三、挤出机的主要零部件
螺杆和料筒共同组成了挤出机的挤压系统，是挤出机的主要零部件。
1．评价螺杆性能的标准和设计螺杆应考虑的因素
一台挤出机的生产能力、塑化质量、熔体温度、动力消耗等主要取决于螺杆性能。
(1)评价螺杆性能的标准有以下几项:
①塑化质量:螺杆必须要满足制品质量的要求。要达到制品质量要求，固然与机头、辅机也有关系，但与螺杆的塑化质量等的关系更大，如:螺杆所挤出的熔体温度不均、轴向力波动、径向温度差大、压力波动、染色和其他填加剂的分散不均匀等，都直接影响制品质量。
②产量:所谓产量是指在保证塑化质量的前提下，单位时间内通过给定机头的挤出量。一根好的螺杆，应当具有较高的塑化能力。产量一般用kg/h或kg/r来表示。
③名义比功率单耗:它是指每挤出1kg塑料消耗的能量。一般以P/Q表示，其中P为功率(kW)，Q为产量(kg/h)。一根好的螺杆，在保证塑化质量的前提下，单耗应尽可能低。
④适应性:它是指螺杆对加工不同塑料、匹配不同机头和生产不同制品的适应能力。一般来说，适应性越强，往往伴随着塑化效率的降低，因此我们总希望螺杆兼具强的适应性和高的塑化效率。
⑤制造的难易:一根好的螺杆还必须易于加工制造，成本低。
(2)螺杆设计中应考虑的因素要设计一根符合以上标准的性能优异的螺杆不是一件易事。在进行螺杆设计时，应综合考虑以下因素:
①物料的特性及其加入时的几何形状、尺寸、温度状况:不同物料的物理特性相差很大，因此，加工性能也不相同，对螺杆的结构和几何参数有不同的要求。
②口模的几何形状和机头阻力特性:口模特性要与螺杆特性很好地匹配，才能获得满意的挤出效果。如机头压力高，一般要配以均化段螺槽深度较浅的螺杆;而机头阻力低，需与均化段螺槽较深的螺杆相配。
③料筒的结构形式和加热冷却情况:由固体输送理论可知，在加料段料筒内壁上加工出锥度和纵向沟槽并进行强力冷却，可大大提高固体输送效率。若采用这种结构形式的料筒，设计螺杆时必须在熔融段和均化段采取相应措施，使熔融速率、均化能力与加料段的输送能力相匹配。
④螺杆转速:由于物料的熔融速率很大程度上取决于剪切速率，而剪切速率与螺杆转速有关，故螺杆设计时必须考虑这一因素。
⑤挤出机的用途:设计前应考虑是用来加工制品，还是用作混炼、造粒或喂料等其他用途。显然，不同用途的挤出机的螺杆，在设计上应有很大的不同。
2．常规全螺纹三段螺杆设计
所谓常规全螺纹三段螺杆是指出现最早、应用最广，整根螺杆由加料段、压缩段、均化段等三段螺纹所组成，挤出过程完全依靠螺纹的形式来完成的一种螺杆。这种螺杆的设计包括螺杆型式的确定、直径和长径比的确定、螺杆分段及各段参数的确定、螺杆与料筒间隙的确定等。
图3－8 渐变螺杆和突变螺杆
(1)螺杆型式的确定 按螺槽深度从加料段较深向均化段较浅的过渡情况来分，常规三段螺杆有渐变型和突变型螺杆两种，如图3－8所示。所谓渐变螺杆，是指螺槽深度在较长一段螺杆距离上完成变浅的螺杆，而突变螺杆的螺槽深度则是在较短螺杆距离上突然变浅的。
渐变螺杆大多用于无定形塑料加工，它对大多数物料能够提供较好的热传导，对物料剪切作用较小，而且可以控制，其混炼特性不是很高，适用于热敏性塑料，也可用于结晶性塑料。
突变螺杆由于具有较短的压缩段，有的甚至L2=(1～2)D，对物料能产生巨大的剪切作用，故适用于熔点突变、黏度低的塑料，如尼龙、聚烯烃等，而对于高黏度的塑料容易引起局部过热，故不适用于聚氯乙烯的加工。
(2)螺杆直径的确定 螺杆直径是一个重要参数，它在一定意义上表示挤出机挤出量的大小。螺杆直径已经标准化，我国挤出机标准所规定的直径系列为:30、45、65、90、120、150、200。螺杆直径的大小，一般根据所加工制品的断面尺寸、加工塑料的种类、所需的挤出量来确定，确定的螺杆直径应符合系列值。用大直径的螺杆生产小截面的制品是不经济的。表3－4列出了螺杆直径与所生产制品尺寸的经验统计关系。
