螺杆结构决定挤出机剪切性能

螺杆结构决议挤出机剪切性能
挤出机剪切性能高处与低处由挤出机的螺杆结构所决议。

但挤出
质量优劣与挤出效率高处与低处，还在于挤出工艺与挤出机剪切性能相
适应。

否则低剪切挤出机采纳过高挤出速度挤出，难以生产挤出高质量
型材制品，高剪切挤出机在过低挤出速度下运行，难以有效发挥挤出效率。

不同剪切性能挤出机都有肯定的工艺掌控范围，是有限度的。

业内
提倡的挤出工艺路线为“马鞍型”即加热区设定温度要高一些，恒温区
设定温度要低一些，保温区设定温度要高一些。

但不同剪切性能挤出机
在不同挤出速度下运行，“马鞍型”的“鞍”与“座”高处与低处是*
不同的。

在塑料异型材挤出时，要zui大限度发挥不同剪切性能挤出机的
挤出效率，建立螺杆加热区（供料段、压缩段）与恒温区（熔融段、计
量段）所需热量与所供热量的平衡是关键所在。

依据挤出机剪切性能特点，不同剪切性能挤出机，挤出不同规格塑料异型材，应分别实行不同
的挤出工艺，以适应制品质量性能的需求。

塑料异型材挤出，物料由玻璃态转化为熔融态共计有两种热源，
一种是由电加热器供给的外加热，一种是由螺杆在旋转过程中对物料压延、摩擦、剪切产生的热量。

在开机生产时，物料的熔融重要以外加热
为主，在正常生产阶段，物料的熔融重要以螺杆对物料压延、摩擦、剪
切产生的内热为主。

具有关资料表明：在型材挤出中，内热所占挤出机
所供热量的比例，大致在65％以上。

外加热温度掌控系统重要是通过电器仪表元件实施温度设定与显示。

当显示温度超过设定温度指标参数时，加热圈即刻断电，停止加温，并由螺杆油冷装置与螺筒风冷装置进行强制冷却；当显示温度达不到设
定温度指标参数时，加热圈就一直不间断工作。

由于内热重要受挤出机
螺杆特性、加料与挤出速度的制约，不受外加热温度掌控系统的影响。

当低剪切挤出机挤出速度过高时，即使供料段与压缩段外加热圈工作频
率提高，间歇时间很短，其显示温度亦可能达不到设定温度；即使熔融
段与计量段外加热停止工作并启动螺杆与螺筒冷却装置运行，显示温度
仍可能远远高于设定温度。

同时由于反映显示温度的测温点（热电偶）安装在挤出机螺筒壁上，与螺筒内物料有肯定距离，仪表显示温度与物料实际温度在不同工
况下则有肯定梯度，存在不同对应关系。

一般情况下加料段与压缩段物
料即存在外加热，又存在剪切热，为双向加热，显示温度基本等同于物
料温度；熔融段与计量段物料显示温度未达到设定温度时，亦为双向加热。

当显示温度超越设定温度时，热量开始由内向外传递，可称之为逆
向传热，显示温度低于物料温度。

由此可知低剪切挤出机挤出速度较高时，螺杆熔融段、计量段物料实际温度不仅高于设定温度，也高于显示
温度。

因此当显示温度在设定温度区域运行时，设定温度参数基本等同
于物料温度，是物料塑化熔融的掌控目标与依据。

当显示温度偏离设定
温度区域运行时，显示温度可假定为物料温度，即取代设定温度成为物
料塑化熔融的掌控目标与依据。

设定温度只是加添或削减外供热的调控
手段。

对于低剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较小，所供给的
内热远远充足不了玻璃态物料塑化要求，故给料段、压缩段温度设定应
高一些，因配方不同，大致在190～200℃左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依旧偏低，但提高设定温度的目的，是为了供料段、压
缩段电加热圈，一直不间断工作，只要显示温度在180～185区间，物
料紧包裹于螺杆，处于微熔状态，不显现排气孔冒料现象，可视为正常；熔融段、计量段设定温度应低一些，因配方不同，大致在165～175℃左右，尽管在提高挤出速度情况下，显示温度依旧偏高，但降低设定温度
的目的，是为了熔融段、计量段电加热圈适时停止加热，并启动螺杆油
冷与螺筒风冷对物料进行冷却，只要显示温度在180～185℃区间，挤出型坯截面未显现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度正常。

