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【南京金吉】擠出機(jī)常識(shí)與工藝(溫度、螺桿)

發(fā)布者:南京金吉機(jī)械設(shè)備有限公司2021-04-23
 一、擠出機(jī)分類


認(rèn)識(shí)產(chǎn)品代號(hào)及規(guī)格參數(shù)


例如:SHJM-Z40×25×800,


表示:螺桿直徑為40mm,長(zhǎng)徑比為25,牽引輥筒長(zhǎng)為800mm的雙螺桿混合塑料擠出改塑薄膜機(jī)。


1、“SH”類別代號(hào),指雙螺桿混合型(也有寫(xiě):SHSJ,SJ指塑料擠出機(jī))。


2、“J”組別代號(hào),指擠出機(jī)。


3、“M”指品種代號(hào),指吹塑薄膜機(jī)。


4、“Z”指輔助代號(hào),指主要機(jī)組,另如是“F”指輔助機(jī)。


5、“40×25×800”指規(guī)格參數(shù),指螺桿有直徑為40mm,長(zhǎng)徑比為25,牽引輥筒長(zhǎng)為800mm。


6、最后一位為廠商識(shí)別序號(hào),一般不出現(xiàn),被省略。


二、雙螺桿混合擠出機(jī)的功能參數(shù)


1、“D”為直徑,衡量產(chǎn)量大小的一個(gè)重要參數(shù)。


2、“L/D”,指長(zhǎng)度與直徑的比例,直接影響到塑化度,是衡量用途的標(biāo)志,一般塑料改性,用30-40左右,常用36:1或30:1。


3、“H”,螺槽深度,指其容料空間之大小。


4、“e”螺棱厚度,工藝上體現(xiàn)在剪切之大小。


5、“6”螺桿與機(jī)筒之間隙,擠出機(jī)質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù),一般在0.3-2mm,越過(guò)5mm擠出機(jī)是警介線。


6、“N”主機(jī)轉(zhuǎn)速,指其最高值,指一個(gè)加工調(diào)整范圍,極大影響產(chǎn)量及中高低速之劃分。(國(guó)產(chǎn)機(jī)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”,電機(jī)功率及加熱功率。




三、螺桿排列及其工藝設(shè)定
①螺桿的分段及其功能


(1)螺桿一般分:輸送段、熔融段、混煉段、排氣段、均化段5個(gè)段。


a、輸送段,輸送物料,防止溢料。


b、熔融段,此段通過(guò)熱傳遞和摩擦剪切,使物料充分熔融和均化。


c、混煉段,使物料組分尺寸進(jìn)一步細(xì)化與均勻,形成理想的結(jié)構(gòu),具分布性與分散性混合功能。


d、排氣段,排出水汽、低分子量物質(zhì)等雜質(zhì)。


e、均化(計(jì)量)段,輸送和增壓,建立一定壓力,使模口處物料有一定的致密度,同時(shí)進(jìn)一步混合,最終達(dá)到順利擠出造粒的目的。




(2)分布(分配)與分散混合之段別


a、分布混合,使熔體分割與重組,使各組分空間分布均勻,主要通過(guò)分離,拉伸(壓縮與膨脹交替產(chǎn)生)、扭曲、流體活動(dòng)重新取向等應(yīng)力作用下置換流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。


 b、分散混合,使組分破碎成微粒或使不相容的兩組分分散相尺寸達(dá)至要求范圍,主靠剪切壓力和接伸應(yīng)力實(shí)現(xiàn)。




②輸送元件,螺紋式


表示法:如“56/56”輸送塊,前一個(gè)”56”指導(dǎo)程為56MM,后一個(gè)”56”指長(zhǎng)度為56MM。


大導(dǎo)程,指螺距為1.5D~2D;