表3－4 螺杆直径与挤出制品尺寸之间的关系
(3)螺杆长径比的确定 螺杆长径比是螺杆的重要参数之一。若将它与螺杆转速联系起来考虑，在一定意义上也表示螺杆的塑化能力和塑化质量。长径比加大后，螺杆的长度增加，塑料在料筒中停留的时间长，塑化得更充分、更均匀，故可以保证制品质量。在此前提下，可以提高螺杆转速，从而提高挤出量。也可使挤出机适用性加强，扩大加工范围。但L/Db加大后，螺杆、料筒的加工和装配都比较困难和复杂，且占地面积增大，成本高。此外螺杆太长容易变形，造成与料筒的配合间隙不均，有时会使螺杆刮磨料筒，影响挤出机的寿命。因此，应力求在较小的长径比条件下，获得高产量和高质量。目前，长径比取在20～30范围内。
(4)螺杆的分段及各段参数的确定 常规全螺纹螺杆一般分为加料段、压缩段(转化段)、均化段(计量段)。由挤出过程可知，物料在这三段中的运行过程是不相同的，即各段的作用不同。因此，每段几何参数的选择，应当围绕着该段的作用以及整根螺杆各段的相互关系来考虑。
①加料段:它的作用是输送物料给压缩段和均化段。加料段的核心是输送能力问题。对于挤出量主要由压缩段和均化段的熔融均化速率所决定的所谓熔体控制型螺杆，加料段的输送能力应与后两段的熔融均化速率相匹配，使熔体充满均化段螺槽，过多或过少都会造成挤出的不稳定。而对于熔融均化能力很高，挤出量主要取决于加料段的输送能力的所谓加料控制型螺杆，加料段应当输送尽可能多的物料给后两段。当然，这时也有二者相匹配的问题，否则会产生过热或塑化不良等现象。
由固体输送理论可知，螺杆输送能力与其几何参数和固体输送角θ有关。而影响θ的因素很多，它也与螺杆几何参数有关。
螺纹升角φ的确定:理论上φ=45°时为最佳，但实际上为了加工的方便，一般取螺纹升程(螺距)s等于螺杆直径Db，此时螺纹升角φ=17°42'。
螺槽深度h1的确定:在理论上，若是h1大，固体输送能力就大。在确定h1时要考虑螺杆机械强度(因螺杆加料段根径最小)和物料的物理压缩比大小。一般先确定均化段螺槽深度h3，后由螺杆的几何压缩比来计算加料段的螺槽深度h1。
加料段长度L1的确定:由于影响因素很多，L1难于由固体输送理论公式计算。因此，一般情况下，往往根据物料的物理性质分析，用经验数据来确定。对于熔点高、导热性差、热焓大的物料，加料段的长度L1要取长一些，反之可取短—些。例如，低压聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯三种塑料的性能有所不同。聚丙烯导热系数只有低压聚乙烯的一半还要低，同时，聚丙烯的熔点高于低压聚乙烯35℃。因此，在同等条件下，聚丙烯要达到熔点的温度所需时间就比低压聚乙烯长得多，或者说，聚丙烯要比低压聚乙烯经历更长的距离来吸收热量才能达到熔点温度。因此加工聚丙烯的加料段长度L1要比低压聚乙烯长得多。聚苯乙烯属于非结晶型塑料，它的熔融过程是在一个较大的温度范围内进行的。在135℃时聚苯乙烯完全熔融，而它开始熔融的温度远远低于135℃(玻璃化温度约100℃)，而且热焓最低，因而，所需要的加料段长度可以比低压聚乙烯短。
根据经验数据取加料段长度L1占螺杆有效工作长度L的百分比为:
对非结晶型塑料:L1=(10%～25%)L
对结晶型塑料:L1=(30%～65%)L
②压缩段(亦称转换段):这一段的作用是进一步压实物料和熔融物料，因此这一段螺杆各参数的确定应以此为主旨。
压缩段螺杆参数中有两个重要概念，一个是所谓的螺杆根径变化的渐变度，另一个是所谓的压缩比。
螺杆根径的渐变度可用A表示:
式中:A——渐变度;
