Sraigto ir plastifikavimo mazgo projektavimas – išsamus 2026 m. vadovas

Įvadas – sraigto vaidmuo liejimo procese

Liejimo sraigtas yra kiekvienos liejimo mašinos širdis – jis atsakingas už plastiko medžiagos transportavimą, lydymą, homogenizavimą ir dozavimą į formą. Plastifikavimo kokybė tiesiogiai lemia gaminio kokybę: terminį vienodumą, dozės pakartojamumą, dryžių, burbuliukų ir medžiagos degradacijos nebuvimą. Nors sraigtas sudaro tik 2–3 % liejimo mašinos kainos, jis turi įtakos daugiau nei 60 % galutinio gaminio kokybės parametrų.

Šiuolaikinėse liejimo mašinose, tokiose kaip Tederic NEO-T ir D-Series serijos, plastifikavimo mazgas projektuojamas atsižvelgiant į naujausius sraigto geometrijos, dilimui atsparių medžiagų ir tikslaus temperatūros valdymo pasiekimus. Šis straipsnis yra išsamus inžinerinis vadovas apie plastifikavimo sistemos konstrukciją, parinkimą ir optimizavimą.

Plastifikavimo pagrindai – kaip veikia plastifikavimo sistema

Plastifikavimas – tai procesas, kurio metu plastiko granulės paverčiamos vienalyte lydalu, turinčiu kontroliuojamą temperatūrą ir klampą. Liejimo mašinos plastifikavimo mazgą sudaro trys pagrindiniai elementai: sraigtas, cilindras (vamzdis) ir atbulinis vožtuvas.

Energijos šaltiniai plastifikavimo procese

Plastiko lydymas cilindre vyksta iš dviejų energijos šaltinių:

• Trinties šiluma (šlyties) – generuojama besisukančio sraigto; sudaro 60–80 % visos energijos, reikalingos plastikui išlydyti. Šlyties intensyvumas priklauso nuo sraigto sukimosi greičio, kanalo gylio ir plastiko klampos.
• Laidumo šiluma – tiekiama juostinių šildytuvų ant cilindro; sudaro 20–40 % energijos. Atlieka kompensacinę ir reguliavimo funkciją, užtikrindama tikslų temperatūros profilį.

Šių energijos šaltinių santykis priklauso nuo plastiko tipo. Aukštos klampos medžiagos (PC, PMMA) generuoja daugiau šlyties šilumos, o žemos klampos kristaliniai plastikai (PP, PE) reikalauja didesnės išorinės šilumos dalies.

Plastifikavimo ciklas

Kiekvieno liejimo ciklo metu sraigtas atlieka dvi pagrindines funkcijas:

• Plastifikavimo (dozavimo) fazė – sraigtas sukasi, transportuodamas, lydydamas ir homogenizuodamas plastiką. Medžiaga kaupiasi prieš sraigto galą, stumdama jį atgal (sraigto atsitraukimas). Tipinis plastifikavimo laikas: 5–15 sekundžių, priklausomai nuo dozės ir medžiagos.
• Liejimo fazė – sraigtas juda ašine kryptimi į priekį kaip stūmoklis, įspausdamas išlydytą medžiagą į formą per antgalį. Ašinis greitis: 50–200 mm/s, liejimo slėgis: 800–2500 bar.

Sraigto geometrija – pagrindiniai konstrukciniai parametrai

Liejimo sraigto geometrija apibrėžia plastifikavimo našumą, lydalo kokybę ir sistemos ilgaamžiškumą. Toliau aprašyti svarbiausi konstrukciniai parametrai.

L/D santykis (ilgio ir skersmens)

L/D santykis yra svarbiausias liejimo sraigtą apibūdinantis parametras. Jis nurodo efektyvaus sraigto darbinio ilgio ir jo nominalaus skersmens santykį.

• L/D 18:1 – 20:1 – trumpi sraigtai, naudojami senesnėse liejimo mašinose; ribota homogenizacija, pakankama paprastiems plastikams (PP, PE).
• L/D 22:1 – 24:1 – pramoninis standartas; geras balansas tarp homogenizacijos ir buvimo laiko. Dažniausiai naudojamas šiuolaikinėse bendrosios paskirties liejimo mašinose.
• L/D 25:1 – 28:1 – pailginti sraigtai inžinerinėms medžiagoms (PA, POM, PC) ir plastikams su užpildais; užtikrina geresnį maišymą ir degazavimą.
• L/D 30:1+ – specialūs sraigtai dažymui, masterbatch maišymui ir kompozitų su pluoštais perdirbimui.

