압출기 나사는 플라스틱 압출 성형 설비의 핵심 부품으로 재료의 수송, 용융, 플라스틱 및 균일 화 등 관건적인 임무를 담당하고 있다.설계 합리성은 배출 품질, 생산성 및 에너지 소비량에 직접적인 영향을 미칩니다.본고는 스크루의 구조, 작업 원리, 설계 최적화 및 유지보수 등 방면에서 분석을 전개할 것이다.

1. 스크루의 기본 구조와 분류

압출기 나사는 일반적으로가공 세그먼트, 압축 세그먼트 (용융 세그먼트), 계량 세그먼트 (균일 세그먼트)세 부분으로 구성되며 각 세그먼트의 기능은 다음과 같습니다.

1. 재료 세그먼트(Feed Zone)
   • 기능: 솔리드 스테이트 재료 (예: 입자 또는 분말) 를 파이프에서 압축 세그먼트로 수송합니다.
   • 디자인 특징: 더 많은 재료를 수용하기 위해 스크류 깊이가 큽니다 (일반적으로 스크류 지름의 15~20%).나선의 너비가 좁아 재료와의 마찰 저항을 줄인다.
   • 일반적인 어플리케이션: PE, PP와 같은 열가소성 플라스틱의 초기 수송.
2. 압축 세그먼트(Compression Zone)
   • 기능: 슬롯의 깊이가 점차 얕아지면서 재료를 압축, 절단 및 용해하여 휘발물 (예: 수분 또는 첨가물) 을 배출합니다.
   • 디자인 특징: 슬롯 깊이는 선형 또는 비선형으로 감소하며 압축비 (재료 세그먼트 슬롯 용적과 계량 세그먼트 슬롯 용적의 비) 는 일반적으로 2: 1 ~ 5: 1입니다.
   • 주요 매개 변수: 압축각 (슬롯 깊이 변화율) 은 용융 효율에 영향을 미치고, 너무 크면 재료가 과열 분해되고, 너무 작으면 가소화가 부족하다.
3. 계량 세그먼트(Metering Zone)
   • 기능: 용융된 재료를 기수에 균일하게 수송하여 안정적인 압력과 유량을 구축한다.
   • 디자인 특징: 슬롯 깊이가 일정하고 얕음 (일반적으로 스크류 지름의 5~10%) 이며 스크류 너비가 증가하여 절단 속도가 향상됩니다.
   • 방향 최적화: 스크류 길이를 늘리거나 배리어 스크류(Barrier Screw)를 사용하여 균등화 효과를 높입니다.

스크류 유형：

• 일반 너트: PVC, PE와 같은 대부분의 범용 플라스틱 가공에 적합합니다.
• 분리형 너트: 계량 세그먼트에 보조 스레드를 설정하고 용해체와 용융되지 않은 재료를 분리하여 플라스틱 품질을 향상시킵니다 (PA, PC와 같은 엔지니어링 플라스틱에 많이 사용).
• 배기 나사: 세그먼트를 압축한 후 배출 세그먼트를 설정하여 재활용품과 같은 휘발물을 포함하는 재료를 가공합니다.
• 이중 나사: 단일 스크루와 이중 스크루의 이점을 결합하여 목재 플라스틱 복합재료와 같은 고충전 또는 고점도 재료에 적합합니다.

2. 나사의 작업 원리

밀어내기 프로세스는 다음 세 단계로 나눌 수 있습니다.

1. 고체 수송 단계
   • 재료는 재료 첨가 세그먼트에서 나사에 의해 회전하여 나사를 따라 앞으로 이동하여"고체 플러그"를 형성한다.
   • 수송 효율은 나사 회전 속도, 나사 깊이와 재료와 기계통의 마찰 계수의 영향을 받는다.
2. 융해 단계
   • 재료는 압축 단계에서 기계통의 가열과 나사 절단의 이중 작용을 받아 점차 고체 상태에서 용융 상태로 전환된다.
   • 용융 속도는 스크류 형상 매개변수 (예: 압축 비율) 와 공정 조건 (예: 온도, 회전 속도) 에 따라 달라집니다.
3. 용해체 수송 단계
   • 용융 재료는 계량 세그먼트에서 헤드로 균일하게 전달되며 구형을 통해 필요한 단면 모양으로 성형됩니다.
   • 수송 압력은 나사 회전 속도, 헤드 저항과 배압 밸브가 공동으로 조절한다.