h1、h3——分别为加料段和均化段的螺槽深度;
L2——压缩段的长度。
应当使渐变度与固体的熔融速率相适应。如果渐变度大，而熔融速率低，螺槽就有被堵塞的可能;反之，均化段螺槽就有可能不完全充满熔体。这两种情况都会导致产量(流量)波动。由于一般事先不知道熔融速率，故难以直接确定渐变度，习惯上在设计中仍多采用压缩比的概念。
压缩比ε的表达式见式(3－1)。压缩比有两个:一个是几何压缩比(指螺杆)，另一个是物理压缩比(指塑料)。设计螺杆时，应使几何压缩比大于物料的物理压缩比。在决定几何压缩比时，除了应考虑塑料熔融前后的密度变化之外，还应考虑在压力作用下熔料的可压缩性和塑料的回流等因素。物理压缩比与物料的性质有关。表3－5列出了加工各种常用塑料所采用的几何压缩比，供参考。
表3－5 一些常用塑料螺杆的几何压缩比
注:圆括号外为常用值，圆括号内是使用范围。
压缩段的长度L2目前国内多以经验方法确定。
对于非结晶型塑料:L2=(50%～60%)L
对于结晶型塑料:L2=(3～5)Db
在具体确定时，应根据加工的塑料性质而定。
③均化段:该段的作用是将来自于压缩段的已熔融塑料定压、定量、定温地挤入到机头中去。均化段有两个重要参数，即螺槽深度h3和均化段长度L3。螺槽深度h3应使均化段的计量能力与压缩段的熔融能力相匹配，以适当地控制每转挤出量。如果h3过大，未熔融的物料会进入该段，残留的固相碎片若被挤入机头，则会影响制品质量。如果螺槽太浅，产量就会降低，而且熔体会受到过量的剪切，熔体温度会变得过高，不但不能获得低温挤出，甚至会引起塑料过热分解。另外，h3的选择要与使用的机头相匹配，即高压机头应与较浅的h3相配，低压机头应与较深的h3相配，才能获得较高的产量。均化段长度L3长一些，可以使物料得到相对长一些的均化时间，并可减少压力、温度、流率的波动。但L3过长，会使压缩段和加料段在螺杆全长中占的比例变小，不利于物料的熔融和输送，或使螺杆加长。
影响均化段的螺槽深度h3和长度L3的因素比较多，尚难以用理论计算的方法确定，仍以经验方法确定:
h3=(0．025～0．06)Db
式中:Db——螺杆直径。
对于螺杆直径较小者，h3取小值，反之取大值;对于黏度低、热稳定性较好的塑料取小值，反之取大值;对于机头压力大者取小值，反之取大值。
L3=(20%～25%)L
对于热敏性塑料，如PVC，L3取短一些;对于高速挤出，L/Db要取大一些，相应地L3也要取大一些，以适应其定压定量和进一步均化的需要。
(5)螺杆与料筒间隙δ0的确定 螺杆与料筒间隙δ0是一个螺杆与料筒相互关系的参数。因为漏流随着δ30而增加，δ0太大会影响挤出量。实践经验告诉人们，如果δ0因磨损等原因增大至均化段螺槽深度时，该螺杆就不能使用了。
对不同的物料，应选择不同的δ0值。例如，对于PVC，由于其对温度敏感，δ0小会使剪切增加，易造成过热分解，故应选得大一些。而对于低黏度的非热敏性塑料，应当选尽量小的间隙，以增加剪切作用，减少漏流。
当然δ0太小时，螺杆磨损加剧，也不利于正常工作。我国对挤出机系列推荐的δ0值见表3－6。一般来说，螺杆直径大，物料黏度大，取大值;螺杆直径小，机头阻力大，物料黏度低，取小值。
表3－6 螺杆与料筒的间隙(ZBG95009．1－88)
(6)螺杆其他参数的确定 螺杆直径Db、螺距s和升角φ之间的关系为s=πDb tanφ。当其中两个参数确定后，另一个参数即确定。为了便于机械加工，取Db=s，则φ= 17°42'。理论和实验都表明:螺纹升角是一个影响产量的因素，物料形状不同，对加料段的螺纹升角的大小要求也不一样，φ=30°左右适用于粉状物料，17°左右适用于圆柱形物料，15°左右适用于方块状物料。
