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挤出机常识与工艺(温度、螺杆)
一、挤出机分类

认识产品代号及规格参数

例如:SHJM-Z40×25×800

表示:螺杆直径为40mm,长径比为25,牵引辊筒长为800mm的双螺杆混合塑料挤出改塑薄膜机。

1“SH”类别代号,指双螺杆混合型(也有写:SHSJSJ指塑料挤出机)。

2“J”组别代号,指挤出机。

3“M”指品种代号,指吹塑薄膜机。

4“Z”指辅助代号,指主要机组,另如是“F”指辅助机。

5“40×25×800”指规格参数,指螺杆有直径为40mm,长径比为25,牵引辊筒长为800mm

6、最后一位为厂商识别序号,一般不出现,被省略。

二、双螺杆混合挤出机的功能参数

1“D”为直径,衡量产量大小的一个重要参数。

2“L/D”,指长度与直径的比例,直接影响到塑化度,是衡量用途的标志,一般塑料改性,用30-40左右,常用361301

3“H”,螺槽深度,指其容料空间之大小。

4“e”螺棱厚度,工艺上体现在剪切之大小。

5“6”螺杆与机筒之间隙,挤出机质量的一个重要参数,一般在0.3-2mm,越过5mm挤出机是警介线。

6“N”主机转速,指其最高值,指一个加工调整范围,极大影响产量及中高低速之划分。(国产机一般500-600r/min),(如:max:600r/min,低速: 230-240r/min 、中速350r/min 、高速450-600r/min

7“P”,电机功率及加热功率。

三、螺杆排列及其工艺设定


①螺杆的分段及其功能


1螺杆一般分:输送段、熔融段、混炼段、排气段、均化段5个段

   a、输送段,输送物料,防止溢料。

   b、熔融段,此段通过热传递和摩擦剪切,使物料充分熔融和均化。

   c、混炼段,使物料组分尺寸进一步细化与均匀,形成理想的结构,具分布性与分散性混合功能。

   d、排气段,排出水汽、低分子量物质等杂质。

   e、均化(计量)段,输送和增压,建立一定压力,使模口处物料有一定的致密度,同时进一步混合,最终达到顺利挤出造粒的目的。

2)分布(分配)与分散混合之段别

a、分布混合,使熔体分割与重组,使各组分空间分布均匀,主要通过分离,拉伸(压缩与膨胀交替产生)、扭曲、流体活动重新取向等应力作用下置换流动而实现。

   b、分散混合,使组分破碎成微粒或使不相容的两组分分散相尺寸达至要求范围,主靠剪切压力和接伸应力实现。

②输送元件,螺纹式

表示法:如“56/56”输送块,前一个”56”指导程为56MM,后一个”56”指长度为56MM

大导程,指螺距为1.5D~2D;

小导程,指螺距为0.4D左右。

其使用规律:随着导程增加,螺杆挤出量增加,物料停留时间减少,混合效果降低。

a、选用大导程螺纹的场合,以输送为主的场合,利于提高产量;热敏性聚合物,缩短停留时间,减少降解;排气处,选用(也有选用浅槽),增大表面积,利于排气、挥发等。

b、选用中导程螺纹场合,以混合为主的场合,具不同的工作段逐渐缩小的组合,用于输送和增压。

c、选取用小导程螺纹的场合,为一般是组合上逐渐减小,用于输送段和均化计量段,起到增压,提高熔融;提高混合物化程度及挤出稳定。

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③混炼元件,包括两大类:“K”系列与“M”系列(齿状)

“K”系列

表示法:K45/5/56”,属于剪切块,带指片状剪切块,45指片拼成的角度,指共有5片,“56”指长度为56MM,螺棱宽度为56/5=11.2mm ),

其参数:

A、方向,有正向和反向——反向,对物料的输送有阻碍作用,起到延长时间,提高填充增大压力,大大提高混炼效果的作用。

B、角度,一般有30°、45 °、60 °、90 °之分,其作用与效果:

 正向时,增大交错角,将降低输送能力,延长停留时间,提高混炼效果,但越易漏流。对于分布混合与分散混合而言,分布混合随着角度大而更加有效,分散混合在角度45 °时最好,其次是30°,最差是60 °。

 反向时,增大角度,将减少聚合物之有效限制,但越易漏流。

C、螺棱宽度,一般有7mm11mm11.2mm14mm 19mm等等,这是衡量剪切大小和混合大小的一个最重要参数之一,宽度越大剪切越大混合越小;宽度越小剪切越小混合越大。对于分布混合与分散混合而言,分布混合,随宽度增大而有效性减少,分散混合随宽度增而有效性增大;宽度越小,物料轴向有效流量和径向有效流量之比随之增大。

D、头数,一般单头、双头、三头。其作用效果:

a、正向时,头数越少,挤出输送能力越大,扭矩越大,混合特性也越优,但剪切作用越少。

b、反向时,头数越少,挤出输送能力越小,混合特性越优。

c、二头螺纹可用于挤塑,受热均匀,自洁性能好(常用的)。

d、三头螺纹,能灵活选择物料在机角的压力和温度分布,加纤稳定,排气表面更新效果好,但产量低。

“M”系列

齿形状,主要起到搅乱料流,能使物料加速均化。齿越多混合越强。但使用时需注意,高剪切的破坏性。(表示法,如国内和台湾地区的“M80”WP的SME45/45、BERSTDRFF的ZB45/3/11)

四、螺杆各段螺杆排布与温度设定

1、塑料的物理变化特性及温度设定原则

⑴塑料的物理变化特性

A、非结晶性塑料

随温度逐渐升高有三个物态特性如:

    高弹态    粘流态

  Tg           Tf           Td

(玻璃化温度)    (熔融温度)   (分解温度)

其熔融在剪切流动引起粘性耗散下进行。

B、结晶性塑料

随温度逐渐升高有二个物态特性,且变化都较为突然如:

Tm               Td

(熔融温度)   (分解温度)

其熔融经历:固态床的形成、破裂、形成大量颗粒漂浮于熔体中,后逐渐融化。

⑵温度设定原则

①共混合金各组分熔点及其比列:以共混组分熔点为依据,以连续相熔点为调整范围。

②塑料的热性能,如熔融吸热放热、热降解历程及热氧化难易。

③塑料各组分熔点范围内,流动性能及形态变化。

PC/ABS64),PC:熔点230度左右,分解点350度左右;ABS:熔点180~190度左右,分解点245-290度左右,因此PC/ABS加工温度230-250度,考虑到其他助剂,如相容剂,润滑剂的热稳定性等等。

⑶物料温度升高的来源

A、螺杆的剪切和物料粒子间相互摩擦生热。

B、筒体的传热。  

   

2、各段螺杆排布与温度设定
螺杆组合的作用

①输送物料;

②提供剪切——使加工物料获得物理变化和化学变化所需的能量,使组分间分散和分布;

③建压。

物料颗粒熔融过程的分析

聚合物自由输送与预热——全充满或部分充满固体塞——固体摩擦、耗散与固态密集海岛结构的生成——固态稀疏海岛结构—— 成型挤出。

螺杆排布分段与温度设定

1、输送段

A、螺杆排布思路有:

深槽正向螺纹;

中等螺槽大导程正向螺纹,且螺槽容积由大变小,即螺纹导程由大向小渐变。

B、温度设定思路

不宜太高,影响物料在此段输送和受剪切的;  也不宜太低,螺杆受力过大或卡死

一般略接近熔融,按梯度排列。

2、熔融段

A、螺杆排布

物料在此段要达到的目的是:使加工物料获得物理变化和部分化学变化所需的能量,使组分间分布均匀和初步分散,做到组分均质化、粘度接近。

一般要求物料承受较大的剪切和机筒传热,使之熔融。一般设置捏合块,剪切元件或反螺纹,且注意相间排列配合。

B、温度设定

、玻纤系,温度太低,树脂半融,到后段玻纤包覆性差;温度太高,树脂流动提高,混炼与剪切作用变小,甚至出现高温降解,其设定原则:

