塑料擠出的8項(xiàng)重要原則介紹

點(diǎn)擊次數(shù)：652 發(fā)布時(shí)間：2014-7-14

1.機(jī)械原則
    擠出的基本機(jī)理很簡(jiǎn)單——一個(gè)螺桿在筒體中轉(zhuǎn)動(dòng)并把塑料向前推動(dòng)。螺桿實(shí)際上是一個(gè)斜面或者斜坡，纏繞在中心層上。其目的是增加壓力以便克服較大的阻力。就一臺(tái)擠出機(jī)而言，有3種阻力需要克服：固體顆粒（進(jìn)料）對(duì)筒壁的摩擦力和螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)前幾圈時(shí)（進(jìn)料區(qū)）它們之間的相互摩擦力；熔體在筒壁上的附著力；熔體被向前推動(dòng)時(shí)其內(nèi)部的物流阻力。
    牛頓曾解釋說，如果一個(gè)物體沒有向一個(gè)給定的方向運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)物體上的力就在這個(gè)方向中平衡。螺桿不是以軸向運(yùn)動(dòng)的，雖然在圓周附近它可能橫向快速轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，螺桿上的軸向力被平衡了，而且如果它給塑料熔體施加了一個(gè)很大的向前推力那么它也同時(shí)給某物體施加了一個(gè)相同向后推力。在這里，它施加的推力是作用在進(jìn)料口后面的軸承——止推軸承上。
    多數(shù)單螺桿是右旋螺紋，像木工和機(jī)器中使用的螺桿和螺栓。如果從后面看，它們是反向轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樗鼈円M力向后旋出筒體。在一些雙螺桿擠出機(jī)中，兩個(gè)螺桿在兩個(gè)筒體中反向轉(zhuǎn)動(dòng)并相互交叉，因此一個(gè)必須是右向的，另一個(gè)必須是左向的。在其它咬合雙螺桿中，兩個(gè)螺桿以相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)因而必須有相同的取向。然而，不管是哪種情況都有吸收向后力的止推軸承，牛頓的原理依然適用。
    2.熱原則
    可擠出的塑料是熱塑料——它們?cè)诩訜釙r(shí)熔化并在冷卻時(shí)再次凝固。熔化塑料的熱量從何而來？進(jìn)料預(yù)熱和筒體/模具加熱器可能起作用而且在啟動(dòng)時(shí)非常重要，但是，電機(jī)輸入能量——電機(jī)克服粘稠熔體的阻力轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿時(shí)生成于筒體內(nèi)的摩擦熱量——是所有塑料zui重要的熱源，小系統(tǒng)、低速螺桿、高熔體溫度塑料和擠出涂層應(yīng)用除外。
    對(duì)于所有其他操作，認(rèn)識(shí)到筒體加熱器不是操作中的主要熱源是很重要的，因而對(duì)擠出的作用比我們預(yù)計(jì)的可能要?。ㄒ姷?1條原則）。后筒體溫度可能依然重要，因?yàn)樗绊扆X合或者進(jìn)料中的固體物輸送速度。模頭和模具溫度通常應(yīng)該是想要的熔體溫度或者接近于這一溫度，除非它們用于某具體目的像上光、流體分配或者壓力控制。
    3.減速原則
    在多數(shù)擠出機(jī)中，螺桿速度的變化通過調(diào)整電機(jī)速度實(shí)現(xiàn)。電機(jī)通常以大約1750rpm的全速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是這對(duì)一個(gè)擠出機(jī)螺桿來說太快了。如果以如此快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生太多的摩擦熱量而且塑料的滯留時(shí)間也太短而不能制備均勻的、很好攪拌的熔體。典型的減速比率在10：1到20：1之間。*階段既可以用齒輪也可以滑輪組，但是第二階段都用齒輪而且螺桿定位在zui后一個(gè)大齒輪中心。
    在一些慢速運(yùn)行的機(jī)器中（比如用于UPVC的雙螺桿），可能有3個(gè)減速階段并且zui大速度可能會(huì)低到30rpm或更低（比率達(dá)60：1）。另一個(gè)是，一些用于攪拌的很長(zhǎng)的雙螺桿可以以600rpm或更快的速度運(yùn)行，因此需要一個(gè)非常低的減速率以及很多深冷卻。
    有時(shí)減速率與任務(wù)匹配有誤——會(huì)有太多的能量不能使用——而且有可能在電機(jī)和改變zui大速度的*個(gè)減速階段之間增加一個(gè)滑輪組。這要么使螺桿速度增加到超過先前極限或者降低zui大速度允許該系統(tǒng)以zui大速度更大的百分比運(yùn)行。這將增加可獲得能量、減少安培數(shù)并避免電機(jī)問題。在兩種情況中，根據(jù)材料和其冷卻需要，輸出可能會(huì)增加。
    4.進(jìn)料擔(dān)當(dāng)冷卻劑
    擠出是把電機(jī)的能量——有時(shí)是加熱器的——傳送到冷塑料上，從而把它從固體轉(zhuǎn)換成熔體。輸入進(jìn)料比給料區(qū)中的筒體和螺桿表面溫度低。然而，給料區(qū)中的筒體表面幾乎總是在塑料熔化范圍之上。它通過與進(jìn)料顆粒接觸而冷卻，但熱量由熱前端向后傳遞的熱量以及可控制加熱而保持。甚至當(dāng)前端熱量由粘性摩擦保持并且不需要筒體熱量輸入時(shí)，可能需要開后加熱器。zui重要的例外是槽型進(jìn)料筒，幾乎于HDPE。
    螺桿根表面也被進(jìn)料冷卻并被塑料進(jìn)料顆粒（及顆粒之間的空氣）從筒壁上絕熱。如果螺桿突然停止，進(jìn)料也停止，并且因?yàn)闊崃繌母鼰岬那岸讼蚝笠苿?dòng)，螺桿表面在進(jìn)料區(qū)變得更熱。這可能引起顆粒在根部的粘附或搭橋。
   
