金鑫：防止螺桿機(jī)筒被腐蝕和耐高溫樹脂損害的方法
機(jī)筒和螺桿表面的點(diǎn)腐蝕。腐蝕性很強(qiáng)的聚合物，包括產(chǎn)生鹽酸的聚氯乙烯、產(chǎn)生甲酸的縮醛以及產(chǎn)生氫氟酸的含氟聚合物，而其他腐蝕性熔體中，一般含有阻燃劑和發(fā)泡劑。復(fù)合鋼、氮化鋼或工具鋼制成的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)筒，可以在很短的時(shí)間內(nèi)被含氟聚合物嚴(yán)重?fù)p壞。
通常，樹脂制造商會(huì)為改進(jìn)加工設(shè)備提供一些建議。杜邦公司指出，當(dāng)加工Teflon含氟聚合物時(shí)，擠出設(shè)備中所有接觸到該熔體的部件必須使用特殊的耐腐蝕材料制造，材料可以選用不受酸影響的鎳基合金。
另外，杜邦公司還指出，加工含氟聚合物可以使用硬化鍍鎳板，但不建議使用鍍鉻機(jī)筒和螺桿，同時(shí)需注意，鍍鎳板中的小孔、缺口或裂紋會(huì)影響產(chǎn)品的性能。
NatureWorks公司是Ingeo生物塑料的制造商，該公司建議對(duì)所有的加工設(shè)備使用不銹鋼，以盡量減少腐蝕。同時(shí)，該公司指出，PLA（聚乳酸）不應(yīng)該在熔融溫度下，被長時(shí)間放在擠出機(jī)、高分子過濾器、傳輸線或擠出系統(tǒng)的其他部分中。
圖2 如果機(jī)筒和螺桿的熱膨脹系數(shù)存在差異，就會(huì)產(chǎn)生咬合現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)螺紋造成嚴(yán)重?fù)p害
耐腐蝕材料具有比標(biāo)準(zhǔn)鋼更低的熱膨脹系數(shù)（CTE），這可能會(huì)在加工高溫樹脂（如含氟聚合物）的過程中產(chǎn)生麻煩。當(dāng)機(jī)筒的熱膨脹系數(shù)與螺桿不同時(shí)，螺桿與機(jī)筒的間隙會(huì)發(fā)生變化，最終產(chǎn)生螺桿咬合和機(jī)筒損壞的問題。因此，保持螺桿和機(jī)筒的匹配很重要。螺桿和機(jī)筒的制造商可以在選配這些部件時(shí)，提供專業(yè)知識(shí)的建議。
堅(jiān)韌的增強(qiáng)材料和其他硬質(zhì)顆粒對(duì)機(jī)筒和螺桿表面產(chǎn)生的磨損，可以通過使用堅(jiān)硬的耐磨損合金和涂層來減輕。例如，用于機(jī)筒內(nèi)襯和螺桿硬化表面的鎢合金可以提供極好的保護(hù)。
碳含量會(huì)影響合金的硬度。對(duì)于螺桿，中碳熱處理鋼通常被用來作為底層，將其硬化表面與螺紋頂部焊接起來。
螺桿常常用硬化鈷或鎳基焊件進(jìn)行表面處理，也可以使用表面硬化或貫穿硬化的工具鋼制造。Colmonoy 56是一種鎳/鉻/硼合金，通常用于防止螺桿免遭輕度腐蝕性和輕度磨損樹脂的損傷。Colmonoy 83表面硬化可以提供更多的保護(hù)，但同時(shí)價(jià)格也更高。
耐磨合金的雙金屬機(jī)筒內(nèi)襯可在各種磨損情況下提供保護(hù)，并提供一系列的成本/性能選項(xiàng)，其中在耐腐蝕方面，性能最好的是用于注塑和擠塑的熱等靜壓機(jī)筒（以下簡稱“HIP機(jī)筒”）。甚至是含氟聚合物都對(duì)該類機(jī)筒沒有威脅。該類機(jī)筒上有一層富含鎳的硼合金保護(hù)層，同時(shí)在該保護(hù)層中，含有鉬以及硼化物和碳化物的基體。圖3 高度拋光的FTXC-4000雙金屬螺桿，帶有整體碳化鉻涂層