反之即使给
料段、压缩段温度设定的再高，加热圈不间断工作，排气孔物料疏松，
呈豆腐渣状，未包裹住螺杆，从螺筒排气孔显现冒料现象；熔融段、计
量段设定温度再低，电加热圈已停止工作，螺杆油冷与螺筒风冷一直对
物料进行冷却，挤出型坯已显现气孔、麻点等症状，可视为挤出速度已
到极限，应适时降低挤出速度或加料与挤出速度（3）。

排气孔冒料是低剪切挤出机塑化不良的表征。

但并非排气孔冒料
都是低剪切挤出机所造成的。

导致排气孔冒料重要有以下原因：①加料
速度过快，所加添的剪切热不足于平衡所加添的给料量需要的热量，导
致的塑料塑化不良；②挤出速度过快，所加添的剪切热不足于平衡物料
在给料段与压缩段停留时间削减而损失的热量，导致的塑料塑化不良；
③配方采纳CPE抗冲改性剂时，加工助剂添加量偏少，物料摩擦性能差，到排气孔时塑化不良；④配方中润滑剂过量，物料在挤出机内移动挤出
速度过快，到排气孔时塑化不良；⑤挤出机螺杆与螺筒轴向间隙过大，
漏流严重或螺杆给料段、压缩段温度过高，导致物料“过塑化”，已转
化为熔体的物料经过了压缩段*次压力高峰后，到排气孔时应力释放，
体积膨胀，粘附在螺棱端面，随螺杆转动被排气段螺筒刮落在排气孔管
壁上，积累到肯定程度从排气孔溢出。

前两种排气孔冒料均和挤出机剪
切性能差有关，第三种与第四种排气孔冒料重要与配方有关，第五种排
气孔冒料重要与挤出机磨损及剪切性能高有关。

在判定排气孔冒料原因时，应综合考虑，不可盲目而定。

如属于试验配方发生的排气孔冒料应
调整配方；如属于挤出机磨损，应调整挤出机螺杆与螺筒间隙；如发觉
物料在排气孔“过塑化”应调整加料挤出速度比；前三种排气孔冒一般
表现为扭距上升，后两种排气孔冒一般表现为扭矩降低。

对于高剪切挤出机，由于给料段、压缩段压缩比较高，所供给的
内热已能充足玻璃态物料熔融的需要，故一般情况下，给料段、压缩段
设定温度比低剪切挤出机设定温度要低一些。

依据物料在螺筒排气孔的
实在形态而定。

不但要注意排气孔是否冒料，而且要注意排气孔物料是
否“过塑化”；同样道理，由于熔融段、计量段压缩比较低，剪切热少，故一般情况下熔融段、计量段设定温度比低剪切挤出机设定温度要高一些。

亦按型料，而且要注意排气孔物料是否“过塑化”；同样道理，由
于熔融段、计量段压缩比较低，剪切热少，故一般情况下熔融段、计量
段设定温度比低剪切挤出机设定温度要高一些。

亦按型坯在口模出口的
形态而定。

不但要注意型坯截面是否显现气孔，还要注意型坯是否“欠塑塑化”。

高剪切挤出机比低剪切挤出机设定温度曲线相对比较平缓。

高剪切挤出机挤出zui常见的问题不是排气孔冒料，而是由给料段与压缩段剪切热过高，导致物料在排气孔显现挂料“粘壁”症状。

开机一段时间，型坯显现黄线，难以正常生产。

因此应尽降低该两段设定温度，削减外供热量或调整配方，适量加添润滑剂或削减加工助剂。

假如效果不显著或配方润滑剂与加工助剂的变化导致型材质量变化，以及同时采纳不同剪切性能挤出机生产，同一的混料、储料、输料系统，不可能为高剪切挤出机单另配料，只有降低挤出速度，在较低挤出效率区间运行。