螺杆螺纹的线数可以是双线或多线的。多线螺纹的螺杆塑化质量较好，多用于挤出软管和薄膜，但物料在多线螺纹中不易均匀充满，造成波动。一般挤出机都是采用单线螺纹的螺杆。
对于螺纹棱部宽度e，通常取e=(0．08～0．12)Db。e太小会使漏流增加，而导致产量降低，特别是对于低黏度熔体来说，更是如此;e太大将增加螺棱上的动力消耗，并且有局部过热的危险。
(7)螺杆头部结构和螺纹断面形状 当塑料熔体从螺旋槽进入机头流道时，其料流形态急剧改变，即由螺旋带状的流动变为直线运动。为了得到较好的挤出质量，要求物料尽可能平稳地从螺杆进入机头，同时要避免物料局部受热时间长而产生热分解等现象(也称滞料现象)。这与螺杆头部形状、螺杆末端螺纹形状以及机头体中的流道和分流板的设计有关。目前国内外常用的螺杆头部结构形式如图3－9所示。钝的螺杆头总有因物料在螺杆头前面停滞而分解的危险，即使稍有曲面和锥面的螺杆头，通常也不足以防止这一点。对这种形式的螺杆头，一般要求装配分流板［见图3－9(a)、(b)、(c)、(d)、(f)］。带有较长锥面的螺杆头［见图3－9(e)］，也难免在螺杆的端点上存在因停滞物料被烧焦的现象。图3－9(g)所示的斜切截锥体的螺杆头，其端部有一个椭圆平面，当螺杆转动时，它能对料流进行搅动，物料不易因滞流而产生分解。图3－9(h)为光滑鱼雷头，与料筒之间的间隙通常小于前面的螺槽深度h3，而大于螺杆与料筒的间隙δ0，有时鱼雷头表面还开有轴向沟槽，它有良好的混合剪切作用，能增加流体压力和消除波动现象，常用来挤出黏度较大、导热性不良的塑料。图5－9(i)所示的是一种锥部带螺纹的螺杆头，能使物料借助螺纹的作用而运动，主要用于电缆行业。
图3－9 螺杆头部的结构
常见螺杆螺纹的断面形状有两种，一种是矩形，另一种是锯齿形，如图3－10所示。前者在螺槽根部有一个很小的圆角半径，它有最大的装填体积，而且机械加工比较容易，适用于加料段;后者能改善塑料流动情况，有利于搅拌塑化，也避免了物料的滞留，适用于压缩段和均化段。
图3－10 螺纹断面形状
3．螺杆材料
螺杆是在高温、有一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩等情况下工作的，因此，螺杆必须由耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度的优质材料做成，还要求材料具有切削性能好、热处理后残余应力小、热变形小等性能。常用的螺杆材料有45钢、40Cr、渗氮钢38CrMoAl等。45钢便宜，加工性能好，但耐磨、耐腐蚀性能差。40Cr的性能优于45钢，但一般要镀上一层铬，以提高其耐磨耐腐蚀能力。渗氮钢38CrMoAl的综合性能比较优异，应用比较广泛，我国专业标准ZBG95009．1－88中推荐的螺杆材料就是38CrMoAl，也可以采用其他合金结构钢，如2CrMo等，以及在螺纹上加(喷涂、堆焊)耐磨合金。对38CrMoAl渗氮，处理的渗氮层深度达0．4～0．6mm，螺杆外圆硬度达700～940HV，脆性不大于2级。
4．新型螺杆
所谓新型螺杆，是相对于常规全螺纹三段螺杆而言的。由于生产实践中常规螺杆存在一些问题，在不断改进常规螺杆的基础上发展起来的螺杆，统称为新型螺杆。
(1)常规全螺纹三段螺杆存在的问题 常规全螺纹三段螺杆，通常又称为普通螺杆，其存在的问题较多，为分析方便起见，按其三段的基本职能进行分析，实际上三段存在的问题有一定的联系，并非孤立存在。
①加料段存在的问题:该段的主要作用是输送固体物料并将其压实。常规螺杆的固体输送能力低，并且压力形成主要是依赖于机头的压力，若为此而提高机头压力，却会降低生产能力。加料段压力形成缓慢，致使固体床熔融点推迟。