Tederic D serijos liejimo mašinos siūlo standartinį L/D 24:1 santykį su galimybe atnaujinti iki L/D 26:1 reiklesniems pritaikymams.

Suspaudimo laipsnis (Compression Ratio)

Suspaudimo laipsnis – tai vieno vijės tūrio tiekimo zonoje ir vieno vijės tūrio dozavimo zonoje santykis. Jis apibrėžia mechaninio poveikio plastikui intensyvumą.

Plastikas	Suspaudimo laipsnis	Pagrindimas
PE-HD, PP	2,5:1 – 3,0:1	Greitas lydymasis, aukštas kristališkumas – reikalauja vidutinio šlyties
PS, ABS	2,0:1 – 2,5:1	Amorfiniai, lengvai lydosi – mažesnio šlyties pakanka
PA (nailonas)	3,0:1 – 3,5:1	Aukštas kristališkumas, siauras lydymosi diapazonas – reikalauja intensyvaus šlyties
PC, PMMA	2,0:1 – 2,3:1	Jautrūs šlyčiai – mažas suspaudimo laipsnis apsaugo nuo degradacijos
PVC	1,8:1 – 2,2:1	Labai jautrus temperatūrai – minimalus suspaudimo laipsnis
PET	2,8:1 – 3,2:1	Aukštas kristališkumas, greitas aušimas – reikalauja efektyvaus lydymo
TPE, TPU	2,0:1 – 2,5:1	Elastomerai – vidutinis šlytis, švelnus plastifikavimas

Vijų geometrija

Papildomi sraigto geometriniai parametrai apima:

• Viršūnės plotis (flight width) – paprastai 0,08–0,12 × D; siauresnės viršūnės didina pralaidumą, bet spartina nusidėvėjimą.
• Vijės pasvirimo kampas (helix angle) – standartiškai 17,66° (žingsnis = 1D); modifikavimas turi įtakos transportavimui ir buvimo laikui.
• Kanalo gylis tiekimo zonoje (h₁) – paprastai 0,12–0,18 × D; gilesni kanalai didina našumą, bet gali sukelti netolygų transportavimą.
• Kanalo gylis dozavimo zonoje (h₂) – paprastai 0,03–0,06 × D; seklesnės kanalai užtikrina geresnę homogenizaciją našumo sąskaita.
• Radialinis tarpas tarp sraigto ir cilindro – paprastai 0,05–0,15 mm; per didelis tarpas sukelia lydalo nutekėjimą atgal, per mažas – pernelyg didelį nusidėvėjimą.

Trys sraigto zonos: tiekimo, kompresijos, dozavimo

Kiekvienas liejimo sraigtas skirstomas į tris funkcines zonas, iš kurių kiekviena atlieka atskirą vaidmenį plastifikavimo procese.

Tiekimo zona (Feed Zone)

Tiekimo zona paprastai sudaro 50–60 % sraigto darbinio ilgio. Jos pagrindinės užduotys:

• Granulių priėmimas iš piltuvėlio
• Kietosios medžiagos transportavimas kompresijos zonos kryptimi
• Pirminis granulių pašildymas per kontaktą su karšta cilindro sienele
• Medžiagos sutankinimas ir oro pašalinimas tarp granulių

Kanalo gylis šioje zonoje yra didžiausias (h₁) ir išlieka pastovus visame ilgyje. Transportavimo efektyvumas priklauso nuo trinties koeficiento tarp granulių ir cilindro sienelės (turėtų būti aukštas) bei tarp granulių ir sraigto paviršiaus (turėtų būti žemas). Todėl cilindrų vidinis paviršius yra grioveliais arba nitridu apdorotas, o sraigtai – poliruoti.