由此也可以提示企业在加添或更新挤出机时，购置挤出机螺杆结构与性能一致或相近的机型。

在挤出过程中，物料由玻璃态转化为熔融态的过程，除搞好物料塑化所需热量与所供热量的平衡，使物料完成理想的塑化外，熔压也是一个非常紧要的掌控指标。

由于物料在挤出过程中受口模阻力、螺杆各段压缩比的影响，本身不是以常压存在的。

不同口模，螺杆各段压缩比基本是恒定的，不可变的。

螺杆各段压缩比也只是对各段螺杆物料压力进行调配与调整，不可能加添或削减熔体在挤出过程中的总压力。

总压力调整重要依靠挤出速度、给料与W挤出速度比等工艺方法进行。

调整挤出速度、给料与挤出速度比不仅是调整挤出温度的紧要措施，也是调整调整熔体压力与挤出效率的重要措施。

在挤出速度不变前提下，提高或降低给料速度，给料段螺杆物料容积发生变化，排气段物料容积保持不变，故给料段、压缩段随压缩比变化，其熔压随之提高或降低；在给料速度不变前提下，提高或降低挤出速度，给料段螺杆物料容积亦发生变化。

排气段物料容积依旧不变，故给料段、压缩段随压缩比变化，其熔压随之提高或降低；给料速度随挤出速度同步提高或降低，由于给料段螺杆物料容积不变，仅是因速度加添或削减，导致的熔压变化。

由此可知：前两种情况，随熔体容积变化，熔体压力同步变化，变化较大；后一种情况因熔体容积不变，熔体压力变化较小。

因此低剪切挤出机或高剪切挤出机在温度调整时，都要注意物料熔压变化情况，挤出型坯应在保证既不“欠塑化”又不“过塑
化”前提下，尽量提高熔压，从而确保型材具有较好干净度、密实度、
尺寸变化率与冲击性能。

不论高剪切挤出机还是低剪切挤出机运行一段时间，螺杆与螺筒
轴向间隙磨损加添后，显现漏流现象，当仍在允许范围内，都存在一个
工艺与配方调整问题。

一般在不影响制品物化性能与外观质量的前提下，可以通过适当降低挤出速度、设定温度或适当削减润滑剂，加添填料，
以削减熔体流动性的方法进行处理。

当然停机调整螺杆与螺筒轴向间隙，进行抛光处理，保持物料原有流变状态，无疑是zui有效的解决措施。

关于机头与过渡段、口模温度掌控情况，由于低剪切挤出机与高
剪切挤出机剪切性能的差别重要在螺杆结构，与机头、过渡段、口模等
关系不大。

同时机头、过渡段、口模设定温度仅仅是为熔体物料更改流
动方向、调整物料截面物料流速和提高制品外观干净度服务的。

故两种
不同剪切性能挤出机在温度掌控上，没有大的区分。

重要依据出口型坯
的形态与外观色泽进行调整。

实在调整情况见笔者《UPVC型材挤出过程与物料的动态热平衡》应当指出：采纳高剪切或低剪切挤出机时应与挤
出型材规格相配套。

高剪切挤出机剪切产生热量多、挤出量大，假如挤
出型材规格过小，受口模与定型模线速度的制约，牵引速度又不能过高，使挤出效率得不到有效发挥，也不能有效利用挤出机自身机械能所转化
的热能，达到节能的目的；低剪切挤出机剪切产生热量少，挤出量小，
假如挤出型材规格过大，挤出速度提高时，制品质量难以保证。

