加而引起的加料夾氣問題，在螺桿設計上必須滿足塑化時固體塞的速度大于固體床的速度。現(xiàn)在，隨著螺桿設計及加工的進步，一般塑料注塑機的注射行程由3D增加到4.5D~5D，有的甚至達到6.5D，螺桿的長徑比也由18增加到20~25，甚至更大，從而提高了塑化機構的經濟性。例如DEMAG公司的Ergotech系列，標準螺桿的注射行程為4.5D左右，螺桿塑化的有效長度為20D~24D，特殊螺桿的長徑比達到25，螺距與螺棱外徑之比為1：1。

2、塑料注塑機注射螺桿長徑比與物料熔融特性 

    半結晶塑料的比熱焓比無定形塑料約高1.3~1.5倍，因此無定形塑料比半結晶塑料更易熔融，例如，ABS經過7D路徑達到熔融，PS經過10D路徑達到熔融，PE經過14D路徑達到熔融，而PP 經過23D路徑后熔融過程仍未結束。從上述現(xiàn)象中可以看出，不同的塑料由于其熔融特性不同，對螺桿的長徑比的要求也不同。例如用長徑比為18的普通塑料注塑機注射螺桿塑化PP，塑化的質量肯定不理想，以至于在模制品中會有未熔融的粒料，而用來塑化PE，卻能達到良好的熔融質量。 

    現(xiàn)在隨著制品性能的提高，為克服通用螺桿性能的不足，專用螺桿應運而生，例如：PET螺桿、PC螺桿、PVC螺桿、熱固性塑料螺桿、EVA螺桿、PEEK螺桿等等。專用螺桿為適應特定對象的塑化，其長徑比基本上各不相同，螺桿的具體結構及技術參數(shù)也具有各自的特點。例如注射PET瓶坯的專用螺桿，為適應PET料的性能及提高瓶坯的質量，螺桿的長徑比達到23D~26D。 

3、塑料注塑機注射螺桿長徑比與制品質量特性 

    制品質量要求不同，對螺桿長徑比的要求也不同。例如，一般的PC制品，螺桿的長徑比為20即能滿足塑化要求，而加工PC光導板，理想的塑料注塑機注射螺桿長徑比應為23，以提高熔融品質及計量精度；精密注射螺桿則要比通用螺桿的長徑比更大一些。 

4、塑料注塑機注射螺桿長徑比與剪切混煉組件 

    螺桿長徑比與剪切混煉組件雖各有各的功能，但在一定情況下，可以相互之間彌補不足。對剪切不敏感的塑料如PP的塑化，在螺桿長徑比不足的情況下，可以通過增加剪切/混煉組件提高熔融率，如使用多頭螺紋螺桿及屏障型螺桿。多頭螺紋螺桿及屏障型螺桿同單頭螺紋螺桿相比，優(yōu)點是機筒壁與固體床之間形成的熔體層不那么厚，因此增加了機筒到固體物的熱傳遞，從而有效地利用了能量。此外，屏障型螺桿表面還能把固體與熔體分開，且物料通過屏障螺紋受到一定的剪切，使熱輸入更有效。 

    對于對剪切敏感的高熱焓塑料的塑化，剪切/混煉組件不能代替螺桿長徑比的功能，必須使用足夠大的長徑比的螺桿，使物料具有較長的滯留時間，以吸收足夠的熱量，這樣才能得到足夠均化的熔體；加入較長纖維的塑料因纖維在塑化過程中往往受到集中剪切而破壞，所以也不能增加剪切/混煉組件。為達到較好的分散性和捏和性，應采用較大長徑比的螺桿。 

塑料注塑機注射螺桿計量段 

    計量段的主要功能是均化與計量,所以計量段又被稱為均化段。由于從壓縮段輸出的熔體內部還沒有達到熔融均一，各部分之間還存在溫度差異，甚至還存在未熔化的固體料，從而不能得到重復精度高的塑化量以及計量精度，因此塑料熔體的均化需要在計量段來完成。從計量段的功能及加工中的實踐說明，計量段的合理設計，對塑化均一，以及精確計量起到十分重要的作用。 

1、計量段的均化與混煉剪切段的均化 

    塑料熔融均化有兩種含義，一種是以溫差形式表述的熱均勻性，另一種是以描述顏料、填充劑分布的光學和機械混合均勻性。 

（1）計量段的均化 

    計量段均化的實質是使經過壓縮段的熔融體經過計量段的路徑后，使熔融體內部的各點的溫度達到均一，以得到密度均一的熔融體。這是以溫差形式表述的熱均勻性。 

（2）計量前端的混煉剪切段的均化 

    塑料注塑機注射螺桿由于其本身特定的功能，其混煉剪切能力比較差，特別是對于顏色的混煉分散性的作用很欠缺。然而現(xiàn)在比較多的國內用戶為降低生產成本，很少使用顏色分散性能優(yōu)良的色母料，而是直接用顏料與塑料粒子相混合攪拌，進行塑化。為了滿足用戶的這種加工要求，許多國產注塑機廠商在螺桿的頭部設置了混煉剪切段，以提高顏料混合的均勻性。這種裝置的混煉剪切段的均化與計量段的均化有著明顯的區(qū)別，是以顏料、填充劑分布形式表述的光學和機械混合均勻性。 