Kompresijos zona (Compression/Transition Zone)

Kompresijos zona paprastai sudaro 20–30 % sraigto ilgio. Šioje zonoje:

• Kanalo gylis palaipsniui mažėja (nuo h₁ iki h₂)
• Medžiaga suspaudžiama, o tai intensyvina kontaktą su karštu cilindru
• Trinties šiluma nuo šlyties staigiai didėja
• Vyksta granulių lydymasis – ties cilindro sienele susiformuoja išlydyto plastiko plėvelė
• Likutinis oras išstumiamas atgal (piltuvėlio kryptimi)

Perėjimo profilis gali būti tiesinis (palaipsnis) arba staigus (šuolinis). Kristaliniai plastikai (PA, PET) su siauru lydymosi diapazonu reikalauja staigesnės kompresijos, o amorfiniai plastikai (PS, ABS) toleruoja švelnų perėjimą.

Dozavimo zona (Metering Zone)

Dozavimo zona paprastai sudaro 20–25 % sraigto ilgio. Jos funkcijos:

• Lydalo homogenizacija – temperatūros ir klampos suvienodinimas
• Slėgio generavimas, reikalingo antgalio ir formos pasipriešinimui įveikti
• Tikslus medžiagos dozavimas prieš sraigto galą
• Galutinis dažiklių ir priedų sumaišymas

Kanalo gylis šioje zonoje yra minimalus (h₂) ir pastovus. Per seklus kanalas sukelia pernelyg didelį šlytį ir terminę degradaciją. Per gilus – nepakankamą homogenizaciją ir nestabilų dozavimą.

Sraigtų tipai: standartinis, barjerinis, maišantis, specialusis

Standartinis sraigtas (General Purpose)

Standartinis trijų zonų sraigtas yra populiariausias sprendimas, naudojamas 70–80 % visų liejimo mašinų. Jam būdinga paprasta geometrija su vienu keteru ir palaipsniu suspaudimu.

• Privalumai: universalumas, maža kaina, lengva priežiūra, prieinamumas
• Trūkumai: ribota homogenizacija jautrioms medžiagoms, nėra specialios maišymo sekcijos
• Pritaikymas: PP, PE, PS, ABS – standartiniai plastikai

Barjerinis sraigtas (Barrier Screw)

Barjerinis sraigtas turi papildomą keterą (barjerą) kompresijos zonoje, kuris fiziškai atskiria kietąją medžiagą nuo išlydytos. Išlydytas plastikas praeina per barjerą į lydalo kanalą, o neišlydytos granulės lieka kietosios medžiagos kanale.

• Privalumai: didesnis plastifikavimo našumas (15–30 % daugiau kg/h), geresnis terminis vienodumas (±2°C palyginti su ±5°C standartiniam), mažesnė neišlydytų granulių rizika dozavimo zonoje
• Trūkumai: didesnė kaina (30–50 % brangesnis), sudėtingesnis atnaujinimas, netinka plastikams su abrazyviais užpildais
• Pritaikymas: PA, POM, PC – inžineriniai plastikai su siauru lydymosi diapazonu

Sraigtas su maišymo elementais

Sraigtai su maišymo elementais turi specialias sekcijas dozavimo zonos gale, kurios intensyvina homogenizaciją. Dažniausi sprendimai:

• Maddock maišytuvas (fluted mixer) – išilginių griovelių serija su barjerais; užtikrina paskirstomąjį maišymą be perteklinio šlyties
• Spiralinis maišytuvas (Saxton) – spiralinis elementas su daugeliu kanalų; tinkamas dažikliams ir masterbatch
• Kaiščių maišytuvas (Pin mixer) – cilindriniai kaiščiai ant sraigto ketero; intensyvus dispersinis maišymas pigmentams ir užpildams
• Ananasinis maišytuvas (Pineapple mixer) – rombiniai įpjūvimai; švelnus maišymas šlyčiai jautrioms medžiagoms

Specialūs sraigtai

• Sraigtas PVC – mažas suspaudimo laipsnis (1,8–2,2:1), be aštrių kraštų, trumpa kompresijos zona; apsaugo nuo terminės degradacijos
• Sraigtas LSR (skystasis silikonas) – trumpas (L/D 14–18:1), lygus paviršius, aušinamas cilindras; apsaugo nuo ankstyvo tinklinimosi
• Sraigtas medžiagoms su pluoštais – gilūs kanalai, mažas suspaudimo laipsnis (2,0–2,5:1), didelis tarpas; minimizuoja pluoštų laužymą
• Sraigtas reciklatams – degazavimo zonos su ventiliacine anga; pašalina drėgmę ir lakiuosius junginius iš antrinės medžiagos

Atbulinis vožtuvas – konstrukcija ir įtaka kokybei

Atbulinis vožtuvas (check valve, non-return valve), sumontuotas ant sraigto galo, apsaugo nuo lydalo grįžimo atgal liejimo ir pakavimo fazių metu. Tai esminis elementas, turintis įtakos dozės pakartojamumui ir proceso stabilumui.