因此在
挤出机配置模具时，高剪切挤出机应配置大规格型材模具，低剪切挤出
机应配置小规格型材模具。

以确保在相近的工艺条件下，挤出所供热量
与所需热量的平衡。

不论采纳高剪切或低剪切挤出机挤降生产型材，经检验制品质量
符合标准指标要求，工艺参数确定下来，肯定要严格执行，一般不要轻
易更改。

在试验新配方时，尽量以原工艺参数为参考体系，依据物料流
变情况，特别是熔压与制品成型尺寸变化、干净度等外观质量，适当调
整工艺温度或配方中加工助剂、润滑剂添加量。

①、挤出机的剪切性能是由螺杆锥度、螺纹头数、螺距、螺棱宽度、螺槽深度、螺旋角等因素所决议的。

其中螺杆锥度、螺距、螺棱宽度、螺槽深度重要通过螺槽物料容积更改，来加添或削减螺纹剪切面积
与剪切热的；螺旋角更改是通过加添或削减物料行程的方法来增大或削
减剪切热的。

螺纹头数加添，例如供料段、压缩段由单头变为双头重要
是将加热区螺杆物料流动由串连流动改为并联流动，流动速度加快，然
后通过排气段单头螺纹堵截，提高其压缩比和剪切热的。

实践证明，加
添螺杆前两段螺纹头数虽然导致物料行程削减，但加添的剪切热远宏大
于物料行程削减所损失的热量，是提高挤出机剪切性能zui有效的措施；
②、挤出机剪切热是依据挤出物料特性、形态及塑化所需热量进
行配置的。

由于给料段、压缩段物料基本呈玻璃态，并要求至排气段处
于“微熔状”并紧紧包裹螺杆，不被螺筒剥离，所需热量较多；故该加
热区压缩比较大；由于熔融段、计量段物料基本处于粘流态，只是局部
不甚均匀，需要进一步恒温，所需热量较少，故恒温区压缩比较小。

③、挤出工艺要依据不同规格型材挤出对热量的需求进行掌控，
以确保挤出机所供热量与不同规格型材物料体积所需热量的平衡。

对于
低剪切挤出机，供料段与压缩段设定温度要保证外加热不间断工作，对
挤出机剪切热依旧不足进行补充。

熔融段与计量段设定温度要保证外加
热适时停止工作，显示温度仍处于设定温度的掌控区间。

否则应降低挤
出速度。

对于高剪切挤出机除后两段工艺掌控基本相同外，zui大不同
点是前两段剪切热量即有可能不足，也可能过剩，应依据显示温度偏离
设定温度的方向与幅度进行调整，如显示温度低于设定温度，应提高设
定温度，保持外加热圈处于不间断加热状态，如显示温度高于设定温度，应降低设定温度，使外加热热圈适时停止工作并启动螺杆与螺筒冷却装
置实施强制冷却。

④、熔体压力是保证型材密实度、尺寸变化率、冲击强度等性能
的重要指标，调整挤出温度与速度时，应在保证型材外观成型质量前提下，尽量保持比较高的熔压。

⑤、挤出机剪切性能强弱应依据型材规格大小进行配置，以充分
发挥挤出机挤出效率。

⑥、不同剪切性能挤出机有不同工艺参数。

经检验证明能保证型
材质量的工艺参数不要轻易更改，以免造成型材质量波动。

⑦、试验配方应以原工艺参数，特别是扭距为参照体系，以挤出
机排气孔是否冒料与口模挤出型坯形态为基准进行调整。

⑧挤出机螺杆与螺筒径向间隙发生变化，在不影响型材质量的前
提下，可通过调整挤出温度、速度与配方，削减熔体流动性，适当掌控
物料漏流。

zui后应予说明的是，由于笔者直接接触的挤出机类型有限，本文论述与推导挤出机螺杆的特性不尽全面，但工艺掌控原理基本是通用的。

至于本文存在的理论偏差与谬误之处。