    5.螺桿末端的壓力很重要
    這個(gè)壓力反映螺桿下游所有物體的阻力：過濾網(wǎng)和污染扎碎機(jī)板、適配器輸送管、固定攪拌器（如果有）以及模具自身。它不但依賴于這些組件的幾何圖形還依賴于系統(tǒng)中的溫度，這反過來又影響樹脂粘度和通過速度。它不依賴于螺桿設(shè)計(jì)，它影響溫度、粘度和通過量時(shí)除外。就安全原因來說，測(cè)量溫度是很重要的——如果它太高，模頭和模具可能爆炸并傷害附近人員或機(jī)器。
    壓力對(duì)于攪拌是有利的，特別在單螺桿系統(tǒng)的zui后區(qū)域（計(jì)量區(qū)）。然而，高壓力也意味著電機(jī)要輸出更多的能量——因而熔體溫度更高——這可以規(guī)定壓力極限。在雙螺桿中，兩個(gè)螺桿相互咬合是一種更加有效的攪拌器，因此用于這種目的時(shí)不需要壓力。
    在制造空心部件時(shí)，比如使用支架對(duì)核心定位的蜘蛛模具制造的管子，必須在模具內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力來幫助分開的物流重新組合。否則，沿焊接線的產(chǎn)品可能較弱并且在使用時(shí)可能出現(xiàn)問題。
   6.輸出=zui后一個(gè)螺紋的位移+/-壓力物流和泄漏
    zui后一個(gè)螺紋的位移叫做正流，只依賴于螺桿的幾何形狀、螺桿速度和熔體密度。它由壓力物流調(diào)節(jié)，實(shí)際上包括了減少輸出量的阻力效果（由zui高壓力表示）和增加輸出量的進(jìn)料中的任何過咬合效果。螺紋上的泄漏可能是兩個(gè)方向中的任意一個(gè)方向。
    計(jì)算每個(gè)rpm（轉(zhuǎn)）的輸出量也是有用的，因?yàn)檫@表示某時(shí)間螺桿的泵出能力的任何下降。另外一個(gè)相關(guān)的計(jì)算是所用每馬力或千瓦的輸出量。這表示效率并能夠估計(jì)一臺(tái)給定電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)能力。
    7.剪切率在粘度中起主要作用
    所有普通塑料都有剪力下降特性，意思是在塑料運(yùn)動(dòng)得越來越快時(shí)粘度變低。一些塑料的這個(gè)效果表示得特別明顯。例如一些PVCs在推力增加一倍時(shí)流速會(huì)增加10倍或更多。相反，LLDPE剪力下降得不是太多，推理增加一倍時(shí)其流速只增加3到4倍。減少了的剪力降低效果意味著擠出條件下的高粘度，這反過來又意味著需要更多的電機(jī)功率。這可以解釋為什么LLDPE運(yùn)行時(shí)溫度比LDPE高。流量以剪切率表示，在螺桿通道中時(shí)大約是100s-1，在多數(shù)模具口型中是100和100s-1之間，在螺紋與筒壁間隙和一些小模具間隙中大于100s-1。熔體系數(shù)是粘度的一個(gè)常用的測(cè)量方法但卻是顛倒的（比如是流量/推力而不是推力/流量）?？上В錅y(cè)量是在剪切率在10s-1或更小時(shí)而且在熔體流速很快的擠出機(jī)中可能不是一個(gè)真實(shí)的測(cè)量值。
    8.電機(jī)與筒體對(duì)立，筒體與電機(jī)對(duì)立
    為什么筒體的控制效果并非總是和期望的一樣，特別是在測(cè)量區(qū)內(nèi)？如果對(duì)筒體加熱，筒壁處的材料層粘度變小，電機(jī)在這個(gè)更加光滑的筒體內(nèi)運(yùn)行需要的能量更少。電機(jī)電流（安培數(shù)）下降。相反地，如果筒體冷卻，筒壁處的熔體粘度增大，電機(jī)必須更加用力地轉(zhuǎn)動(dòng)，安培數(shù)增加，通過筒體時(shí)除去的一些熱量又被電機(jī)送回。通常，筒體調(diào)節(jié)器的確對(duì)熔體產(chǎn)生效果，這是我們所期望的，但是任何地方的效果都沒有區(qū)域變量大。是測(cè)量熔體溫度來真正了解發(fā)生了什么情況。
第8條原則不適用于模頭和模具，因?yàn)槟抢餂]有螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是為什么外部溫度變化在那里更加有效?？墒牵@些變化是從里到外因而不均勻，除非在一個(gè)固定攪拌器中攪勻，這對(duì)于熔體溫度變化以及攪拌都是一個(gè)有效的工具。