塑料产品应用和我们生活息息相关，射出成型与押出成型目前在加工为最经济且省能源的加工方式。其中塑料塑化螺杆最为重要的关键组件，对于不同塑料各有其物理特性，使得塑料塑化螺杆的设计也随之不同。对于塑料塑化螺杆的设计以往均使用经验法则成本高又不见得能解决问题，因此在塑料塑化螺杆在设计上一些细节是值得我们去探讨及分析的。






塑料塑化螺杆的简介






固态塑料原料自进料漏斗进入螺杆螺槽(screw channel)内，由于螺杆高速旋转而与熔胶筒(barrel)产生剪切效应作用，使塑料原料混炼并沿着螺杆螺槽输送，使固态塑料原料受到熔胶筒外侧之电热片加热与螺杆产生的剪切热作用下，使熔胶筒内部升温而熔成熔体态。






塑化螺杆依照其功能可分为四个区：






1、固体输送区(solid conveying zone)






此区段与进料漏斗相连结，塑料固体颗粒被紧密压缩形成固体床(solid bed)，受到熔胶筒的剪切效应作用，除了使塑料温度逐渐升高，而将塑料往前输送。






2、融化延迟区(delay of melting)






此区段为固体输送区终点到融化池(melt pool)形成以前区域，其主要特征在固体床与熔胶筒表面会形成由熔胶所构成的薄膜层，薄膜层内熔胶受到熔胶筒黏滞力(drag force)往前螺杆螺槽累积，此区末端所形成压力很大足以使固体床变形，而堆积在前螺杆螺槽内渐形成融化池。






3、固熔区(melting zone)






此区段为融化延迟区终点到塑料完全融化止，此区又可分为两部分来讨论，一为塑化(pastication)，而塑化主要来自于熔胶筒剪切效应作用，另一则是熔胶输送(melt conveying)，将熔胶输送至融化池。






4、熔胶输送区(melt conveying zone)






当所有塑料完全融化即开始进入此区段，而结束于塑化螺杆最末端，保持熔胶均匀温度及稳定熔融塑料之流量。






塑料塑化螺杆依照几何外型区分三个区段：






1、进料区(feed zone)






此区段为固定螺杆螺沟之沟深，其功能为负责预热与塑料固体输送及推挤。必须保证塑料在进料段结束时开始熔融(也就是说要预热到熔点)。






此区段长度分为结晶性(POM、PA‧‧等)>非结晶性(PS、PU、ABS等)>热敏性(PVC等)。






一般为：






非结晶性：约48~58%L……(AS、ABS、PS等)






结晶性：约48~58%L……(PA、POM、PE、PP、CA等)






加玻性：约45~55%L






2、压缩区(compression zone)






此区段为渐缩螺杆螺沟牙深，其功能为塑料原料熔融、混炼、剪切压缩与加压排气。塑料在此段会完全溶解，体积会缩小，所以压缩程度的设计(压缩比)很重要。






一般长度为：






非结晶性：约25~35%L……(AS、ABS、PS等)






结晶性：约22~32%L……(PA、POM、PE、PP、CA等)






加玻性：约28~40%L






PVC ：100%L






3、计量区(metering zone)






此区段为螺杆螺沟固定沟深，其主要功能混炼、熔胶输送、计量之外，还必须提供足够的压力，保持熔胶均匀温度及稳定熔融塑料之流量。






一般长度为：






非结晶性：约15~58%L……(AS、ABS、PS等)






结晶性：约48~58%L……(PA、POM、PE、PP、CA等)






加玻性：约45~55%L
























虽然塑化螺杆可依功能或几何外型来区分，但实际塑化过程中，各区段功能重迭，很难加以区分间隔。而研究塑化螺杆，不外乎是想：




一、提高剪切混炼(dispersive mixing)作用。




二、改良均匀混炼(dispersive mixing)。




三、提高塑化能力(plasticating capacity)。




四、改善熔胶温度均匀性。




当进料段牙深愈深输送量愈大，但螺杆所需扭力较大；进料段牙深太浅，输送量不够，压缩比不足。




当计量段牙深太深，压缩比不足，所需送料力量较大；太浅时容易过火而烧焦。一般牙深约0.03~0.07倍螺杆直径。




因此塑料塑化螺杆具有输送、熔融、混炼、压缩与计量的功能，在塑化品质上扮演很重要角色。




塑料塑化螺杆的材质简介




1、ACM2(西德料，俗称黑白十字)：




ACM2为铝钼镍钼合金钢，调质可达HB280~320，加工后氮化72hr可达HV>800的硬度，具有良好之耐磨性，但镀硬铬之效果不佳，为一般料管组之塑料塑化螺杆与熔胶筒所用。




2、MAC24(三菱料，调质氮化钢)：




不含铝成分，所以氮化后白层较少，氮化硬度约HV800~HV950，耐酸性腐蚀镀硬铬之效果佳。




3、双合金：




其制造方式分为PTA牙顶喷焊及HP/HVOF熔射两种，需依不同塑料特性选用。其表面硬化硬度达HRC74，具耐磨耗特性佳之超硬合金，其皮膜密度高达98~99.8%，而表面密着强度为10000psi以上。




可得知塑料塑化螺杆可谓是射出成型机的心脏组件，负责塑料原料的输送、熔融、混炼、计量等作用，故塑料塑化螺杆与成型品的品质息息相关。