Atbulinių vožtuvų tipai

• Žiedinis vožtuvas (ring check valve) – dažniausiai naudojamas; žiedas juda ašine kryptimi, atidarydamas arba uždarydamas srautą. Paprastas, patikimas, lengvai prižiūrimas.
• Rutulinis vožtuvas (ball check valve) – rutulys uždengia pralaidžiąją angą; greitesnis uždarymas, geresnis mažoms dozėms ir tiksliems pritaikymams.
• Kaiščių vožtuvas (poppet check valve) – grybinis sandarinimo elementas; didžiausias tikslumas, naudojamas mikroliejime.

Vožtuvo nusidėvėjimo įtaka procesui

Nusidėvėjęs atbulinis vožtuvas sukelia:

• Nestabilią gaminio masę (svyravimai ±2–5 % vietoj ±0,5 %)
• Negalėjimą palaikyti pakavimo slėgio
• Dryžius ir nepilnus liejimus (short shots)
• Pailgintą ciklo laiką dėl būtinybės kompensuoti nuotėkį

Rekomenduojamas atbulinio vožtuvo keitimas: kas 500 000–1 000 000 ciklų arba kai gaminio masės svyravimai viršija ±1 %.

Plastifikavimo cilindras – medžiagos ir konfigūracija

Plastifikavimo cilindras (barrel, vamzdis) dirba kartu su sraigtu, užtikrindamas medžiagos šildymą ir slėgio palaikymą. Cilindro kokybė tiesiogiai veikia sistemos ilgaamžiškumą ir plastifikavimo kokybę.

Cilindrų medžiagos

• Nitridintas plienas (nitrided steel) – standartinis sprendimas; paviršiaus kietumas 60–65 HRC; geras atsparumas dilimui standartiniams plastikams (PP, PE, ABS)
• Bimetalinis plienas (bimetallic barrel) – vidinis sluoksnis iš nikelio-boro arba kobalto-chromo lydinio; kietumas 55–70 HRC; atsparumas dilimui ir korozijai; rekomenduojamas plastikams su mineraliniais užpildais ir stiklo pluoštais
• Volframo karbido cilindras (tungsten carbide) – didžiausias atsparumas dilimui (80+ HRC); naudojamas perdirbant labai abrazyvias medžiagas (keramiką, anglies pluoštus, metalus MIM procese)

Cilindro šildymo zonos

Šiuolaikinės liejimo mašinos dalija cilindrą į 3–7 nepriklausomas šildymo zonas, kiekviena su savo PID termostatu. Temperatūrų profilis yra labai svarbus plastifikavimo kokybei:

• Zona po piltuvėliu (throat) – aušinama vandeniu (30–60°C); apsaugo nuo ankstyvo lydymosi ir granulių tiltelio susidarymo
• Cilindro zonos (barrel zones) – didėjantis temperatūrų profilis nuo tiekimo iki dozavimo zonos; tipinis gradientas: 180°C → 200°C → 220°C → 240°C bendrosios paskirties plastikui
• Antgalio zona (nozzle) – aukščiausia temperatūra; kompensuoja šilumos nuostolius per kontaktą su forma

Sraigto parinkimas pagal plastiko tipą

Teisingas sraigto parinkimas pagal perdirbamą medžiagą yra labai svarbus našumui ir kokybei. Žemiau pateiktoje lentelėje nurodytos rekomenduojamos konfigūracijos.

