为了实现喂料, 熔融和计量之间的平衡, 有必要在每一段的设计中, 使用经过验证的计算和测试经验数据. 只是在一段或另一段中改变几个尺寸, 可能会导致意想不到的结果.
这包括一些如熔融开始, 在机筒轴向各个位置的压力发展, 熔融物料的黏度和温度的信息, 以及机筒壁的厚度﹑热电偶放置和机筒内壁的温度等信息. 熔化速率的计算还需要各种温度下完整的聚合物黏度数据﹑热传导性和比热曲线幂律和一致性指数以及熔化热.
笔者曾经进行过 '简化' 的熔化速率计算, 完成分析需要近100个数据. 这一计算结合了聚合物中黏性热的产生﹑聚合物的输送﹑压力的发展, 以及刮壁热交换器热力学的几个计算.
对于喂料段, 面临的挑战就更大了. 所需的数据很少公布, 因而很难获得, 也很难把它们应用于喂料的基本体积计算中. 进行一个基本分析需要一些数据, 比如平均粒径﹑堆积﹑聚合物颗粒之间的摩擦﹑聚合物颗粒与螺杆和机筒之间的摩擦, 以及进料喉和机筒的内壁温度. 因此, 喂料分析几乎完全是经验性的, 如果没有大量的仪器仪表及检测, 这些数据中的许多几乎是不可能获得的.
不幸的是, '压缩比' 的概念往往是喂料分析中的唯一要素. 这是一个冒险且不准确的方法, 因为压缩比仅考虑喂料段相对输送段的体积, 而所有其他影响喂料速率的方面都被忽略了. 此外, 压缩比通常会影响熔化速率, 可能会引入一些意想不到的后果.
当螺杆的这些不同功能处于不平衡状态时, 各种负面的性能问题就会产生. 其中一个最常见的问题是不稳定或波动. 过度喂料可能会导致不稳定﹑螺杆/机筒的高磨损﹑高的熔体温度﹑过多的电力消耗以及非均匀的熔体;缺料则可能会导致不稳定﹑熔化速率不高和较低的输出.
同样的问题也影响熔化速率: 过度进料可能会导致料道堵塞和由此产生的不稳定性, 螺杆高磨损, 电动机高负载和熔体均匀度差;反之, 缺料可能会导致不良的熔化速率和差的熔体均匀度.
挤出段与前一段的匹配同样重要. 挤出段设计不足或过度设计会影响挤出量, 熔体温度, 熔体稳定性和熔体均匀性.
每一个连续加工段取决于前一段的输出. 不幸的是, 无论计算和计算机分析多么精妙, 第一段最难预测. 很少有设计是在第一组计算中完成, 并且通常至少有一个段必须进行调整, 以达到平衡.
如果涉及混合段, 需添加另一段以匹配前一段, 并采用一组不同的计算, 以确定混合器的有效性和输送能力.
综上所述, 不考虑螺杆/机筒段之间所需的平衡而只改变几个个别的尺寸, 这种做法可能会导致更多的问题需要解决. 单螺杆挤出机尽管是一种相对简单的机械装置, 但当把聚合物从固体加工到熔体时, 其行为就变得比较复杂了.