螺桿是擠出機(jī)的心臟，是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件，螺桿的性能好壞，決定了一臺(tái)擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化質(zhì)量、填加物的分散性、熔體溫度、動(dòng)力消耗等。是擠出機(jī)最重要的部件，它可以直接影響到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率。通過(guò)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)塑料產(chǎn)生極壓的作用，塑料在料筒中才可以發(fā)生移動(dòng)、增壓以及從摩擦中獲取部分熱量，塑料在料筒的中的移動(dòng)過(guò)程中獲得混合和塑化，黏流態(tài)的熔體在被擠壓而流經(jīng)口模時(shí)，獲得所需的形狀而成型。與料筒一樣，螺桿也是用高強(qiáng)度、耐熱和耐腐蝕的合金制備而成。

由于塑料的種類(lèi)很多，它們的性質(zhì)也各不相同。因此在實(shí)際操作中，為了適應(yīng)不同的塑料加工需要，所需的螺桿種類(lèi)不同，結(jié)構(gòu)也有各有差別。以便能最大效率的對(duì)塑料產(chǎn)生最大化運(yùn)輸、擠壓、混合和塑化作用。圖為幾種較常見(jiàn)的螺桿。

表示螺桿特征的基本參數(shù)包括以下幾點(diǎn)：直徑、長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿和料筒的間隙等。

最常見(jiàn)的螺桿直徑D大約為45~150毫米。螺桿直徑增大，擠出機(jī)的加工能力也相應(yīng)提高，擠出機(jī)的生產(chǎn)率與螺桿直徑D的平方呈正比。螺桿工作部分有效長(zhǎng)度與直徑之比（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)徑比，表示為L(zhǎng)/D）通常為18~25。L/D大，能改善物料溫度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能減少漏流和逆流。提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力，L/D大的螺桿適應(yīng)性較強(qiáng)，能用于多種塑料的擠出；但L/D過(guò)大時(shí)，會(huì)使塑科受熱時(shí)間增長(zhǎng)而降解，同時(shí)因螺桿自重增加，自由端撓曲下垂，容易引起料簡(jiǎn)與螺桿間擦傷，并使制造加工困難；增大了擠出機(jī)的功率消耗。過(guò)短的螺桿，容易引起混煉的塑化不良。

料筒內(nèi)徑與螺桿直徑差的一半稱間隙δ，它能影響擠出機(jī)的生產(chǎn)能力，隨δ的增大，生產(chǎn)率降低．通?？刂痞脑?.1一0.6毫米左右為宜。 δ 小，物料受到的剪切作用較大，有利于塑化，但δ過(guò)小，強(qiáng)烈的剪切作用容易引起物料出現(xiàn)熱機(jī)械降解，同時(shí)易使螺桿被抱住或與料筒壁摩擦，而且， δ太小時(shí)，物料的漏琉和逆流幾乎沒(méi)有，在一定程度上影響熔體的混合。

螺旋角Φ是螺紋與螺桿橫斷面的夾角，隨Φ增大，擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高，但對(duì)塑料產(chǎn)生的剪切作用和擠壓力減小，通常螺旋角介于10°到30°之間，沿螺桿長(zhǎng)度的變化方向而改變，常采用等距螺桿，取螺距等于直徑，Φ的值約為17°41′

壓縮比越大，塑料收到的擠壓比也就越大。螺槽淺時(shí)，能對(duì)塑料產(chǎn)生較高的剪切速率，有利于料筒壁和物料間的傳熱，物料混合和塑化效率越高，反而生產(chǎn)率會(huì)降低；反之，螺槽深時(shí)。情況剛好相反。因此，熱敏性材料（如聚氯乙烯）宜用深螺槽螺桿；而熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的塑料（如聚酰胺），宜用淺螺槽螺桿。

1．螺桿的分段

物料沿螺桿前移時(shí)，經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度等的變化，這種變化在螺桿全長(zhǎng)范圍內(nèi)是不相同的，根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為加(送)料段、壓縮段和均化段。

