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浅谈塑料挤出工艺中的九大关键要素

发布时间:2019-08-24 04:46:16 点击量:

  当今,以彩印包装塑料挤出复合薄膜为主的生产厂家,要想尽量节约生产成本,提高产品质量,有效充分发挥塑料挤出设备的性能,必须要掌握挤出工艺的关键要素。

  关键词:节约生产成本 提高产品质量 掌握关键要素

  每一个塑料产品生产加工企业,尤其以彩印塑料挤出复合包装薄膜生产为主的塑料厂家,每一位高级技术管理人员,必须要非常了解自己企业所生产的产品原料特性,加工工艺,挤出设备的性能,产品质量的控制,生产率的提高,生产成本的降低等一些相关重要因素,但是,在这众多因素中,有一点是最重要的。即;挤出生产工艺中九大重要要素。这点是每个挤出复合塑料生产厂家,各级技术管理人员必须牢牢掌握的。对于这点,我们通过多年来的摸索研究,终于在挤出生产工艺中掌握了一些浅薄的知识,抛砖引玉,供大家参考。

一、充分了解挤出机螺杆的设计要求

  每个挤出复合薄膜生产厂家,在使用自己的挤出机时,首先要充分了解螺杆所有的重要相关要数。我们知道挤出机的螺杆设计是非常重要的,即使购入一个新型螺杆,也要确信所购入的挤出机螺杆设计,是否符合你想要的形状、功能、材质及可高速运行所需的螺杆。比如 ,只需购一台用于挤出涂膜的挤出PE螺杆,就应该知道它的材料、热处理、螺纹和走向及螺杆必须完成的一些功能,例如,连续加入树脂,均匀溶体树脂,稳定注入液体均相混合树脂等和工作周期,物料量、丸料几何形状、背压及螺杆几何形状。就必须要有一组显示所用的螺杆功能的各种数据和参数。因为,在当今计算机世界里,模拟技术很容易并应该对所有螺杆进行模拟,除非能够得到适用于实际情况的同一材料的相关数据。

  因为每根螺杆磨损与螺杆设计的问题有关,一个遭磨损的螺杆并不一定是一个不好的螺杆,有时磨损甚至对筒内混合料有利,或者是在有压力峰时有利于增加产量,这对确定磨损的位置以及原因是有利的。但是,实际需要的是证明磨损在制造麻烦,这对一个给定的输入界面而言,可能意味着需要更高的熔体温度。

  同时,我们一定要掌握当今螺杆设计的发展情况,因为目前受到挤出生产厂家最受欢迎的是通用螺杆,这对每个厂家在生产几种原材料时,可通用。但必须要掌握、了解这种通用螺杆的设计是一种螺纹压缩螺杆,有一个加料段,一个压缩段和一个计量段,各自分别占螺纹总长度的50%、25%和25%。螺杆的螺纹间距等于其直径,螺杆的螺纹齿宽度等于其直径的1/10。压缩段的锥度加工是渐开式,产生压缩比可以2:1到3;1,计算方法是用加料段的螺纹深度除以计量段的螺纹深度。螺杆的螺纹长度,与螺杆直径径比即L/D比率为16:1~24:1。

  这种叙述中没有加料深度和计量深度,没有这些深度,压缩比就毫无意义。从不同的挤出机生产厂家提供的螺杆加料深度范围介于6mm和10mm的螺杆中很容易看出螺杆是60mm、20:1、L/D、GP(通用螺杆)。这些深度值影响物料的填充和输送,螺杆腔内现有塑料的数量,物料通过量,剪断比率以及总体熔体质量。无论所用的螺杆的确切深度,长度,螺纹齿的宽度如何,通过用螺杆还是为工业带来了有效价值。关键是这种挤出机使用的通用螺杆,两个弹性特征为其以后的应用树立了方向。特征一是在不破坏聚合物性能的情况下,螺杆设计的功能,可按各种周期和物料量处理各种树脂,特征二即为通用螺杆设计的制造是最便宜的螺杆设计。

  挤出塑料的基本原理———每根螺杆的筒体中转动并把塑料向前推动。螺杆实际上是一个斜面或者斜坡,缠绕在中心层上。其目的是增加压力,以便克服较大的阻力,因为,对每个挤出机而言,有了阻力就需要克服。固体颗粒对筒壁的磨擦力在螺杆转动前几圈时,它们之间的相互摩擦力,螺杆并不是以轴向运动的,虽然在圆周附近它可能转向快速转动,但是螺杆上的轴向力被平衡了。挤出机中的单螺杆都是右旋螺纹,从后面看,它有反向转动,因为它们要尽力向后旋出筒体,这样可给料筒中塑料熔体施加个很大的向前推力,同时,也给一个物体施加一个相同方向推力,这种力量最终是落在进料口后面的止推轴承上。

二、工艺操作稳定性

  对于各塑料生产厂家的常规挤出机来说,通常使用中会存在下列问题:1、工艺条件控制不当,以及电机负荷脉动等会引起挤出物温度和压力的波动,影响挤出产品质量。2、随着挤出压力的增大,逆流量和漏流量必然增加,使得整个挤出流率下降,同时螺杆推动物料时,所消耗功率大,对物料的剪切力就大,而能量消耗也就增大。3、在对聚合物进行共混改性时,为了使挤出物有均的温度和压力分布,必然要求增加计量段的长度,但这会增加螺杆加工难度和成本,而且使物料停留时间增长,不利于热敏性物料的加工。如何解决这个问题,我们通过对本公司进口设备的大型挤出机结构进行分析,认为最好采用一个高温熔体齿轮泵,这个齿轮泵的目的,主要是让聚合物的熔体塑化段与计量分离开来,独立的向机头输送熔体。这种泵实际上是一种正位移送装置,其出口压力不受入口压力变化影响,容积效率和能量效率很高。它即能满足设备的可操作稳定性,进而提高制品质量的要求,又能满足高效率,低能耗要求。

