如何使喂料器更好地幫助進(jìn)料

文/ Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland

本文從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，介紹了喂料器需要具備怎么樣的特點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮哪些因素，才能使喂料器更好地發(fā)揮作用，改善喂料效果。

一些聚合物在傳統(tǒng)的料斗喂料式擠出機(jī)中無(wú)法充分地自由流動(dòng)，即使進(jìn)料喉和料斗已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。還有一些材料的體積密度較低，會(huì)顯著降低擠出機(jī)的擠出量。另外還有一些材料會(huì)同時(shí)出現(xiàn)這兩個(gè)問(wèn)題。而解決此類問(wèn)題的一種方法是采用喂料器。

喂料器看似是一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，但其設(shè)計(jì)需要經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的精妙結(jié)合。喂料器不存在通用型號(hào)，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)很大程度上取決于被擠出材料的特性。所以，了解聚合物顆粒的流動(dòng)、堆砌（packing）、壅塞和體積密度等特點(diǎn)，對(duì)于喂料器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通常，可以采用少量的材料樣品來(lái)進(jìn)行這些特征分析，并檢查擠出機(jī)當(dāng)前的喂料性能。

自由流動(dòng)特性可以根據(jù)休止角以及通過(guò)材料流經(jīng)漏斗的狀態(tài)來(lái)預(yù)測(cè)。堆砌傾向可以通過(guò)將一滿杯塑料粒子放入塑料袋中并擠壓來(lái)預(yù)測(cè)。壅塞與休止角和堆砌有關(guān)。體積密度可以通過(guò)簡(jiǎn)單地填充一個(gè)校準(zhǔn)容器并對(duì)它進(jìn)行稱重來(lái)測(cè)量。有了這些數(shù)據(jù)就可以確定料斗的尺寸，使其容量能夠與擠出機(jī)預(yù)期的產(chǎn)量相匹配，并可以開(kāi)始設(shè)計(jì)喂料器。

在喂料器中，螺旋轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)非常重要。網(wǎng)絡(luò)上有一些關(guān)于管式螺桿輸送機(jī)的比較有用的數(shù)據(jù)可以作為參考。這些數(shù)據(jù)通常會(huì)考慮到上文提到的材料特性，但是，沒(méi)有將體積密度低的材料在喂料時(shí)會(huì)出現(xiàn)的“壓實(shí)”過(guò)程考慮進(jìn)去。這通常是一個(gè)未知數(shù)，幾乎完全依賴于經(jīng)驗(yàn)。Kase Conveyors公司在其網(wǎng)站發(fā)布了一份使用起來(lái)很方便的指南。它預(yù)估了喂料器喂送一些材料所需的螺旋轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和馬力，使客戶可以明確所需的螺旋轉(zhuǎn)子和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)然，由于沒(méi)有確切的公式以及對(duì)材料特性的精確測(cè)量，所以會(huì)存在一定的誤差。由于螺旋轉(zhuǎn)子垂直向下運(yùn)行，因此其速率一般會(huì)達(dá)到或超過(guò)無(wú)高程變化的管式螺桿輸送機(jī)的速率。

大多數(shù)喂料器的螺旋轉(zhuǎn)子采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺紋螺距，因?yàn)檫@通常能獲得比較理想的整體效果，除非有確切的數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于某種材料，采用其他的螺旋角度能實(shí)現(xiàn)更好的效果。圖1所示是為不易流動(dòng)但具有較高體積密度的材料而設(shè)計(jì)的典型的喂料器。圖2是一個(gè)典型的用于低體積密度材料（如薄膜或泡沫）的喂料器。二者的不同之處在于，圖2中的螺旋轉(zhuǎn)子沿料斗的錐度而向外突出，與料斗更契合，這樣就可以“咬住”更多的低體積密度物料，在物料進(jìn)入螺旋轉(zhuǎn)子時(shí)對(duì)其進(jìn)行初步壓實(shí)。