3. 스크류 설계 핵심 요점

1. 길이 비율(L/D)
   • 정의: 지름에 대한 스크류 유효 길이의 비율은 일반적으로 20: 1 ~ 36: 1입니다.
   • 영향: 긴 지름비가 클수록 플라스틱 시간이 길고 균일화 효과가 좋지만 에너지 소비량과 비용이 증가합니다.
   • 모델 선택 권장사항:
     • PE, PP와 같은 범용 플라스틱: L/D=20:1~25:1
     • 엔지니어링 플라스틱(예: PA, POM): L/D=25:1~30:1
     • 고충전재 (예: 칼슘 플라스틱): L/D ≥ 30:1
2. 압축비
   • 정의: 재료 압축 정도를 반영하는 재료 세그먼트 슬롯 용적과 계량 세그먼트 슬롯 용적의 비율.
   • 영향: 압축이 너무 크면 재료가 과열되어 분해되기 쉽고, 너무 작으면 가소화가 충분하지 않다.
   • 일반:
     • PVC와 같은 열 민감성 플라스틱: 압축비 = 1.5: 1~2: 1
     • 결정형 플라스틱(예: PE, PP): 압축비 = 2.5:1~3.5:1
3. 스크류 회전 속도
   • 범위: 보통 30~120rpm, 고속 나사는 300rpm 이상입니다.
   • 최적화 방향:
     • 회전 속도를 높이면 생산량을 늘릴 수 있지만, 동시에 냉각 효율을 높여야 한다(예를 들어 풍랭이나 수냉기 통을 사용한다).
     • 회전 속도가 너무 높으면 재료 절단이 과열되지 않도록 주의하십시오(예: PVC 가공 시 회전 속도는 <60rpm 필요).
4. 재료 선택
   • 스크루 본체：
     • 일반 재료: 38CrMoAlA (질소 처리 후 경도 ≥ 900HV, 내마모성 우수).
     • 재료: 이중 금속 스크류 (베이스는 42CrMo, 스탤릿 합금 용접, 수명 3~5배 증가).
   • 기계통 안감：
     • 일반 재료: 45# 강철 (크롬 도금 처리, 표면 조잡도 Ra ≤ 0.4 μm).
     • 내마모성 소재: 니켈기 탄화텅스텐 코팅(두께 0.2~0.5mm, 유리섬유 강화 플라스틱 가공용).

4. 너트의 응용 장면

1. 관재를 짜내다
   • 요구 사항: 높은 생산량, 낮은 용해체 온도 변동.
   • 최적화 방안: 장벽형 나사 + 핀 기계통을 채용하여 플라스틱 균일성을 높인다.
2. 박막 압출
   • 요구사항: 고용체 강도, 낮은 겔 함량.
   • 최적화 시나리오: 계량 세그먼트 길이 (L/D ≥ 30: 1) 를 늘리고 정적 혼합기와 함께 사용합니다.
3. 형재 압출
   • 요구사항: 낮은 잔여 응력, 높은 사이즈 안정성.
   • 최적화 시나리오: 낮은 압축 비율 스크류 (1.8: 1~2.2: 1) 를 사용하여 절단 열을 줄입니다.
4. 재활용품 가공
   • 요구 사항: 높은 내마모성, 강한 배기력.
   • 최적화 방안: 2단계 나사 + 배기 구간 설계, 나사 표면 경크롬 도금 처리.

5. 스크류의 유지보수와 최적화

1. 일상적인 유지 관리
   • 정기적으로 스크루 표면에 남아 있는 재료를 청소합니다 (특히 정지 전에 폴리올레핀 세척재로 씻어야 합니다).
   • 볼트와 기계통의 간격을 검사합니다 (표준 간격은 0.1~0.3mm이며 마모 후에는 조정하거나 교체해야 합니다).
   • 메인 모터의 전류를 모니터링하고, 비정상적으로 높아지면 나사가 마모되거나 기관통 안에 이물질이 들어갈 수 있음을 예시할 수 있다.
2. 문제 해결
   • 생산량이 감소하다: 공급 세그먼트가 막히거나 스크루가 마모되어 수송 효율이 떨어지는지 확인합니다.
   • 제품 표면 결함: 초점 반점, 기포와 같이 계량 세그먼트의 절단이 과열되거나 배기가 원활하지 않을 수 있습니다.
   • 이상 소음: 나사와 기관통의 마찰 또는 베어링이 손상되어 즉시 정지하여 수리해야 한다.
3. 업그레이드 개조 방향
   • 에너지 절약 개조: 주파수 변환 속도 조절 기술을 사용하여 부하에 따라 스크류 회전 속도를 동적으로 조정합니다.
   • 지능형 업그레이드: 온도, 압력 센서를 추가하여 압출 과정의 폐쇄 루프 제어를 실현한다.
   • 모듈식 설계: 다품종 생산 수요에 맞게 빠르게 교체할 수 있는 스크류 소자 개발.