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塑(sù)料擠出成型六大基(jī)礎原理(加料一輸送一壓縮一融熔一混合一排(pái)氣)时间:2019-07-16 塑料(liào)由料鬥加入擠出機機(jī)筒後,隨著螺杆的旋(xuán)轉被螺紋強製推向機頭方向。由於機關(guān)處過濾網(wǎng)、分流板和機(jī)頭模具的阻力,再(zài)加上螺紋間容積的逐漸縮小,使前進的(de)料受到很大的壓力,同時它又受到機筒熱源的加熱(rè);另外(wài),塑料在運(yùn)動中受壓(yā)縮、剪切、攪拌等力的(de)作用時,與機筒、螺杆間的摩擦及塑料分子間的摩擦,都會(huì)產生大量的熱量。於是塑料在機筒中(zhōng)溫度不斷升高,則其物理狀態逐漸由玻璃狀態轉變為高彈(dàn)態,最後(hòu)成(chéng)為黏流態(tài),達到完全塑化。由於螺杆一直在穩定不變的旋轉,把塑化好的物料等壓、等量從機頭模具口擠出,成為具有一定形態的(de)塑料製品。經冷卻(què)定型,完成擠(jǐ)出成型工作。實現上述過程的(de)核心部件(jiàn)是螺杆,發生在螺杆上的擠出過程包括以下(xià)幾個階(jiē)段。 第一:加料 塑料加入料鬥後,依靠自重或在強製加料器的作用下(xià),進入螺杆螺槽的空間,在螺(luó)棱的推動下往前擠出。但是,如果物料與金屬料鬥之間的摩擦(cā)係數太大,或物料之間的內摩擦係數太大廈,或料鬥錐(zhuī)角太小,都會(huì)在料鬥中逐步(bù)形成架橋和空心(xīn)管現象,物料將不能順暢地進入螺槽,擠出將被迫停止或極不(bú)穩定。因此,如果擠出生產率不正常地降低或(huò)不出(chū)料,便必須檢查加料情況,甚至更改料鬥的設計。 第二:輸送 理論上,塑料進入(rù)螺槽後,螺杆每轉動一轉,所有的塑(sù)料將往前輸送一個導程,這時我們稱輸送率為1。但對每螺杆來(lái)說,往前的輸送(sòng)量事實(shí)上主要取決於塑料對機筒的摩擦因數fb和塑料對螺杆的摩擦因數fs,fb愈大或者fs愈小,往前輸送的固體塑料(liào)量(liàng)將愈(yù)多。大(dà)量的實驗表明:樹脂(zhī)對金屬的摩擦因數主要取決於係(xì)統的溫度及(jí)金屬(shǔ)的表(biǎo)麵粗糙度或(huò)者係統的結構及形狀,與係統(tǒng)壓力(lì)及物料運動速度也有關(guān)係。 第三:壓縮 在擠出過程中,塑料被壓縮是絕對必要的。首先,塑料是熱的(de)不良導(dǎo)體,顆粒之間如果有(yǒu)空隙,將會直接影響其傳熱,從而影響熔融速率;其次,也隻有在(zài)沿螺杆長度方向逐漸增加的壓力下,才會將顆粒之間的氣體(tǐ)從料鬥中排出,否則,製品將因為(wéi)其內部產生氣泡而成為次品或者廢品;最後,較高的係統(tǒng)壓力也保證了製品比較密實。 在螺杆上產生壓力的原因有以(yǐ)下三(sān)點: 1.是在結(jié)構上螺(luó)杆的螺槽深度逐(zhú)漸變淺,物料逐漸被壓縮; 2.是在螺杆頭(tóu)部前(qián)方安裝有分流板、過(guò)濾網及機(jī)頭等阻力元件; 3.是由物料對(duì)金屬的摩擦引起的沿螺杆全長上建(jiàn)立的壓力。機頭口模截(jié)麵麵積愈小,壓力峰值(zhí)將(jiāng)愈大,且(qiě)壓力最高點將(jiāng)會往機頭方向移(yí)動,一(yī)般說來,壓力峰值在計量段前部或壓縮段後部。 第四:熔融 在壓力升高的同時,運動著的固體塑料與加熱著的機筒壁不(bú)斷地接觸與摩(mó)擦,靠近機筒壁的塑料料(liào)溫不斷地提高(gāo),到達(dá)熔點後在機筒內壁形成一層薄(báo)薄的熔膜,在此之後,固體塑料熔融的熱量來源有兩(liǎng)方麵,一是(shì)機(jī)筒外部加熱器的傳導熱,二是在熔(róng)膜中由於各層熔體運動(dòng)速(sù)度不同(tóng)而產生(shēng)的剪切(內摩擦)熱,即流變學中所指的黏性(xìng)耗散熱。 