據(jù)稱，當(dāng)使用耐腐蝕螺桿時(shí)，HIP機(jī)筒大大減少了從機(jī)筒內(nèi)腔中吸收的鐵粒子數(shù)量。當(dāng)然，這種級(jí)別的保護(hù)需要更高的價(jià)格。只要機(jī)筒出料端用鉻/鎳/鐵合金（以下簡稱“Inconel”）澆鑄，并且換能器孔和凸緣的表面也用Inconel制造，就可以使用鎳/鉻合金和鎢制造機(jī)筒。同時(shí)，這些機(jī)筒的價(jià)格要比HIP機(jī)筒的價(jià)格低。
預(yù)防性維護(hù) 過度磨損會(huì)給加工商帶來很嚴(yán)重的損失。螺桿螺紋和機(jī)筒表面之間過多的間隙，會(huì)影響機(jī)器的性能、效率和能源消耗。在擠塑中，磨損的發(fā)生可能會(huì)使擠出量更低，因此需要更高的螺桿轉(zhuǎn)速和能源用量。同時(shí)，這也通常伴隨著更高的熔融溫度以及更多的質(zhì)量問題。
通過良好的PM計(jì)劃，對(duì)關(guān)鍵的螺桿/機(jī)筒間隙進(jìn)行仔細(xì)檢測(cè)，可以確保最大化的加工擠出量，同時(shí)，也不會(huì)有非計(jì)劃的停機(jī)時(shí)間。當(dāng)生產(chǎn)對(duì)質(zhì)量要求很高的部件時(shí)，PM計(jì)劃變得更加重要，例如生產(chǎn)用于醫(yī)療器械的醫(yī)用導(dǎo)管和組件。
檢測(cè)的過程是，將螺桿拉出并進(jìn)行徹底清洗，同時(shí)趁熱檢查螺紋的外徑（OD）和機(jī)筒的內(nèi)徑（ID）。螺桿和機(jī)筒表面上的塑料材料，可以用鋼絲刷和銅絲網(wǎng)去掉。精密磨損測(cè)量儀器可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量并易于使用，并且有各種規(guī)格和功能可供選擇。
圖4 這根螺桿表面受到的嚴(yán)重侵蝕是由機(jī)筒和螺桿不匹配造成的
首先，將機(jī)筒中的塑料清除，然后將一個(gè)電子孔徑計(jì)插入機(jī)筒，在每一個(gè)測(cè)量位置上讀取ID數(shù)據(jù)。螺桿的螺紋直徑和深度可以通過螺紋測(cè)微計(jì)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)該數(shù)字型號(hào)的測(cè)試器提供液晶讀數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄到計(jì)算機(jī)中。
為了能夠預(yù)測(cè)螺桿或機(jī)筒將何時(shí)需要更換或修理，并把停機(jī)安排在一個(gè)有利的時(shí)間，需要進(jìn)行定期測(cè)量。對(duì)尺寸為5.08cm的一對(duì)新的螺桿和機(jī)筒來說，推薦的間隙范圍為0.01016~0.01524cm。
有一條經(jīng)驗(yàn)法則是，螺桿與機(jī)筒的合理間隙一般是尺寸的1/1000。當(dāng)超過允許的最大間隙時(shí)，應(yīng)重新組裝螺桿。相對(duì)于完全更換，維修服務(wù)能夠以更低的成本使磨損部件重新投入使用。另外，注塑機(jī)筒在磨損部分，可以重新更換襯套，而擠出機(jī)機(jī)筒通常是將整個(gè)襯套換掉，所以維修費(fèi)用更加昂貴，從而不具有成本效益。
一旦螺桿在某一點(diǎn)被磨損，熔體就會(huì)回到螺紋，導(dǎo)致螺桿和機(jī)筒的磨損進(jìn)一步加快。嚴(yán)重的磨損會(huì)導(dǎo)致大量的樹脂被浪費(fèi)，并使生產(chǎn)率降低。但是，通過定期的PM檢測(cè)，可以防止嚴(yán)重磨損的發(fā)生。最好的維護(hù)策略，就是使螺桿/機(jī)筒間隙一直保持在合理的范圍之內(nèi)。