小導(dǎo)程,指螺距為0.4D左右。




其使用規(guī)律:隨著導(dǎo)程增加,螺桿擠出量增加,物料停留時(shí)間減少,混合效果降低。


a、選用大導(dǎo)程螺紋的場(chǎng)合,以輸送為主的場(chǎng)合,利于提高產(chǎn)量;熱敏性聚合物,縮短停留時(shí)間,減少降解;排氣處,選用(也有選用淺槽),增大表面積,利于排氣、揮發(fā)等。


b、選用中導(dǎo)程螺紋場(chǎng)合,以混合為主的場(chǎng)合,具不同的工作段逐漸縮小的組合,用于輸送和增壓。


c、選取用小導(dǎo)程螺紋的場(chǎng)合,為一般是組合上逐漸減小,用于輸送段和均化計(jì)量段,起到增壓,提高熔融;提高混合物化程度及擠出穩(wěn)定。




③混煉元件,包括兩大類:“K”系列與“M”系列(齒狀)


“K”系列


表示法:如K45/5/56”,屬于剪切塊,帶“K”指片狀剪切塊,“45”指片拼成的角度,“5”指共有5片,“56”指長(zhǎng)度為56MM,螺棱寬度為56/5=11.2mm ),


其參數(shù):


A、方向,有正向和反向——反向,對(duì)物料的輸送有阻礙作用,起到延長(zhǎng)時(shí)間,提高填充增大壓力,大大提高混煉效果的作用。


B、角度,一般有30°、45 °、60 °、90 °之分,其作用與效果:


?正向時(shí),增大交錯(cuò)角,將降低輸送能力,延長(zhǎng)停留時(shí)間,提高混煉效果,但越易漏流。對(duì)于分布混合與分散混合而言,分布混合隨著角度大而更加有效,分散混合在角度45 °時(shí)最好,其次是30°,最差是60 °。


?反向時(shí),增大角度,將減少聚合物之有效限制,但越易漏流。


C、螺棱寬度,一般有7mm、11mm、11.2mm、14mm、 19mm等等,這是衡量剪切大小和混合大小的一個(gè)最重要參數(shù)之一,寬度越大剪切越大混合越小;寬度越小剪切越小混合越大。對(duì)于分布混合與分散混合而言,分布混合,隨寬度增大而有效性減少,分散混合隨寬度增而有效性增大;寬度越小,物料軸向有效流量和徑向有效流量之比隨之增大。


D、頭數(shù),一般單頭、雙頭、三頭。其作用效果:


a、正向時(shí),頭數(shù)越少,擠出輸送能力越大,扭矩越大,混合特性也越優(yōu),但剪切作用越少。


b、反向時(shí),頭數(shù)越少,擠出輸送能力越小,混合特性越優(yōu)。


c、二頭螺紋可用于擠塑,受熱均勻,自潔性能好(常用的)。


d、三頭螺紋,能靈活選擇物料在機(jī)角的壓力和溫度分布,加纖穩(wěn)定,排氣表面更新效果好,但產(chǎn)量低。


“M”系列


齒形狀,主要起到攪亂料流,能使物料加速均化。齒越多混合越強(qiáng)。但使用時(shí)需注意,高剪切的破壞性。(表示法,如國(guó)內(nèi)和臺(tái)灣地區(qū)的“M80”、 “WP”的SME45/45、“BERSTDRFF”的ZB45/3/11)




四、螺桿各段螺桿排布與溫度設(shè)定


1、塑料的物理變化特性及溫度設(shè)定原則




⑴塑料的物理變化特性


A、非結(jié)晶性塑料


隨溫度逐漸升高有三個(gè)物態(tài)特性如:


    高彈態(tài)    粘流態(tài)


  Tg           Tf           Td


(玻璃化溫度)    (熔融溫度)   (分解溫度)


其熔融在剪切流動(dòng)引起粘性耗散下進(jìn)行。




B、結(jié)晶性塑料


隨溫度逐漸升高有二個(gè)物態(tài)特性,且變化都較為突然如:


Tm               Td


(熔融溫度)   (分解溫度)