隨著(zhe)熔融的進行,當熔膜的(de)厚度大於螺杆和機筒的間隙時,運動著的螺棱將熔膜刮下來,在(zài)螺(luó)棱的推進麵(miàn)前形成熔(róng)池。在熔融過程中,熔池愈來愈寬(kuān),剩下的固體寬度也愈來愈窄,直至最(zuì)後完全(quán)消失,這(zhè)便是Tadmor於1967發表的劃時代(dài)的著名的熔融理論。 第五:混合 擠出過程中,在高壓作用下,固體(tǐ)物料一般都(dōu)被壓實成密實的固體塞,由於固(gù)體塞中顆粒之間無(wú)相對運動,因(yīn)此(cǐ),混合作(zuò)用隻能在有相(xiàng)對運動的各層熔體(tǐ)間進行。 一般(bān)說來,在熔體中,尤其在熔體輸送段發生著下列混合現(xiàn)象:一是物料體係中各組分均(jun1)勻(yún)地分散混合,這些組分是指樹脂及各(gè)種添加劑。二是熱量的混合,這是因為在擠出過程中,先熔(róng)融的物料溫度最高,後熔融的物料溫(wēn)度最低,而固體與熔(róng)體之(zhī)間的分界麵的溫度正好為塑料的熔點。如果熔料從機頭擠出過早,勢必造成擠出物各處不均勻,輕則產生色差、形變,重則有造成製品開裂的可能性。除此(cǐ)之外(wài),考慮到塑(sù)料本身具有一定的相對分子質量分布,混合可使(shǐ)相對分(fèn)子質(zhì)量較高的部分均勻地分散在熔體中(zhōng),與此同時,在剪切力的作用下,相對分(fèn)子質量較高的部分有可能因斷鏈而減少,這就減少了製品中出現晶點和硬塊(kuài)的可能性。顯然,為(wéi)了(le)保證得(dé)到混合均勻的製品,必須保(bǎo)證螺杆的熔體(tǐ)輸送段(即(jí)最(zuì)後一段)有足夠的長度。故螺(luó)杆的熔體輸送段又稱為均化段。同時計算擠(jǐ)出機產量時,都以螺杆最後等深一段的螺槽體積作為計(jì)算的根據,也將螺杆的熔體輸送段(duàn)稱為計量段。 第六:排氣 在擠出(chū)過程中,需要排(pái)出的氣體有三種,一種是在粉粒顆粒之間夾雜著的空氣,隻要螺杆轉速不太高,一般來說,這部分氣體可以在(zài)逐漸增(zēng)高的壓力下從(cóng)料鬥中排出。但是當轉速太高時,物料往前(qián)運動速度太快,氣體有可能來不及全(quán)部排出,從(cóng)而在製(zhì)品中形成氣泡。第(dì)二種氣體是物料從(cóng)空氣中吸附的水分,在加熱時它們變成水蒸氣(qì)。對那些吸濕量(liàng)不大的塑料如PVC、PS、PE、PP等,一般不會發生什麽問題,這些少量(liàng)的水蒸(zhēng)氣也可同時從料鬥(dòu)排出(chū);但是(shì)對某(mǒu)些工程塑料如PA、PSF、ABS、PC等,由(yóu)於它們的吸濕量太大,水蒸氣太多,因而來不及從料鬥中排出,這便在製品中形(xíng)成了氣泡,第三種是在塑料顆粒內部(bù)的一些物料,如低(dī)分子揮發物,低熔點(diǎn)增塑劑(jì)等,它們在擠出過程中產生的熱量作用下逐步氣化,隻有當塑料熔融後,這些氣體才(cái)能克服熔體的表麵(miàn)張力而逸出,但此時由於已遠離料鬥,從而無法通(tōng)過料(liào)鬥排出。在這種情況下,不得不使用排氣擠出機(jī)。 由此可能,任何一根螺(luó)杆都必須完成上述加料、輸送、壓縮、熔融、混合和排氣六大基本功能。顯然,加料和輸送影(yǐng)響擠出機的產量(liàng),而壓縮、熔融、混(hún)合和排氣卻直接影響擠出製品的(de)質量(liàng)。這裏所謂的質量,不僅僅指熔融是否完全,而且還包括製(zhì)品壓縮得是否密實,混合是否均勻及製品中不(bú)能(néng)有氣泡(pào)。這就是塑化質量。 |