①、塑料及塑料三態(tài)

塑料有熱固性和熱塑性二大類(lèi)，熱固性塑料成型固化后，不能再加熱熔融成型。而熱塑性塑料成型后的制品可再加熱熔融成型其它制品。

熱塑性塑料隨著溫度的改變，產(chǎn)生玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三態(tài)變化，隨溫度重復(fù)變動(dòng)，三態(tài)產(chǎn)生重復(fù)變化。

a.三態(tài)中聚合物熔體不同的特征：

玻璃態(tài)——塑料呈現(xiàn)為剛硬固體；熱運(yùn)動(dòng)能小，分子間力大，形變主要由鍵角變形所貢獻(xiàn)；除去外力后形變瞬時(shí)恢復(fù)，屬于普彈形變。

高彈態(tài)——塑料呈現(xiàn)為類(lèi)橡膠物質(zhì)；形變由鏈段取向引起大分子構(gòu)象舒展作出的貢獻(xiàn)，形變值大；除去外力后形變可恢復(fù)但有時(shí)間依賴性，屬于高彈形變。

粘流態(tài)——塑料呈現(xiàn)為高粘性熔體；熱能進(jìn)一步激化了鏈狀分子的相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)；形變不可逆，屬于塑性形變

b.塑料加工與塑料三態(tài)：

塑料玻璃態(tài)時(shí)可切削加工。高彈態(tài)時(shí)可拉伸加工，如拉絲紡織、擠管、吹塑和熱成型等。粘流態(tài)時(shí)可涂復(fù)、滾塑和注塑等加工。

當(dāng)溫度高于粘流態(tài)時(shí)，塑料就會(huì)產(chǎn)生熱分解，當(dāng)溫度低于玻璃態(tài)時(shí)塑料就會(huì)產(chǎn)生脆化。當(dāng)塑料溫度高于粘流態(tài)或低于玻璃態(tài)趨向時(shí)，均使熱塑性塑料趨向嚴(yán)重的惡化和破壞，所以在加工或使用塑料制品時(shí)要避開(kāi)這二種溫度區(qū)域。

②、三段式螺桿

塑料在擠出機(jī)中存在三種物理狀態(tài)——玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)的變化過(guò)程，每一狀態(tài)對(duì)螺桿結(jié)構(gòu)要求不同。

c.為適應(yīng)不同狀態(tài)的要求，通常將擠出機(jī)的螺桿分成三段：

加料段L1(又稱固體輸送段)

熔融段L2(稱壓縮段)

均化段L3(稱計(jì)量段)

這就是通常所說(shuō)的三段式螺桿。塑料在這三段中的擠出過(guò)程是不同的。

加料段的作用是將料斗供給的料送往壓縮段，塑料在移動(dòng)過(guò)程中一般保持固體狀態(tài)，由于受熱而部分熔化。加料段的長(zhǎng)度隨塑料種類(lèi)不同，可從料斗不遠(yuǎn)處起至螺杯總長(zhǎng)75%止。

大體說(shuō)，擠出結(jié)晶聚合物最長(zhǎng)，硬性無(wú)定形聚合物次之，軟性無(wú)定形聚合物最短。由于加料段不一定要產(chǎn)生壓縮作用，故其螺槽容積可以保持不變，螺旋角的大小對(duì)本段送科能力影響較大，實(shí)際影響著擠出機(jī)的生產(chǎn)率。通常粉狀物料的螺旋角為30度左右，時(shí)生產(chǎn)率最高，方塊狀物料螺旋角宜選擇15度左右，因球形物料宜選選擇17度左右。

