摘要：树脂降解产物通常会导致聚乙烯（PE）薄膜、片材和注塑件等成品出现缺陷。通常情况下，降解是由于工艺中存在流动停滞环节使树脂长时间处于较高的加工温度下引起的。一旦形成，微小的振动会导致降解产物从螺杆脱落并污染产品。这种降解过程可能发生在许多单螺杆挤出操作中，通常由

树脂降解产物通常会导致聚乙烯（PE）薄膜、片材和注塑件等成品出现缺陷。通常情况下，降解是由于工艺中存在流动停滞环节使树脂长时间处于较高的加工温度下引起的。一旦形成，微小的振动会导致降解产物从螺杆脱落并污染产品。这种降解过程可能发生在许多单螺杆挤出操作中，通常由于螺杆的细微设计缺陷引起。

从螺杆示意图或操作实验中很难确定螺杆中树脂降解的位置，所以确定位置的最佳方法是将螺杆从挤出机中热拔出，并检查其是否发生树脂降解。

螺杆拆卸程序非常简单，但由于必须将传输管线与挤出机断开，所以操作流程会变复杂。

01.使用相同的原料树脂运行挤出机，且不添加任何添加剂和着色剂。挤出机中的添加剂，尤其是着色剂，会使观察降解更加困难。挤出机应运行至挤出物中明显不含所有添加剂为止。

02.在螺杆持续旋转的同时，让料斗停止进料而处于空转状态。这样做的目的是尽可能多地从料道中排出树脂，以便于观察和清理。

03.一旦树脂不再从模头中排出，就可以停止螺杆旋转，料筒加热器应保持正常温度或略微降低。较低的料筒温度将降低螺杆拆卸过程中的降解速度，温度必须能够维持树脂的熔融状态。

04.将传输管线与挤出机断开。使用液压千斤顶或简易螺旋千斤顶将螺杆从机筒中推出，螺杆推出长度大约为直径的4倍。图1显示了一台2.5英寸直径的挤出机（用于PE树脂）的螺杆照片。

图1： 一根直径2.5英寸的螺杆从挤出机中热挤出。

图片来源：M. Spalding

图 2 计量段螺纹半径处树脂降解的特写照片。

05.对这4倍直径长度的螺杆进行研究和拍照，了解其降解情况。在图1中，螺纹拐角处可以清楚地观察到一定程度的降解，图2则对该区域进行了放大展示。这种降解的根本原因是莫法特涡会导致树脂停留时间过长，从而导致树脂降解。

Moffatt eddies

莫法特涡（Moffatt eddies）是出现在尖角处的回流或涡旋，当流体以顶部驱动的腔体流运动时，在通道中会产生流动循环，在通道的拐角处也会形成二次循环，形成一个低速螺旋涡，位于通道主体部分的高速流动之外。

莫法特涡的出现是因为螺纹半径太小。将螺纹半径增加到局部通道深度的约1.4到1.5倍，可以消除莫法特涡流，并减轻大多数树脂的降解。

图3螺杆计量段螺纹半径示意图：

（a）较小的半径容易形成莫法特涡流，从而导致树脂降解；

（b）较大的螺纹半径不会导致树脂降解。

图3是小螺纹半径和大螺纹半径的示意图。螺杆制造商通常将螺纹半径设置为局部通道深度的0.5倍，因为这种设计更易于制造，并且符合行业标准。然而，0.5倍深度的螺纹半径可能会导致莫法特涡流，并导致许多树脂的降解。大多数制造商都会满足更大螺纹半径的要求。

06.研究并拍摄前四个直径后，在螺杆仍热时将这部分清洁至露出金属。清理时只能使用黄铜工具，因为黄铜不会损坏螺丝表面。切勿使用钢制工具或用喷灯烧掉树脂。钢制工具会损坏螺丝表面，而喷灯的高温会改变金属的形态，或损坏表面镀层或螺纹面的硬化层。

07.将螺杆再推出4倍直径，与之前一样对这段新暴露的螺杆进行树脂降解研究、拍照并清洁。对于同样2.5英寸直径的螺杆，图4显示了下一段螺杆。该螺杆采用Maddock混合器设计。螺杆槽边缘存在相当程度的树脂降解。这种降解是由于螺杆槽深度相对于其宽度过深造成的。

图 4 Maddock 混合器，其槽道内树脂发生降解。

一般来说，槽纹的宽度应为深度的两倍。常见的设计错误是，在Maddock混合器中槽纹对的数量过多，导致槽纹宽度过小。其次，设计师会将槽纹切得太深，以免压力消耗造成大问题。这种设计从温度和压力的角度来看效果良好，但可能会导致槽纹边缘的树脂降解。

08.将螺杆再推出4倍直径，即可露出计量段的入口和熔融段的出口。如果使用螺旋坝元件，且该段的入口设计不当，则比流速可能会降低近50%，并导致计量通道供料不足。比流速就是用速率除以螺杆转速，单位为磅/(小时/转)。计量通道供料不足会导致树脂降解，如图5所示。

图5： 螺杆计量段，其阻隔式螺纹入口设计不佳。白色物料为刚熔融的低密度聚乙烯 (LDPE)，深色物料为降解交联树脂。

该特定速率降低和树脂降解问题是由于固体输送通道与螺旋坝段固体通道之间的限制造成的，这会严重限制特定速率。

某些类型的元件因容易造成物料停滞和树脂降解而闻名，这类元件包括一些螺旋挡板式元件和齿轮式元件。例如，图6显示了螺旋挡板式元件的示意图，该元件位于计量通道中，长度通常约为直径的3倍，它具有分散混合螺旋片，该螺旋片从通道的推动侧开始，并推进至通道的尾侧，如图6所示。

图6螺旋坝元件的示意图：（a）侧视图，显示可能停滞并导致树脂降解的位置，（b）展开视图，（c）垂直于飞行边缘的横截面视图，显示坝和桶壁之间的间隙。

混合叶片带有底切，使树脂能够从入口流道流入出口流道。如图6a所示，在出口流道的起始处和入口流道的末端可能会出现停滞区。并非所有螺旋坝式元件都会有停滞区，因为许多设计师会在入口和出口区域进行底切，并将流道逐渐变细至底切的顶部。

09.如果发生计划外停机，且停机时间超过30分钟，则应降低机筒温度。许多操作的停机时间往往会比预期的要长，如果机筒温度维持在加工条件下，整个计量通道都可能出现树脂降解。

图7显示了此类降解的一个例子。图中树脂降解通常出现在整个螺杆根部和螺纹半径上。由于需要较长的清洗时间才能将降解物从挤出机中排出，此类降解会使启动困难。

图7：上图的螺杆曾多次停机，挤出机长时间保持在工作温度下。在拆卸螺杆之前，挤出机已进行清洗，但深色降解树脂覆盖了计量段的大部分区域。

虽然这个例子是针对PE树脂的，但在其他树脂中也观察到了类似的树脂降解，包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯和ABS等。上述问题也可能出现在注塑机塑化螺杆上。具体步骤和解决方法与本文描述的挤出机相同，只是注塑机使用注射柱塞将螺杆从料筒中推出。

文章来源：Mark A. Spalding《How To Identify Resin Degradation in Single-Screw Extruders》

来源：塑连网-小郭