其熔融經(jīng)歷:固態(tài)床的形成、破裂、形成大量顆粒漂浮于熔體中,后逐漸融化。




⑵溫度設(shè)定原則


①共混合金各組分熔點(diǎn)及其比列:以共混組分熔點(diǎn)為依據(jù),以連續(xù)相熔點(diǎn)為調(diào)整范圍。


②塑料的熱性能,如熔融吸熱放熱、熱降解歷程及熱氧化難易。


③塑料各組分熔點(diǎn)范圍內(nèi),流動(dòng)性能及形態(tài)變化。


如PC/ABS(6:4),PC:熔點(diǎn)230度左右,分解點(diǎn)350度左右;ABS:熔點(diǎn)180~190度左右,分解點(diǎn)245-290度左右,因此PC/ABS加工溫度230-250度,考慮到其他助劑,如相容劑,潤(rùn)滑劑的熱穩(wěn)定性等等。




⑶物料溫度升高的來(lái)源 


A、螺桿的剪切和物料粒子間相互摩擦生熱。


B、筒體的傳熱。   


     


2、各段螺桿排布與溫度設(shè)定 
螺桿組合的作用 


①輸送物料;


②提供剪切——使加工物料獲得物理變化和化學(xué)變化所需的能量,使組分間分散和分布;


③建壓。






物料顆粒熔融過(guò)程的分析


聚合物自由輸送與預(yù)熱——全充滿或部分充滿固體塞——固體摩擦、耗散與固態(tài)密集“海島”結(jié)構(gòu)的生成——固態(tài)稀疏“海島”結(jié)構(gòu)—— 成型擠出。




螺桿排布分段與溫度設(shè)定


1、輸送段


A、螺桿排布思路有:


? 深槽正向螺紋;


? 中等螺槽大導(dǎo)程正向螺紋,且螺槽容積由大變小,即螺紋導(dǎo)程由大向小漸變。




B、溫度設(shè)定思路


? 不宜太高,影響物料在此段輸送和受剪切的;  也不宜太低,螺桿受力過(guò)大或卡死;


? 一般略接近熔融,按梯度排列。




2、熔融段


A、螺桿排布


物料在此段要達(dá)到的目的是:使加工物料獲得物理變化和部分化學(xué)變化所需的能量,使組分間分布均勻和初步分散,做到組分均質(zhì)化、粘度接近。


一般要求物料承受較大的剪切和機(jī)筒傳熱,使之熔融。一般設(shè)置捏合塊,剪切元件或反螺紋,且注意相間排列配合。




B、溫度設(shè)定


①、玻纖系,溫度太低,樹(shù)脂半融,到后段玻纖包覆性差;溫度太高,樹(shù)脂流動(dòng)提高,混煉與剪切作用變小,甚至出現(xiàn)高溫降解,其設(shè)定原則:


? 據(jù)基料不同和玻纖含量不同;


? 扣除螺桿剪切輸入的熱量,略高于基料熔點(diǎn)范圍內(nèi);


? 熔融段后段(即玻纖加入口)熔體流動(dòng)狀況。


②、填充系,(提供強(qiáng)剪切使填充物,充分分散),熔融段高出基料熔點(diǎn)10~20℃(盡量提高),使物料充分熔融均勻分布。


③、阻燃系,(保護(hù)好阻燃劑),其溫度要偏低,特別是白色材料,盡可能降低。


④、玻纖增強(qiáng)阻燃系,設(shè)定溫度介于前面兩者間,以物料基本熔點(diǎn)為依據(jù)。


⑤、合金系,以兩組熔融溫度為依據(jù),同時(shí)考慮組分比例及組分之熱敏性等,適當(dāng)調(diào)整溫度。


3、混煉段


A、螺桿組分排布


物料在此段要達(dá)到的目的是:


a、細(xì)化分散,形成理想的尺寸和結(jié)構(gòu)。


b、注意保護(hù)成品理想的結(jié)構(gòu)不被破壞。


一般有兩種典型思路:1、增強(qiáng)型,二頭和三頭組合;2、兼分布與分散的高剪切與高分流以捏合塊為主體,螺紋塊為輔助咸高剪切。


較好方法:不同厚度,不同差痊角的捏合塊組合,加上輸送螺絲塊——使物料受高剪切而分散又保留時(shí)間與返混,但保證不降解。




B、溫度設(shè)定


a、玻纖系,溫度太低,物料流動(dòng)性能差,粘度大,摩擦變大,生熱高,會(huì)出現(xiàn)局都過(guò)熱;溫度太高,樹(shù)脂降解,剪切度小玻纖分散變差,其設(shè)定原則:


? 據(jù)基料和玻纖含量不同而不同。


? 略筒于基料熔點(diǎn)范圍內(nèi)。


? 據(jù)成品帶條的光澤度而確定。


b、填充系,(提供強(qiáng)剪切使填充物,充分分散),混煉段高出基料熔點(diǎn)10~20℃(盡量提高),使物料充分熔融均勻分布,保證混合體是流體狀態(tài)。


c、阻燃系, (保護(hù)好阻燃劑)共混溫度在偏低,特別是白色材料,盡可能降低。


d、玻纖增強(qiáng)阻燃系,溫度設(shè)定以物料基本熔融為依據(jù),保護(hù)好阻燃劑。


e、合系化,以組分的熔融溫度為依據(jù),同時(shí)考慮組分比例及組分熱敏性而調(diào)整。




4、排氣段


螺桿組合排列


一般排氣口入口處,設(shè)立反向螺紋咸反向捏合塊,將熔體密封建立起,是高壓;用大導(dǎo)程螺紋元件以形成低充滿度和懂熔體層,使物料暴露自由表面或采用多頭小導(dǎo)程螺紋,以增加熔體表面更新速度,利于氣體排除與揮發(fā)。


總的思路:反螺紋(R-LH)或反向棍合塊(KG)+輸送螺紋+大導(dǎo)程或多頭小導(dǎo)程螺紋。




5、均化(料量)段


A、螺桿組合


螺紋塊導(dǎo)程漸變小或螺槽漸變小來(lái)實(shí)現(xiàn)增壓,減少背壓段長(zhǎng)度,同時(shí)注意采用單頭螺紋與寬螺棱螺紋來(lái)提高排料能力,避免冒料。


B、溫度設(shè)定


以適當(dāng)降低溫度,但模頭高溫利于排料。


在熔融段溫度基礎(chǔ)上,適當(dāng)降低溫度,其原則:根據(jù)帶光澤降度而定




五、轉(zhuǎn)速問(wèn)題


轉(zhuǎn)速越高,剪切越大,將分散相均勻分散于基體之中;剪切越大,分散相尺寸越細(xì),但轉(zhuǎn)速過(guò)大,摩擦大易引起熱降解,同時(shí)停留時(shí)間變短,混合不均。


轉(zhuǎn)速越低,剪切越小,分散不均勻,同時(shí)停留時(shí)間長(zhǎng),對(duì)易分解聚合物不利。


轉(zhuǎn)速與螺桿結(jié)構(gòu)都是與剪切分散有關(guān),因此必須兩者作為整體考慮。


⑴加纖增強(qiáng)類,影響到玻纖的長(zhǎng)度和直徑,影響到樹(shù)脂與玻纖的分散包裹問(wèn)題,從而影響增強(qiáng)效果。


⑵合金類,必須考慮:轉(zhuǎn)速剪切對(duì)樹(shù)脂間的結(jié)構(gòu)的生成和破壞問(wèn)題。如PC/ABS合金,屬于類似海綿的“海島”結(jié)構(gòu)。


⑶阻燃類,必須考慮:阻燃劑的熱性能,如熔融吸熱放熱、熱降解歷程及熱氧化難易。
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