  同时挤出机上所配备的熔体泵,它所具有最大特性就是,有稳定的挤出压力,可提高产量、降低磨损、增加生产线的柔性,降低熔体温度,减少能耗。作为有条件的塑料挤出制品厂家在本企业的挤出机上,可适当考虑。

三、加热要素

  我们知道,可挤出的塑料是热塑料,它在加热时熔化,并在冷却时再次凝固。熔体塑料的热量,主要是进料的预热和筒体/模具加热器起的作用。但电机也能输入能量———电机能克服粘稠熔体的阻力,转动螺杆时生成于筒体内磨擦热量是所有塑料最重要的热源。对于所有其它的操作,应该知道机筒体加热器不足。在操作中主要的热源,后筒体温度可能依然最重要,因为,它影响齿合或者进料中的固体物料输送速度,而模头和模具温度通常应该是熔体温度或者接近于这一温度。因此,我们要牢记在挤出塑料时,热塑性塑料的热降解量与其受热时间成正比。一般在塑料挤出成型中,为了提高挤出制品的内在质量,应尽量防止熔体产生的热降解,即应避免熔体在模头中停留时间过长。

四、进料区要素

  大家都知道,每台挤出机的输入进料比给料区中的筒体和螺杆表面温度低,然而给料区中的筒体表面,几乎总是在塑料熔化范围之上,它通过与进料颗粒接触的冷却,使热量由热前端向后传递的热量以及可控制加热而保持,甚至当前端热量由粘性磨擦,保持并且不需要筒体热量输入时,这时需要开后加热器。尤其是一般槽型进料筒,专用于低压聚乙烯,为了使一台单螺杆挤出机光滑筒体进料区的固本颗粒输送量到达最大,塑料粒料应该在筒体上并滑到螺杆上。如果这些料粘在螺杆根部,没什么东西把它拉下来,通道体积和固体入口量就减少。多数塑料很自然在根部滑动,因此,它们在进入时是冷的,而且磨擦力还没有把根部加热到和筒壁一样热,例如,高度塑化PVC和某些最终使用中想要的有粘附特性的聚烯烃共聚物。

  对于机筒体、塑料粘附在筒体内,以便它被除掉并被螺杆的螺纹向前推动。这时颗粒和筒壁之间应该有一个高的磨擦系数,而磨擦系数返过来也受后筒体温度的强烈影响。如果料粒不粘附,只是就地转动而不向前推动,这就是光滑的进料不好的原因。

  表面磨擦并非是影响进料的唯一因素。很多颗粒始终都不接触筒体体或螺杆根部,因此在筒体内部必须有磨擦和机械与粘度连锁。一些机筒中带槽的当然是另一种情况。槽在进料区内与筒体其余部分是热绝缘的,并还是深度水冷却的。螺纹把颗粒推入槽内,并在一个相当的距离内形成一个很高的压力,这就增加了相同输出较低螺杆转速的咬合允量,从而使前端产生磨擦热量减少,熔体温度更低。这就可能意味着,冷却限制流出的膜生产线中流速加快。因此,料筒中开槽特别适合于聚乙烯。

五、螺杆末端的压力要素

  螺杆末端压力在挤出中非常重要,这个压力反映了螺杆下游所有物体的阻力,过滤网和适配器输送管,以及模具自身。它不但依靠于这些组件的几何图形,还依赖于系统中的温度,这反过来又影响树脂粘度和移动速度。它虽然不会依赖于螺杆设计,但它影响温度粘度和通过量时除外。就安全要素来说,每台挤出机的温度测量是非常重要的,如果它太高,模头和模具可能崩裂伤害到操作人员和整个挤出机。但压力对机筒内的搅拌是有利的,尤其在螺杆的计量度。但是压力太大就意味着电机要输出大的能量,因而造成树脂熔体温度过高,但可以规定压力极限。

六、模头内融体塑料停留时

  所有的挤出塑料,它们在挤出时熔体在到达机头后,在机头中的停留时间是塑料是模头设计中的一重要因素。在挤出过程中,塑料料流的停留时间应控制在松驰时间和热稳定时间之内,停留时间有太短,则模头膨胀比较大,挤出的制品就会有较大的残余应力,如果停留时间过长,则物料会因为受热而产生热降解影响挤出塑料制品的质量。

七、挤出主电机与机筒体相连关系

  所有的挤出机,它的主电机与机筒体是对立的,而机筒机与主电机也是对立的。为什么机筒的控制效果,并非总是和期望的一样,特别是温度测量区内。如果对机筒体加热,料筒壁处的材料层粘度变小,主电机在这个更加光滑的机筒运行时需要的能量就更少。这时电机电流下降,相反,如果筒体冷却,料筒壁处的熔体粘度增大,电机必须更加增力转动,这时电流也增加。

  这时,通过料筒时除去的一些热量又被主电机送回。通常料筒体调节器的确对熔体产生效果,这就是我们所期望的。但是任何地方的效果都没有区域变量大,这时最好方法就是通过测量熔体温度来真正了解发生的各种情况,以便更好采取对策。


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