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挤出成型六大基础过程介绍(加料一输送一压缩一熔融一混合一排气)
发布人:admin    发布日期:2019-08-13    浏览次数:34次     字体大小:【大】【中】【小】

塑料由料斗加入挤出机机筒后,随着螺杆的旋转被螺纹强制推向机头方向。由于机头处过滤网、分流板和机头模具的阻力,再加上螺纹间容积的逐渐缩小,在机筒中前进的塑料受到很大的压力,同时它又受到机筒热源的加热;另外,塑料在运动中受压缩、剪切、搅拌等力的作用时,与机筒、螺杆间的摩擦及塑料分子间的摩擦,都会产生大量的热量。于是塑料在机筒中温度不断升高,则其物理状态逐渐由玻璃状态转变为高弹态,最后成为黏流态,达到完全塑化。


挤出过程中螺杆一直在稳定不变的旋转,把塑化好的物料等压、等量从机头模具口挤出,成为具有一定形态的塑料制品,然后经冷却定型,完成挤出成型工作。实现上述过程的核心部件是螺杆,发生在螺杆上的挤出过程包括加料、输送、压缩、熔融、混合、排气等六个阶段。


01加料


塑料加入料斗后,依靠自重或在强制加料器的作用下,进入螺杆螺槽的空间,在螺棱的推动下向机头处运动。但是,如果物料与金属料斗之间的摩擦系数太大,或物料之间的内摩擦系数太大,或料斗锥角太小,都会在料斗中逐步形成架桥和空心管现象,物料将不能顺畅地进入螺槽,挤出将被迫停止或极不稳定。因此,如果挤出的生产率不正常地降低或不出料,便必须检查加料情况,甚至更改料斗的设计。


02输送


理论上,塑料进入螺槽后,螺杆每转动一转,所有的塑料将向前输送一个导程,这时称输送率为1。但对螺杆来说,向前的输送量事实上主要取决于塑料对机筒的摩擦系数fb和塑料对螺杆的摩擦系数fs,fb愈大或者fs愈小,向前输送的固体塑料量将愈多。大量的实验表明:树脂对金属的摩擦系数主要取决于系统的温度及金属的表面粗糙度或者系统的结构及形状,与系统压力及物料运动速度也有关系。


03压缩


在挤出过程中,塑料被压缩是绝对必要的。首先,塑料是热的不良导体,颗粒之间如果有空隙,将会直接影响其传热,从而影响熔融速率;其次,也只有在沿螺杆长度方向逐渐增加的压力下,才会将颗粒之间的气体从料斗中排出,否则,制品将因为其内部产生气泡而成为次品或者废品;最后,较高的系统压力也保证了制品比较密实。


在螺杆上产生压力的原因有以下三点:


(1)在结构上螺杆的螺槽深度逐渐变浅,物料逐渐被压缩;


(2)在螺杆头部前方安装有分流板、过滤网及机头口模等阻力元件;


(3)物料对金属的摩擦引起的沿螺杆全长上建立的压力。


机头口模截面面积愈小,压力峰值将愈大,且压力最高点将会往机头方向移动,一般说来,压力峰值在计量段前部或压缩段后部。


04熔融


在压力升高的同时,运动着的固体塑料与加热着的机筒壁不断地接触与摩擦,靠近机筒壁的塑料料温不断地提高,到达熔点后在机筒内壁形成一层薄薄的熔膜,在此之后,固体塑料熔融的热量来源有两方面,一是机筒外部加热器的传导热,二是在熔膜中由于各层熔体运动速度不同而产生的剪切(内摩擦)热,即流变学中所指的黏性耗散热。


随着熔融的进行,当熔膜的厚度大于螺杆和机筒的间隙时,运动着的螺棱将熔膜刮下来,在螺棱的推进面前形成熔池。在熔融过程中,熔池愈来愈宽,剩下的固体宽度也愈来愈窄,直至最后完全消失,这便是Tadmor于1967发表的划时代的著名的熔融理论。


05混合


挤出过程中,在高压作用下,固体物料一般都被压实成密实的固体塞,由于固体塞中颗粒之间无相对运动,因此,混合作用只能在有相对运动的各层熔体间进行。


一般说来,在熔体中,尤其在熔体输送段发生着下列混合现象:一是物料体系中各组分均匀地分散混合,这些组分是指树脂及各种添加剂;二是热量的混合。


这是因为在挤出过程中,先熔融的物料温度最高,后熔融的物料温度最低,而固体与熔体之间的分界面的温度正好为塑料的熔点。如果熔料从机头挤出过早,势必造成挤出物各处不均匀,轻则产生色差、形变,重则有造成制品开裂的可能性。


除此之外,考虑到塑料本身具有一定的相对分子质量分布,混合可使相对分子质量较高的部分均匀地分散在熔体中,与此同时,在剪切力的作用下,相对分子质量较高的部分有可能因断链而减少,这就减少了制品中出现晶点和硬块的可能性。


显然,为了保证得到混合均匀的制品,必须保证螺杆的熔体输送段(即最后一段)有足够的长度。故螺杆的熔体输送段又称为均化段。同时计算挤出机产量时,都以螺杆最后等深一段的螺槽体积作为计算的根据,也将螺杆的熔体输送段称为计量段。


06排气


在挤出过程中,需要排出的气体有三种:


第一种是在粉粒颗粒之间夹杂着的空气,只要螺杆转速不太高,一般来说,这部分气体可以在逐渐增高的压力下从料斗中排出。但是当转速太高时,物料往前运动速度太快,气体有可能来不及全部排出,从而在制品中形成气泡。


第二种气体是物料从空气中吸附的水分,在加热时它们变成水蒸气。对那些吸湿量不大的塑料如PVC、PS、PE、PP等,一般不会发生什么问题,这些少量的水蒸气也可同时从料斗排出;但是对某些工程塑料如PA、聚砜(PSF)、ABS、PC等,由于它们的吸湿量太大,水蒸气太多,因而来不及从料斗中排出,这便在制品中形成了气泡。


第三种是在塑料颗粒内部的一些物料,如低分子挥发物,低熔点增塑剂等,它们在挤出过程中产生的热量作用下逐步气化,只有当塑料熔融后,这些气体才能克服熔体的表面张力而逸出,但此时由于已远离料斗,从而无法通过料斗排出。在这种情况下,不得不使用排气挤出机。


由上述可见,任何一根螺杆都必须完成上述加料、输送、压缩、熔融、混合和排气六大基本过程。显然,加料和输送影响挤出机的产量,而压缩、熔融、混合和排气却直接影响挤出制品的质量。这里所谓的质量,不仅仅指熔融是否完全,而且还包括制品压缩得是否密实,混合是否均匀及制品中不能有气泡,这些均形成了最后的挤出制品塑化质量。

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