加料段螺桿的主要參數(shù)：

螺旋升角ψ一般取17°～20°。

螺槽深度H1，是在確定均化段螺槽深度后，再由螺桿的幾何壓縮比ε來(lái)計(jì)算。

加料段長(zhǎng)度L1由經(jīng)驗(yàn)公式確定：

對(duì)非結(jié)晶型高聚物L(fēng)1=(10%～20%)L

對(duì)于結(jié)晶型高聚物L(fēng)1=(60%～65%)L

壓縮段(遷移段)的作用是壓實(shí)物料，使物料由固體轉(zhuǎn)化為熔融體，并排除物料中的空氣；為適應(yīng)將物料中氣體推回至加料段、壓實(shí)物料和物料熔化時(shí)體積減小的特點(diǎn)，本段螺桿應(yīng)對(duì)塑料產(chǎn)生較大的剪切作用和壓縮。為此，通常是使螺槽容積逐漸縮減，縮減的程度由塑料的壓縮率(制品的比重/塑料的表觀比重)決定。壓縮比除與塑料的壓縮率有關(guān)外還與塑料的形態(tài)有關(guān)，粉料比重小，夾帶的空氣多，需較大的壓縮比(可達(dá)4~5)，而粒料僅2.5~3。

壓縮段的長(zhǎng)度主要和塑料的熔點(diǎn)等性能有關(guān)。熔化溫度范圍寬的塑料，如聚氯乙烯150℃以上開(kāi)始熔化，壓縮段最長(zhǎng)，可達(dá)螺桿全長(zhǎng)100%(漸變型)，熔化溫度范圍窄的聚乙烯(低密度聚乙烯105~120℃，高密度聚乙烯125~135℃)等，壓縮段為螺桿全長(zhǎng)的45~50%；熔化溫度范圍很窄的大多數(shù)聚合物如聚酰胺等，壓縮段甚至只有一個(gè)螺距的長(zhǎng)度。

熔融段螺桿的主要參數(shù)：

壓縮比ε：一般指幾何壓縮比，它是螺桿加料段第一個(gè)螺槽容積和均化段最后一個(gè)螺槽容積之比。

ε=(Ds-H1)H1/(Ds-H3)≈H1/H3

式中，H1——加料段第一個(gè)螺槽的深度

H3——均化段最后一個(gè)螺槽的深度

熔融段長(zhǎng)度L2由經(jīng)驗(yàn)公式確定：

對(duì)非結(jié)晶型高聚物L(fēng)2=55%～65%L

對(duì)于結(jié)晶型高聚物L(fēng)2=(1～4)Ds

均化段(計(jì)量段)的作用是將熔融物料，定容(定量)定壓地送入機(jī)頭使其在口模中成型。均化段的螺槽容積與加料段一樣恒定不變。為避免物料因滯留在螺桿頭端面死角處，引起分解，螺桿頭部常設(shè)計(jì)成錐形或半圓形；有些螺汗的均化段是一表面完全平滑的桿體稱為魚(yú)雷頭，但也有刻上凹槽或銑刻成花紋的。魚(yú)雷頭具有攪拌和節(jié)制物料、消除流動(dòng)時(shí)脈動(dòng)(脈沖)現(xiàn)象的作用，并隨增大物料的壓力，降低料層厚度，改善加熱狀況，且能進(jìn)一步提高螺桿塑化效率。本段可為螺桿全長(zhǎng)20一25%。

均化段螺桿的重要參數(shù)：

螺槽深度H3由經(jīng)驗(yàn)公式確定H3=(0.02～0.06)Ds

長(zhǎng)度L3由下式確定L3=(20%～25%)L

d. 根據(jù)熔體輸送理論，熔體在螺桿均化段的流動(dòng)有四種形式，熔融物料在螺槽中的流動(dòng)是這四種流動(dòng)的組合：

正流——塑料熔體在料筒和螺桿間沿著螺槽方向朝機(jī)頭方向的流動(dòng)。

逆流——流動(dòng)方向與正流相反，由機(jī)頭、多孔板、過(guò)濾板等阻力引起的壓力梯度所造成。

橫流——熔體沿著垂直于螺紋壁方向的流動(dòng)，影響擠出過(guò)程中熔體的混合和熱交換作用。

漏流——由于壓力梯度在螺桿與料筒間隙處形成的倒流，沿螺桿軸向方向。