2、 計量段的設計原則 

（1）計量段的長度 

    根據(jù)計量段所要達到的目的，計量段的螺槽深度宜淺不宜深，計量段的長度為25%~30%的螺桿螺棱部分的長度。計量段的螺槽深度和長度是影響計量作用的兩個因素，其中計量段的長度起主導作用。提高螺桿長徑比之所以能夠提高計量精度和塑化均一性，是因為計量段的長度首先得到加長，同時降低了螺桿的壓縮比。例如，一根φ42mm的螺桿，螺桿長徑比由19提高到21.5，計量段的長度由4.5D提高到6D,塑化PS質量在241.3~241.8之間變化,質量重復精度達到0.2%,比原來的1%提高了5倍,從而說明了計量段長度對計量精度起著十分重要的作用。 

（2）壓縮比及計量段槽深 

    隨著塑料注塑機注射螺桿長徑比的提高，可適當降低壓縮比。以前螺桿長徑比為18時，壓縮比一般為2.8，現(xiàn)在螺桿長徑比提高后，壓縮比一般為2.2。同時，相應計量段的槽深也減小了，這樣可得到更為均勻的熔融體和使塑化能力提高。一般來說，對于粘度低、流動性好、熱穩(wěn)定性好的塑料塑化，采取大的壓縮比和較深的計量段槽深；對于粘度高、易熱分解的塑料塑化，采取小的壓縮比和較淺的計量段槽深；對于無定形塑料，可增加計量段槽深，槽深取0.06D～0.07D，以降低流動阻力；對于結晶形塑料，減小計量段槽深，槽深取0.04D～0.05D，以減小熔料軸向溫差。 

（3）塑料注塑機注射螺桿與機筒間隙 

    高速注射時，塑料注塑機注射螺桿與機筒的間隙大小是一個非常突出的問題。螺桿在進行高速注射時，沿壓縮段方向熔膜和熔池作用于固體床位上的剪切力大幅度增加，如果螺桿與機筒的間隙過大，熔體從螺棱推進面的熔池越過螺棱和機筒的間隙而進入前面的螺槽，固體床將被熔體所壓縮，導致固體床很快破裂，甚至在加料段未端的固體床就已開始破裂。所以，為適應高速注射的要求，塑料注塑機注射螺桿與機筒的間隙應嚴格控制。 

3、止回環(huán) 

    止回環(huán)有三種形式：獨立運動止回環(huán)，與塑料注塑機注射螺桿同步旋轉止回環(huán)，綜合上述兩種功能的雙止回環(huán)。前面兩種為普遍使用的止回環(huán)，這里重點介紹雙止回環(huán)。雙止回環(huán)由與塑料注塑機注射螺桿同步旋轉的外環(huán)與獨立運動的內環(huán)組成，注射時，外環(huán)端面與塑料注塑機注射螺桿端面貼緊密封，內環(huán)端面與外環(huán)內端面貼緊達到雙道密封效果，其特點是使用壽命長、密封效果好、關閉靈敏、能長期保持和穩(wěn)定高的注射效率。與同規(guī)格的未采用雙止回環(huán)的注塑機相比，采用雙止回還的注塑機明顯表現(xiàn)出注射穩(wěn)定、注射壓力低的優(yōu)點。 

塑料注塑機螺桿設計原則 

    塑料注塑機注射螺桿的設計思路是：以理論為指導，實踐經驗為依據(jù)，把理論與實踐結合起來，不被現(xiàn)有的一些理論所束縛，敢于創(chuàng)新。衡量螺桿設計的標準是：塑化能否均一，計量是否達到要求，其次是塑化能力的要求。由于人們對高分子塑料性能的認識在不斷深化中，新的高分子化合物也會不斷出現(xiàn)，所以合理的螺桿設計是沒有的，只要能夠塑化出達到質量要求且成型出符合質量的制品，那么螺桿的設計就是成功的。 

    設計一根塑料注塑機注射螺桿，首先要了解所加工對象的性能及制品所要達到的質量，以及塑料注塑機注射螺桿哪些參數(shù)與所要加工物料的性能相關，如物料對剪切、溫度的敏感性。通常，無定形塑料如 PS、 ABS、 PMMA 、PVC、 PC 等除PVC 外，加工溫度范圍較寬。結晶型塑料如LDPE 、HDPE、 PA等溫度波動范圍較窄；無定形塑料對剪切不敏感，不需加剪切組件，計量槽深可適當加大并降低壓縮比，以降低流動阻力。結晶型塑料對剪切敏感，可添加剪切組件，以降低粘度，提高流動性。以PP為例，盡管它的流動性很好，但因其比熱容高，熱擴散率低，因此它是一種較難塑化的塑料，使用通用塑料注塑機注射螺桿塑化其質量很難達到理想狀態(tài)，特別是在大、中型機上反映更為明顯。常見的塑化品質缺陷是：螺桿均化段（計量段）熔料層內外層溫差大，即內層溫度低，外層溫度高。塑化時，由于內層塑料在塑料注塑機注射螺桿塑化推力作用下滯留在螺桿頭部，外層熔料越過滯留在螺桿頭部的內層塑料流向前端，所以每次注射僅把機筒內腔前端的外層熔料注進模具，而內層塑料因未達到熔融溫度仍滯留在螺桿頭部，這樣，經多次塑化注射后，滯留在螺桿頭部的料越來越多，從而使每次實際塑化量越來越小，導致注射量也越來越小，甚至到后只有取掉滯留料后才能進行正常工作。鑒于PP塑化時存在的這種特殊性，必須對注射PP的螺桿的形式和技術參數(shù)進行特殊設計，以達到塑化質量及塑化計量的重復精度。其中長徑比是關鍵性能，所以首先加大長徑比，以滿足熔料的滯留時間，然后再考慮其它參數(shù)的設計。