Plastikas	L/D	Suspaudimo laipsnis	Sraigto tipas	Maišymo elementai	Sraigto medžiaga
PP, PE-HD	22–24:1	2,5–3,0:1	Standartinis	Pasirinktinai Maddock	Nitridintas / chromuotas
PS, SAN	20–22:1	2,0–2,5:1	Standartinis	Nereikalingi	Nitridintas
ABS	22–24:1	2,0–2,5:1	Standartinis / barjerinis	Maddock rekomenduojamas	Nitridintas
PA 6, PA 66	24–26:1	3,0–3,5:1	Barjerinis	Spiral mixer	Bimetalinis
PC	24–26:1	2,0–2,3:1	Barjerinis	Pineapple mixer	Bimetalinis
POM	22–24:1	2,5–3,0:1	Barjerinis	Maddock	Chromuotas / bimetalinis
PVC	18–20:1	1,8–2,2:1	Specialus PVC	Nerekomenduojami	Chromuotas (atsparumas HCl)
PA-GF30	24–26:1	2,0–2,5:1	Pluoštams	Nerekomenduojami	Volframo karbidas / bimetalinis
PET (preformos)	24–28:1	2,8–3,2:1	Barjerinis	Spiral mixer	Bimetalinis / CPM
LSR (silikonas)	14–18:1	1,0:1	Specialus LSR	Statinis maišytuvas	Chromuotas / nitridintas

Plastifikavimo parametrų optimizavimas

Teisingas plastifikavimo optimizavimas leidžia sutrumpinti ciklo laiką, pagerinti gaminių kokybę ir sumažinti energijos suvartojimą.

Sraigto sukimosi greitis

Sraigto sukimosi greitis (RPM) turi įtakos plastifikavimo našumui ir lydalo kokybei:

• Periferinis greitis – esminis parametras, ne RPM; rekomenduojamas diapazonas: 0,1–0,3 m/s daugumai plastikų
• Skaičiavimas: v = π × D × n / 60 [m/s], kur D = sraigto skersmuo [m], n = sūkiai [RPM]
• Per mažas greitis – pailgina plastifikavimo laiką, mažina našumą
• Per didelis greitis – perteklinis šlytis, terminė degradacija, netolygus lydymas

Plastifikavimo slėgis (Back Pressure)

Plastifikavimo slėgis – tai hidraulinis slėgis, veikiantis sraigtą dozavimo fazės metu. Tipinis diapazonas: 50–150 bar (5–15 MPa).

• Žemas slėgis (50–80 bar) – greitesnis dozavimas, mažesnis šlytis; naudojamas jautrioms medžiagoms (PVC, PC)
• Vidutinis slėgis (80–120 bar) – optimalus kompromisas; standartas daugumai plastikų
• Aukštas slėgis (120–200 bar) – intensyvus dažiklių maišymas, geresnė homogenizacija; naudojamas dažant masterbatch

Dekompresija (Suck-Back)

Baigus plastifikavimą sraigtas atsitraukia 2–5 mm, sumažindamas slėgį cilindre. Tai apsaugo nuo lydalo nutekėjimo iš antgalio ir stygų susidarymo (drooling). Per didelė dekompresija sukelia oro įsiurbimą ir burbulų atsiradimą gaminyje.

Plastifikavimo mazgo nusidėvėjimas ir diagnostika

Nusidėvėjimo diagnostika sraigto ir cilindro yra labai svarbi gamybos kokybei palaikyti ir techninei priežiūrai planuoti.

Tipiniai nusidėvėjimo modeliai

• Adhezinis nusidėvėjimas – metalo kontaktas su metalu esant nepakankamam lydalo sluoksniui; pasireiškia įbrėžimais ant sraigto ketero
• Abrazyvinis nusidėvėjimas – vyrauja perdirbant medžiagas su užpildais (GF, mineralai, TiO₂ pigmentai); matomas kaip ketero skersmens praradimas
• Korozinis nusidėvėjimas – sukeliamas agresyvių dujų (HCl iš PVC, rūgštys iš PA hidrolizės); spalvos pakitimai ir ertmės paviršiuje
• Erozinis nusidėvėjimas – kompresijos zonoje, kur dideliu greičiu tekantis išlydytas plastikas atsitrenkia į paviršių; būdingas kristaliniams plastikams

Diagnostikos metodai

• Tarpo tarp sraigto ir cilindro matavimas – naujas tarpas: 0,05–0,15 mm; keitimas esant >0,3 mm. Matuoti kas 6 mėnesius arba kas 500 000 ciklų.
• Plastifikavimo našumo testas – esamo našumo (kg/h) palyginimas su nominalia verte; sumažėjimas >15 % rodo reikšmingą nusidėvėjimą.
• Gaminio masės analizė – masės standartinio nuokrypio stebėjimas; padidėjimas >2× rodo atbulinio vožtuvo nusidėvėjimą.
• Vizualinė inspekcija – pramoninis endoskopas leidžia įvertinti sraigto ir cilindro paviršiaus būklę be išmontavimo.
• Plastifikavimo slėgio analizė – slėgio padidėjimas, reikalingas tam pačiam sukimosi greičiui palaikyti, rodo nusidėvėjimą.