  据基料不同和玻纤含量不同;

 扣除螺杆剪切输入的热量,略高于基料熔点范围内;

 熔融段后段(即玻纤加入口)熔体流动状况。

、填充系,(提供强剪切使填充物,充分分散),熔融段高出基料熔点10~20(尽量提高),使物料充分熔融均匀分布。

、阻燃系,(保护好阻燃剂),其温度要偏低,特别是白色材料,尽可能降低。

、玻纤增强阻燃系,设定温度介于前面两者间,以物料基本熔点为依据。

、合金系,以两组熔融温度为依据,同时考虑组分比例及组分之热敏性等,适当调整温度。

3、混炼段

A、螺杆组分排布

物料在此段要达到的目的是:

   a、细化分散,形成理想的尺寸和结构。

   b、注意保护成品理想的结构不被破坏。

一般有两种典型思路:1、增强型,二头和三头组合;2、兼分布与分散的高剪切与高分流以捏合块为主体,螺纹块为辅助咸高剪切。

较好方法:不同厚度,不同差痊角的捏合块组合,加上输送螺丝块——使物料受高剪切而分散又保留时间与返混,但保证不降解。

B、温度设定

a、玻纤系,温度太低,物料流动性能差,粘度大,摩擦变大,生热高,会出现局都过热;温度太高,树脂降解,剪切度小玻纤分散变差,其设定原则:

•  据基料和玻纤含量不同而不同。

•  略筒于基料熔点范围内。

•  据成品带条的光泽度而确定。

b、填充系,(提供强剪切使填充物,充分分散),混炼段高出基料熔点10~20(尽量提高),使物料充分熔融均匀分布,保证混合体是流体状态。

c、阻燃系, (保护好阻燃剂)共混温度在偏低,特别是白色材料,尽可能降低。

d、玻纤增强阻燃系,温度设定以物料基本熔融为依据,保护好阻燃剂。

e、合系化,以组分的熔融温度为依据,同时考虑组分比例及组分热敏性而调整。

4、排气段

螺杆组合排列

一般排气口入口处,设立反向螺纹咸反向捏合块,将熔体密封建立起,是高压;用大导程螺纹元件以形成低充满度和懂熔体层,使物料暴露自由表面或采用多头小导程螺纹,以增加熔体表面更新速度,利于气体排除与挥发。

总的思路:反螺纹(R-LH)或反向棍合块(KG+输送螺纹+大导程或多头小导程螺纹。

5、均化(料量)段

A、螺杆组合

螺纹块导程渐变小或螺槽渐变小来实现增压,减少背压段长度,同时注意采用单头螺纹与宽螺棱螺纹来提高排料能力,避免冒料。

B、温度设定

以适当降低温度,但模头高温利于排料。

在熔融段温度基础上,适当降低温度,其原则:根据带光泽降度而定

五、转速问题

转速越高,剪切越大,将分散相均匀分散于基体之中;剪切越大,分散相尺寸越细,但转速过大,摩擦大易引起热降解,同时停留时间变短,混合不均。

转速越低,剪切越小,分散不均匀,同时停留时间长,对易分解聚合物不利。

转速与螺杆结构都是与剪切分散有关,因此必须两者作为整体考虑。

⑴加纤增强类,影响到玻纤的长度和直径,影响到树脂与玻纤的分散包裹问题,从而影响增强效果。

⑵合金类,必须考虑:转速剪切对树脂间的结构的生成和破坏问题。如PC/ABS合金,属于类似海绵的海岛结构。

⑶阻燃类,必须考虑:阻燃剂的热性能,如熔融吸热放热、热降解历程及热氧化难易。

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