②熔融(压缩)段存在的问题:由熔融理论知，固体床熔融的热源有两个，一是来自加热器的外热，二是螺杆转动产生的剪切热，后者是主要的。在常规三段螺杆中，一方面，熔融段的一个螺槽中同时有固体床和熔池存在，而且熔池不断增宽，固体床逐渐变窄，从而减少了固体床与料筒壁的接触面积，也就减少了料筒直接传给固体床的热量;另一方面，固体床与螺杆表面的接触面也减少，特别是在熔融段的后部，由于已熔物料的压力作用，固体床出现缝隙，熔体不断挤入其内，使固体床分解成固体碎片，固体碎片混入已熔塑料中，为熔体所包围，形成内部为压实的固体而外部是熔体的状态，既妨碍传热又降低了剪切速率。因此，降低了熔融效率，致使挤出量不高。相反，已熔的物料由于与料筒壁相接触，而且仍能获得剪切热，温度继续升高。这样，就形成一部分物料不能彻底熔融，另一部分物料则过热，导致温度不均匀。
另外，还存在较大的压力波动、流率波动和温度波动，主要原因是螺槽变浅的速度超过或小于固体物料在熔膜分界面上的熔融速度，使熔料不能顺利流通或充料不满，这会直接导致制品尺寸波动和性能波动。而且，对一些特殊塑料的加工以及混炼、着色也不能很好地适应。
③均化段存在的问题:该段的作用是定压、定量地输送熔料和对物料进一步均化。但实际上，上述固体输送段和熔融段存在的问题会使本段开始处还残存有固体物料。在固体床破碎的情况下，均化段仍需有熔融固体物料的作用，而不能只起挤出理论所述的那种理想的作用，因而对填充料和色料的混合作用小，这就影响到挤出件的质量。
(2)常见新型螺杆简介 针对常规螺杆存在的上述问题，人们对挤出过程进行了更深入的研究，在大量实验和生产实践的基础上，发展了各种新型螺杆。这些新型螺杆在不同方面、不同程度上克服了常规全螺纹三段螺杆存在的缺点，提高了挤出量，改善了塑化质量，减少了产量、压力等的波动，也提高了混合作用和填充料的分散性。下面介绍几种新型螺杆。
①分离型螺杆:设计这类螺杆的思路是，针对常规螺杆因固液共存于同一螺槽中所产生的缺点，采取措施，将已熔融物料和固体床尽早分离，而促进未熔物料更快熔融，使已熔物料减少剪切，从而获得低温挤出，在保证塑化质量的前提下提高挤出量。
分离型螺杆的基本结构:图3－11所示为分离型螺杆结构示意图。它的加料段和均化段与常规螺杆相类似，所不同的是在加料段末端设置一条起屏障作用的附加螺纹(也称副螺纹)，其大径比主螺纹小2G，副螺纹始端与主螺纹相交。副螺纹的后缘与主螺纹推进面之间所构成的空间，构成液相槽，其宽度从窄逐渐变宽，直通至螺杆头部。副螺纹推进面与主螺纹的后缘之间所构成的空间，成为固相槽，其宽度从宽逐渐变窄，固相槽与加料段螺槽相通。固相槽和液相槽深度都是从加料段末端的螺槽深度h1逐渐变化到均化段的螺槽深度h3。副螺纹大径与料筒内壁形成的径向间隙Δ只允许熔料通过，而一般未熔固体颗粒不能通过。
图3－11 分离型螺杆结构示意图
分离型螺杆的工作原理:如图3－12所示，当加料段末端的料筒表面上开始出现熔膜时，螺棱推进面也开始出现熔料［见图3－12(b)］，但还未完全形成熔池，在形成熔池［见图3－12(c)］时开始设置附加螺纹，固体床迫使熔池中的熔料越过副螺纹顶端的间隙Δ进入液相槽。在此以后，沿着固相槽方向，固体床与料筒壁上的熔膜进行热交换过程中形成的熔料越过间隙Δ流向液相槽。可见，固体床在熔融过程中与四个表面(料筒内壁、螺槽两侧面和螺槽底面)接触，在剪切和外加热的作用下，熔融速度加快。由于熔料及时被分离，固体床不会产生破碎。而且熔料越过间隙Δ时受到一定的剪切作用，可以提高混炼效果。即使部分未熔融小颗粒物料越过Δ间隙，也受到剪切作用而进一步熔融塑化。如果还未达到全部熔融，在进入液相槽之后也容易与熔料进行热交换而熔融。同时，熔料在液相槽中可以进一步受到剪切作用而均化。
图3－12 分离型螺杆工作原理示意图
