Trục vít cho nhựa nhiệt rắn UPVC, Phenolic, Bakelite

Cấu tạo, tỷ số nén và kích thước 3 vùng của trục vít chuyên dụng

Nhựa UPVC (Rigid PVC), Phenolic (PF) và Bakelite là những loại vật liệu có đặc tính gia công hoàn toàn khác so với các loại nhựa nhiệt dẻo thông thường như PP, PE hay ABS. Trong quá trình thiết kế trục vít, mục tiêu không phải tạo ra khả năng nóng chảy mạnh mà là gia nhiệt từ từ, nén ổn định, hạn chế ma sát và tránh phân hủy vật liệu.

Nếu lựa chọn sai hình dạng trục vít, vật liệu sẽ rất dễ bị cháy đen, sinh khí HCl (đối với UPVC), đóng cặn trong xilanh hoặc đóng rắn ngay trên trục vít, gây hư hỏng nghiêm trọng cho cả cụm Screw & Barrel.

---

1. Đặc tính của từng loại vật liệu

Các vật liệu này đều yêu cầu:

• Không tạo lực cắt lớn
• Không nén quá mạnh
• Thời gian lưu trong xilanh ngắn
• Nhiệt độ đồng đều
• Áp suất tăng từ từ

---

2. Thông số thiết kế cơ bản

Ví dụ thiết kế cho:

• Đường kính vít D = 90 mm
• Tỷ lệ L/D = 20 : 1

Chiều dài toàn bộ: L = 20 × D= 20 × 90= 1800 mm

Đây là tỷ lệ rất phổ biến đối với:

• UPVC
• Phenolic
• Bakelite

---

3. Thiết kế bước vít (Pitch)

Để giảm ma sát và nhiệt cắt:

Pitch P = 0.8D → 1.0D

Khuyến nghị:

P = 0.9D

Ví dụ

D = 90 mm

P =0.9 × 90= 81 mm

Pitch đồng đều giúp:

• cấp liệu ổn định
• giảm dao động áp suất
• hạn chế phân hủy PVC

---

4. Tỷ số nén (Compression Ratio)

Đây là thông số quan trọng nhất.

Được tính theo:

CR = h₁ / h₂

Trong đó

h₁Chiều sâu rãnh vùng cấp liệu

h₂Chiều sâu vùng định lượng

Đối với:

UPVC CR≈1.8→2.0

Phenolic CR≈2.0

Bakelite CR≈2.0

Không nên vượt quá CR = 2.2

Nếu tỷ số nén lớn hơn:

• nhiệt tăng nhanh
• cháy vật liệu
• phân hủy PVC
• đóng rắn Phenolic

---

5. Phân chia chiều dài 3 vùng

Đối với vật liệu nhiệt rắn hoặc UPVC cứng, tỷ lệ khuyến nghị là:

---

Vùng 1 – Feed (Lấy nhựa)

Chiều dài:10D

Ví dụ10 × 90=900 mm

Nhiệm vụ:

• tiếp nhận vật liệu
• vận chuyển
• hạn chế ma sát

Chiều sâu rãnh:≈0.15D=13.5 mm

---

Vùng 2 – Compression (Nén)

Chiều dài:6D=540 mm

Chiều sâu rãnh giảm dần:13.5 mm↓↓↓↓4.5 mm

Đây là vùng tạo áp suất.

Thiết kế giảm tuyến tính giúp:

• vật liệu không bị sốc
• hạn chế sinh nhiệt
• tránh cháy PVC

---

Vùng 3 – Metering (Định lượng)

Chiều dài:4D=360 mm

Chiều sâu:≈0.05D=4.5 mm

Nhiệm vụ:

• ổn định lưu lượng
• đồng đều nhiệt độ
• chuẩn bị phun

---

6. Góc xoắn cánh vít

Đối với PVC và Phenolic

Khuyến nghị: 12°→15° Thông thường: và 14° Là tối ưu.

---

7. Chiều sâu rãnh vít

Ví dụ D = 90 mm

Feed 0.15D=13.5 mm

Compression13.5↓↓↓4.5 mmMetering0.05D=4.5 mm

Điều này tạo ra:CR=13.5/4.5=3

Đối với UPVC nên điều chỉnh vùng định lượng sâu hơn để đưa CR thực tế về khoảng 1.9–2.0, phù hợp với đặc tính vật liệu và giảm nguy cơ phân hủy.

---

8. Vật liệu chế tạo trục vít

Đối với UPVC và Phenolic:

Khuyến nghị:

• 38CrMoAlA
• SACM645
• SKD61

Sau gia công:

• Nitride
• Ion Nitriding
• Bimetallic

Độ cứng:HV900↓HV1100

Đối với Barrel:

Nên dùng:

• Bimetallic
• Tungsten Carbide
• Ni-based Alloy

Để chống:

• ăn mòn Clo
• mài mòn
• xước xilanh

---

9. Một số lưu ý thiết kế

Không nên sử dụng:

• Barrier Screw
• Mixing Head mạnh
• Maddock Mixer
• Pineapple Mixer

Vì:

• sinh nhiệt lớn
• lực cắt cao
• phá hủy cấu trúc vật liệu

Đối với UPVC thường chỉ sử dụng:

• Screw General Purpose cải tiến
• Low Compression Screw
• PVC Screw chuyên dụng

---

Kết luận

Thiết kế trục vít cho UPVC, Phenolic và Bakelite đòi hỏi ưu tiên độ ổn định nhiệt, áp suất tăng từ từ và lực cắt thấp hơn là khả năng hóa dẻo mạnh như các loại nhựa nhiệt dẻo. Với cấu hình L/D = 20:1, bước vít khoảng 0,9D, tỷ lệ chiều dài 10D–6D–4D cho ba vùng lấy nhựa – nén – định lượng, cùng tỷ số nén khoảng 1,8–2,0 (đặc biệt đối với UPVC), trục vít sẽ đảm bảo vật liệu được vận chuyển ổn định, giảm nguy cơ cháy, phân hủy hoặc đóng rắn sớm.

Để tăng tuổi thọ làm việc trong môi trường có tính ăn mòn cao của PVC hoặc có chất độn mài mòn, nên lựa chọn trục vít thép hợp kim nitriding hoặc bimetal, kết hợp xilanh bimetal chống mài mòn và chống ăn mòn, giúp nâng cao hiệu suất sản xuất, kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định.