Plastifikavimo problemų šalinimas

Problema	Galimos priežastys	Sprendimas
Neišlydytos dalelės gaminyje	Per mažas L/D, per žema temperatūra, per didelis sraigto greitis, nusidėvėjusi kompresijos zona	Pakelkite 2–3 zonų temperatūras, sumažinkite RPM, apsvarstykite barjerinį sraigtą
Dryžiai ir spalvos pakitimai	Nepakankamas maišymas, negyvosios zonos cilindre, medžiagos degradacija	Pridėkite maišymo elementą, padidinkite plastifikavimo slėgį, išvalykite cilindrą
Gaminio masės svyravimai	Nusidėvėjęs atbulinis vožtuvas, nestabilus dozavimas, tiltelio susidarymas piltuvėlyje	Pakeiskite atbulinį vožtuvą, stabilizuokite plastifikavimo slėgį, patikrinkite piltuvėlį
Burbuliukai ir splay žymės	Drėgna medžiaga, per didelė dekompresija, oro įsiurbimas	Išdžiovinkite medžiagą, sumažinkite dekompresija iki 2–3 mm, patikrinkite antgalio sandarinimą
Terminė degradacija (prisvilimai)	Per aukšta temperatūra, per ilgas buvimo laikas, per intensyvus šlytis	Sumažinkite temperatūras, sumažinkite dozę (min. 20 % sraigto talpos), sumažinkite RPM
Pailgintas plastifikavimo laikas	Nusidėvėjęs sraigtas, per mažas plastifikavimo slėgis, per žemos temperatūros	Išmatuokite tarpą tarp sraigto ir cilindro, padidinkite plastifikavimo slėgį, pakelkite temperatūras
Stygų susidarimas iš antgalio	Per maža dekompresija, per aukšta antgalio temperatūra, nusidėvėjęs antgalis	Padidinkite dekompresija, sumažinkite antgalio temperatūrą, patikrinkite/pakeiskite antgalį

Apibendrinimas ir rekomendacijos

Plastifikavimo mazgas yra liejimo mašinos elementas, turintis didžiausią įtaką gaminio kokybei ir proceso našumui. Teisingas sraigto, cilindro ir atbulinio vožtuvo parinkimas bei priežiūra lemia perdirbimo įmonės konkurencingumą.

Pagrindinės vadovo išvados:

• L/D santykis 22–24:1 yra pramoninis standartas; pailginti sraigtai L/D 25–28:1 yra būtini inžinerinėms medžiagoms ir kompozitams
• Suspaudimo laipsnis turi būti pritaikytas plastikui – nuo 1,8:1 PVC iki 3,5:1 PA
• Barjeriniai sraigtai padidina plastifikavimo našumą 15–30 % ir pagerina lydalo terminį vienodumą
• Maišymo elementai (Maddock, spiral, pin) yra labai svarbūs dažant ir maišant masterbatch
• Atbulinis vožtuvas turi būti keičiamas kas 500 000–1 000 000 ciklų; jo nusidėvėjimas tiesiogiai veikia dozės pakartojamumą
• Nusidėvėjimo diagnostika turėtų apimti tarpo tarp sraigto ir cilindro matavimą kas 6 mėnesius ir gaminio masės nuokrypio stebėjimą
• Parametrų optimizavimas plastifikavimo (RPM, plastifikavimo slėgis, temperatūrų profilis) gali sutrumpinti ciklo laiką 5–15 % neprarandant kokybės

Tederic liejimo mašinos siūlo pažangius plastifikavimo mazgus su tiksliu servo valdymu, konfigūruojamais sraigtais ir internetinės diagnostikos sistemomis. Norėdami parinkti optimalią konfigūraciją savo gamybai, susisiekite su TEDESolutions ekspertais.