分离型螺杆的工作特性:设计合理的分离型螺杆具有以下4个特性。一是挤出物均匀。相对于常规螺杆而言，挤出物均匀性的提高是由于分离型螺杆没有固体床破碎现象，并且固、液相槽分开(固相槽被“封死”)，熔料的流动不受固相的影响，减少了均化段熔料的倒流。二是生产能力高、功率消耗低。这主要是由于分离型螺杆的熔融速率比常规螺杆快得多，且由于均化段h3比常规螺杆深，所以在同样转速下，生产能力高，单耗低。三是排气性能好。由于固体床不破碎，因此不会出现固体床碎片被熔体包围的现象，固体床中的气体可从料斗中顺利排出。四是产量波动和温度波动都较小，塑化质量好。分离型螺杆的料筒内较少出现不规则的压力波动，螺杆受力均匀，而且主螺纹的侧面经常保持有熔料，润滑效果好，因此较少出现扫膛现象。
由于分离型螺杆具有上述优点，因此，在国内外都得到了广泛的应用。
②屏障型螺杆:所谓屏障型螺杆是指在螺杆的某部位设立屏障段，使未熔固体颗粒不能通过，并促使固体料熔融的一种新型螺杆。它是由分离型螺杆变化而来的。由于在多数情况下，屏障段都设置在靠近螺杆的头部，因此又常称为屏障头。图3－13所示为分离型螺杆与直槽屏障型螺杆的对比。图3－14所示为屏障头。
图3－13 分离型螺杆与屏障型螺杆的对比
屏障型螺杆的基本结构:它是在一段外径等于螺杆直径的圆柱体上交替开出数量相等的进、出料槽，如图3－13(b)所示。出料槽前面的凸棱比螺杆大径低一个径向间隙值G，G称为屏障间隙，这是每一对进、出料槽的唯一通道，这条凸棱称为屏障棱。
图3－14 物料在屏障型混炼段中的运动方向
图3－15 设置在螺杆末端的混炼段
屏障型螺杆的工作原理:当物料从熔融段进入均化段后，含有未熔固体颗粒的熔体流到屏障型混炼段时，被分成若干股料流进入混炼段的进料槽，熔料和粒度小于屏障间隙G的固体料越过屏障棱进入出料槽。塑化不良的小粒料越过间隙G时受到了剪切作用，大量的机械能转变为热能，使物料熔融。另外，由于在进、出料槽中的物料一方面作轴向运动，另一方面由于螺杆旋转作用又使这些物料作圆周运动，两种运动使物料在进、出料槽中作涡状环流运动，如图3－14所示。其结果是在进料槽中的熔料和塑化不良的固体料进行热交换，促进了固体料的熔融;在出料槽中物料的环流运动也同样使熔料进一步地混合和均化。从理论上讲，这种屏障型混炼段是以剪切作用为主、混合作用为辅的元件。图3－15所示的屏障头一般与螺杆分体加工，用螺纹连接于螺杆体上，这样，替换方便，可以得到最佳的匹配方案来改造常规螺杆。
③分流型螺杆:分流型螺杆是在常规螺杆的某一段上设置分流元件(如凸起的销钉、沟槽或孔道)，将螺槽内的料流反复分割，以改变物料的流动状况，促进熔融，增强混炼和均化的一种新型螺杆。图3－16所示的是在常规螺杆的熔融段或均化段设置了一些销钉的一种螺杆，称为销钉螺杆。图3－17所示的是在螺杆的均化段设置斜孔起分流作用的一种螺杆，国外称为DIS螺杆。
图3－16 销钉螺杆和销钉分流作用
这种螺杆与分离型和屏障型螺杆的工作原理有所不同，它是利用设置在螺杆上的销钉或孔道将含有固体颗粒的熔料流分成许多小料流，然后又混合在一起，经过反复出现的以上过程达到使物料塑化均化的目的，所以称为分流型螺杆。
DIS螺杆结构如图3－17(a)所示，在该段的圆周上设置有若干个进料槽和出料槽，进料槽具有与螺杆的螺纹线相同的螺旋角。其进、出料槽间按一定规律用小孔通道连接，物料到达该段时被进料槽分成若干股，各股料分别通过各自的小孔通道进入出料槽，由出料槽流出的各股料流在合并室(混炼区)汇合。另外，DIS螺杆在分流道中有倒位作用，如图3－17(b)所示，原来在进料槽中的小料流外层(靠近料筒壁，用实线箭头表示)，经过分流之后，在出料槽中变为内层，而原来内层的物料，在出料槽中变为外层(用虚线箭头表示)，各条分流通道都是如此倒位，这有助于物料的分散混合作用。
