如何使喂料器更好地幫助進料

文/ Frankland Plastics Consulting公司 Jim Frankland

本文從設計的角度出發(fā)，介紹了喂料器需要具備怎么樣的特點，以及設計過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中無法充分地自由流動，即使進料喉和料斗已經(jīng)實現(xiàn)了最優(yōu)化的設計。還有一些材料的體積密度較低，會顯著降低擠出機的擠出量。另外還有一些材料會同時出現(xiàn)這兩個問題。而解決此類問題的一種方法是采用喂料器。

喂料器看似是一個簡單的裝置，但其設計需要經(jīng)驗和技術(shù)的精妙結(jié)合。喂料器不存在通用型號，因為其設計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、堆砌（packing）、壅塞和體積密度等特點，對于喂料器的設計至關(guān)重要。通常，可以采用少量的材料樣品來進行這些特征分析，并檢查擠出機當前的喂料性能。

自由流動特性可以根據(jù)休止角以及通過材料流經(jīng)漏斗的狀態(tài)來預測。堆砌傾向可以通過將一滿杯塑料粒子放入塑料袋中并擠壓來預測。壅塞與休止角和堆砌有關(guān)。體積密度可以通過簡單地填充一個校準容器并對它進行稱重來測量。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預期的產(chǎn)量相匹配，并可以開始設計喂料器。

在喂料器中，螺旋轉(zhuǎn)子的設計非常重要。網(wǎng)絡上有一些關(guān)于管式螺桿輸送機的比較有用的數(shù)據(jù)可以作為參考。這些數(shù)據(jù)通常會考慮到上文提到的材料特性，但是，沒有將體積密度低的材料在喂料時會出現(xiàn)的“壓實”過程考慮進去。這通常是一個未知數(shù)，幾乎完全依賴于經(jīng)驗。Kase Conveyors公司在其網(wǎng)站發(fā)布了一份使用起來很方便的指南。它預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)動系統(tǒng)。當然，由于沒有確切的公式以及對材料特性的精確測量，所以會存在一定的誤差。由于螺旋轉(zhuǎn)子垂直向下運行，因此其速率一般會達到或超過無高程變化的管式螺桿輸送機的速率。

大多數(shù)喂料器的螺旋轉(zhuǎn)子采用一個標準的螺紋螺距，因為這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，對于某種材料，采用其他的螺旋角度能實現(xiàn)更好的效果。圖1所示是為不易流動但具有較高體積密度的材料而設計的典型的喂料器。圖2是一個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，在物料進入螺旋轉(zhuǎn)子時對其進行初步壓實。

喂料器的料斗要比常規(guī)料斗重得多，因為它必須抵抗螺旋轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以及向上的推力。一個6 in.（1 in.=2.54 cm）的螺旋轉(zhuǎn)子僅對聚合物產(chǎn)生200 psi（1 psi=6.89 kPa） 的 壓力，但它將產(chǎn)生超過5 500 lb.（1 lb.=4.45 N）的向上的推力。因此，需要一個帶有徑向軸承的推力軸承來進行調(diào)整，以便將減速器/電動機與推力隔開，并支撐螺旋軸，就像擠出機上的推力組件一樣。

此外，料斗罩或蓋子也必須非常堅固，以防止向上的推力使之變形，并承受減速器/驅(qū)動器的重量。在進料喉的入口處，通常使用硬化或雙金屬襯套，因為此處是一個長軸、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”而導致的磨損，需要襯套足夠堅固。另外，襯套應該在水冷夾套中，以進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)熔體會阻礙進料而且難以清潔。如果需要清潔，通常必須將整個喂料器拆下來。

圖1 為不易流動且具有高體積密度的材料而設計的喂料器

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，在物料進入轉(zhuǎn)子時對其進行初步壓實

除了要對螺旋轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩有一個預估，還要額外加上攪拌器臂旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。這需要建立在對攪拌棒橫截面和材料特性（休止角和堆砌傾向）進行預估的基礎(chǔ)上。為了使攪拌棒在物料中移動并防止壅塞，物料不能在料斗壁上過度滑動。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)。

一款設計合理的喂料器能夠均勻地將物料輸送給擠出機螺桿，而不產(chǎn)生過度的升溫或過高的壓力。過度給料會帶來很多意想不到的后果。有時，為了達到提高產(chǎn)量的目的，雖然喂料器和擠出機螺桿的設計都很合理，但操作人員可能會過度驅(qū)動喂料器，使得喂料器的工作效率超過了螺桿運行的最佳速率。而過度驅(qū)動的喂料器會造成料涌，因為它會堵塞進料段，導致輸出不一致、螺桿/機筒的嚴重磨損、驅(qū)動器過載、熔體質(zhì)量差以及進料喉熔融等問題，甚至由于軸承上側(cè)載荷過高，導致擠出機減速器軸承故障。針對低體積密度的材料而設計的喂料器，其復雜性要高于為流動性差的材料而設計的喂料器。

有一些擠出加工，如果不使用喂料器或其他裝置來促進聚合物的流動，就無法有效進行。但是，在決定采用喂料器之前，一定要確定通過改變料斗、進料喉和螺桿的設計已經(jīng)不能解決進料問題。