喂料器的料斗要比常規(guī)料斗重得多，因?yàn)樗仨毜挚孤菪D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以及向上的推力。一個(gè)6 in.（1 in.=2.54 cm）的螺旋轉(zhuǎn)子僅對(duì)聚合物產(chǎn)生200 psi（1 psi=6.89 kPa） 的 壓力，但它將產(chǎn)生超過(guò)5 500 lb.（1 lb.=4.45 N）的向上的推力。因此，需要一個(gè)帶有徑向軸承的推力軸承來(lái)進(jìn)行調(diào)整，以便將減速器/電動(dòng)機(jī)與推力隔開(kāi)，并支撐螺旋軸，就像擠出機(jī)上的推力組件一樣。

此外，料斗罩或蓋子也必須非常堅(jiān)固，以防止向上的推力使之變形，并承受減速器/驅(qū)動(dòng)器的重量。在進(jìn)料喉的入口處，通常使用硬化或雙金屬襯套，因?yàn)榇颂幨且粋€(gè)長(zhǎng)軸、中心支撐很小的結(jié)構(gòu)，且為了防止摩擦熔體的形成而留有附加間隙，為了防止套管中的“碰撞”而導(dǎo)致的磨損，需要襯套足夠堅(jiān)固。另外，襯套應(yīng)該在水冷夾套中，以進(jìn)一步防止筒壁和螺紋之間有熔體形成。螺旋轉(zhuǎn)子上如果出現(xiàn)熔體會(huì)阻礙進(jìn)料而且難以清潔。如果需要清潔，通常必須將整個(gè)喂料器拆下來(lái)。

圖1 為不易流動(dòng)且具有高體積密度的材料而設(shè)計(jì)的喂料器

圖2 典型的用于低體積密度材料（如薄膜或泡沫）的喂料器，其螺旋轉(zhuǎn)子的錐度沿料斗的錐度而向外突出，這使得它能“咬住”更多的物料，在物料進(jìn)入轉(zhuǎn)子時(shí)對(duì)其進(jìn)行初步壓實(shí)

除了要對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩有一個(gè)預(yù)估，還要額外加上攪拌器臂旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。這需要建立在對(duì)攪拌棒橫截面和材料特性（休止角和堆砌傾向）進(jìn)行預(yù)估的基礎(chǔ)上。為了使攪拌棒在物料中移動(dòng)并防止壅塞，物料不能在料斗壁上過(guò)度滑動(dòng)。這通常需要將攪拌棒安裝在料斗內(nèi)壁上，以阻止料斗中物料的整體旋轉(zhuǎn)。

一款設(shè)計(jì)合理的喂料器能夠均勻地將物料輸送給擠出機(jī)螺桿，而不產(chǎn)生過(guò)度的升溫或過(guò)高的壓力。過(guò)度給料會(huì)帶來(lái)很多意想不到的后果。有時(shí)，為了達(dá)到提高產(chǎn)量的目的，雖然喂料器和擠出機(jī)螺桿的設(shè)計(jì)都很合理，但操作人員可能會(huì)過(guò)度驅(qū)動(dòng)喂料器，使得喂料器的工作效率超過(guò)了螺桿運(yùn)行的最佳速率。而過(guò)度驅(qū)動(dòng)的喂料器會(huì)造成料涌，因?yàn)樗鼤?huì)堵塞進(jìn)料段，導(dǎo)致輸出不一致、螺桿/機(jī)筒的嚴(yán)重磨損、驅(qū)動(dòng)器過(guò)載、熔體質(zhì)量差以及進(jìn)料喉熔融等問(wèn)題，甚至由于軸承上側(cè)載荷過(guò)高，導(dǎo)致擠出機(jī)減速器軸承故障。針對(duì)低體積密度的材料而設(shè)計(jì)的喂料器，其復(fù)雜性要高于為流動(dòng)性差的材料而設(shè)計(jì)的喂料器。

有一些擠出加工，如果不使用喂料器或其他裝置來(lái)促進(jìn)聚合物的流動(dòng)，就無(wú)法有效進(jìn)行。但是，在決定采用喂料器之前，一定要確定通過(guò)改變料斗、進(jìn)料喉和螺桿的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能解決進(jìn)料問(wèn)題。