图3－17 DIS螺杆与物料的倒位作用
结构设计得当的分流型螺杆，与常规螺杆相比具有以下优点:混炼效果好;易于得到低温且温度均匀的熔体;生产能力(挤出量)高，一般能提高30%左右。特别是DIS螺杆，温度波动小，混炼效果和混色效果好，填充料分散性好，生产出的制品内应力小，精度高。
④组合螺杆:前面我们介绍了几种新型螺杆。可以看出，新型螺杆中，除了分离型螺杆是在熔融段附加螺纹或螺槽，它只能和原螺杆作成一体外，其他形式的新型螺杆都在均化段或压缩段末增设非螺纹形式的各种区段，这些区段我们可以称为螺杆元件。它们可以与螺杆作成一体，也可以用连接的方法加到螺杆本体(由加料段和压缩段组成)上。这些区段可根据其职能的不同，分别称为输送元件、压缩元件、剪切元件、混炼元件、均化元件等等。
在发展各种螺杆元件的基础上，同时也出现了组合螺杆。这种螺杆不是一个整体，而是由不同职能的螺杆元件所组成。也就是说，它是一种可以通过改变螺杆元件数目和组合顺序获得各种特性的螺杆，突破了传统常规全螺纹三段螺杆的框框，不再是三段螺杆，这是螺杆设计中的一大进步。它的最大特点是适应性强，专用性也强，易于获得最佳的工作条件，在一定程度上解决了“万能”和“专用”之间的矛盾。因此，它也得到了越来越广泛的应用。但这种螺杆设计较复杂，在直径较小的螺杆上很难采用。
(3)新型螺杆设计和选择中应注意的问题新型螺杆是在普通全螺纹三段螺杆的基础上发展起来的，尽管它有别于普通螺杆，但主要目标同样是为了提高挤出产量和质量。评价螺杆的标准和设计时应考虑的因素同样适用于新型螺杆。为了合理地选用和设计新型螺杆，有必要再强调以下几点，供参考。
①首先必须确切地弄清各种新型螺杆的工作原理以及适用场合:不同的新型螺杆有不同的作用，因而有其适用的场合。例如，新型螺杆中的一类是以混炼作用为主的，如销钉螺杆、DIS螺杆;另一类是以剪切作用为主的，如屏障型螺杆。显然，前者适于混炼，以获得均匀的熔体;后者则适用于塑化物料(但不适用于热敏性物料的加工)。
②选择理想的混炼元件和剪切元件的位置:混炼元件和剪切元件多在均化段(或占一部分压缩段)设置，而不宜太靠近加料段，因为过早地设置这些元件会阻碍固体物料的移动，增大料流阻力，减少出料量。
③螺杆的熔融能力必须和计量(均化)能力及输送能力相匹配:当增设混炼元件和剪切元件，提高熔融速率后，相应地要加大输送效率，否则物料会因在料筒中停留时间过长，超过所需温度而有过热分解的可能;相反，若输送效率较高，而物料来不及熔融塑化，势必造成塑化不良现象。因此，只有当输送效率高、挤出机生产率也较高时，才能采用强力混炼元件和剪切元件，以保证足够的能量转换和物料的均匀混合;当输送效率较低时，只能采用中等强度的混炼元件和剪切元件;当输送效率很低时，若增设混炼元件和剪切元件反而有可能导致料温过高而使物料变质，甚至分解。
总之，设置混炼元件和剪切元件，必须注意到每一种元件的最理想的工作条件，只有满足(或接近)这个条件时，才能获得良好的效果。
5．料筒
料筒和螺杆共同组成了挤出机的挤压系统，完成对塑料的固体输送、熔融和定压定量挤出。和螺杆一样，料筒也是在高压、高温、严重磨损、有一定腐蚀的条件下工作的。料筒上还要设置加热冷却系统和安装机头。此外，料筒上还需开加料口。
图3－18 整体式料筒
(1)料筒的结构形式 有下面几种形式。
①整体式料筒:整体式料筒是在整体坯料上加工出来的，如图3－18所示。这种结构容易保证较高的制造精度和装配精度，也可以简化装配工作，便于设置外加热器和装拆，而且热量沿轴向分布比较均匀。但这种料筒加工制造条件要求较高。
②分段(组合)式料筒:所谓分段(组合)式料筒，是指一个料筒由若干料筒段组合起来，如图3－19所示。也就是说，将料筒分成几段加工，然后各段用法兰或其他形式连接起来。这种料筒的机械加工比整体式料筒容易，不要大的加工设备，也便于改变料筒的长度来适应不同长径比的螺杆。这种料筒的主要缺点是分段太多时难以保证各段的对中(即给装配带来困难)，法兰连接处影响了料筒的加热均匀性，增加了热损失，也不便于加热冷却系统的设置和维修。
图3－19 分段(组合)式料筒
分段式料筒多用于实验、科研用挤出机和排气式挤出机，因为它便于改变料筒长度，便于设置排气装置。
③双金属料筒:双金属料筒的结构主要有两种形式，一种是衬套式料筒，另一种是在料筒内表面上浇铸一层合金，简称为浇铸式料筒。
衬套式料筒:如图3－20所示，这种料筒一般用在大、中型挤出机上，衬套可制作成整体式或分段组合式，分段式的衬套制造方便一些。料筒的材料一般为碳素钢或铸钢，而衬套的材料一般采用合金无缝钢管。这样衬套磨损后可以更换，提高了料筒的使用寿命。但衬套式料筒存在着因材料不同而受热后膨胀不一致，以及衬套与料筒的配合间隙影响传热等缺点。
图3－20 衬套式料筒
浇铸式料筒:这种料筒是在料筒内表面上，采用离心浇铸的方法浇铸上一层大约2mm厚的合金，然后研磨或加工到所需的尺寸。这种料筒的特点是:合金与料筒内表面基体结合很好，且沿料筒轴向长度上的结合比较均匀，既无剥落的倾向，也不会开裂，而且既有较高的抗磨性，又有较好的耐腐蚀性，使用寿命长。
④料筒的新型结构:如果我们将内表面为光滑的圆柱面的料筒称为普通料筒的话，则将在靠近料筒的加料段内表面轴向开槽，或加工成锥度并开槽的料筒称为新型料筒，如图3－21所示。
图3－21 几种新型料筒结构
从固体输送理论知，为提高固体输送率，设想之一是增加料筒表面的摩擦系数，设想之二是增加加料口处垂直于螺杆轴线的横截面的面积。可见，新型结构料筒就是实现这两种设想的具体措施。
为提高固体输送率，还有一种设想是在加料口附近的加料段对料筒设置冷却装置，使被输送的物料的温度保持在软化点或熔点以下，避免出现熔膜，以保持物料的固体摩擦性质。
据资料介绍，采用上述方法后，输送效率可由普通料筒的0．3提高到0．6，而且挤出量对机头压力变化的敏感性较小。这是因为，开槽或锥形开槽的料筒压力形成较早，压力值较大，有利于压实物料，使熔融均化过程稳定。
关于新型料筒的结构设计可参照有关资料进行。
(2)加料口的结构与开设位置 加料口的结构必须与物料的形状相适应，应使物料能从料斗或加料器中自由地、高效地加入料筒而不产生架桥中断现象。
加料口的结构形式很多，图3－22所示为其中较典型的几种形式:图中(a)类主要适用于带状料，而不宜用于粒料和粉料;图中(b)、(d)、(f)类为常用的加料口，其中(b)类的右口壁有一倾斜角度(一般为7°～15°或更大些)，(d)和(f)类的左壁设计成垂直面，并向中心线偏移1/4内径，(f)类的右壁下部向中心的倾斜角约为45°;图中(c)、(e)类在简易式挤出机上用得较多。实践证明(d)和(f)类的加料口形式不论对粉料、粒料还是带状料都能很好地适应，因此用得最广。
图3－22 加料口断面形状
加料口的形状(俯视)多为矩形的，其长边平行于料筒轴线，长度约1．3～1．8倍螺杆直径。圆形加料口主要用于设置机械搅拌器强制加料的场合。
(3)料筒与机头的连接形式 机头与料筒的连接形式，最通用的是铰链螺钉连接，如图3－23(a)所示，这种连接方式虽然结构复杂些，但拆装机头快速方便。此外，还有螺钉连接［如图3－23(b)所示］、剖分连接［如图3－23(c)所示］、冕形螺母连接［如图3－23(d)所示］。
图3－23 机头与料筒的连接形式
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
