Az egycsavaros extruder alkalmazkodóképességének értékelési rendszere a különböző anyagokhoz (PP/PS/PLA)

I. BEVEZETÉS: Anyagfeldolgozási kihívások az egycsavaros extrudálásban

A egycsavaros műanyag lemez extrudáló hőformázó gép E, mivel a polimer anyagfeldolgozás alapvető berendezése, a különböző polimerekhez való alkalmazkodóképessége közvetlenül meghatározza a termék minőségét és a termelés hatékonyságát. A PP (polipropilén), PS (polisztirol), PE (polietilén) és Pla (polilaktinsav) különálló reológiai viselkedést és hőstabilitási követelményeket mutat az extrudálás során, mivel a molekuláris szerkezet és a fizikai tulajdonságok szignifikáns különbségei vannak. Az egycsavaros extruderek feldolgozási alkalmazkodóképességének értékeléséhez négy dimenzióból kell felépíteni egy tudományos értékelési rendszert: Anyagjellemző elemzés, a berendezésszerkezet illesztése, a folyamatparaméterek koordinációja és a termékminőség-korreláció.

Ii. Alapvető összefüggés az anyagtulajdonságok és az extrudálás feldolgozása között

A) A polimer anyagok belső tulajdonságai különbségei

B) Az anyagtulajdonságok alapvető hatásai az extrudálási folyamatra

• PP : A magas kristályosodási sebesség nagy zsugorodási sebességhez vezet, amikor az olvadást lehűlnek, és a figyelmet a csavarkompressziós arányra és a hűtési és formázási szakasz hőmérsékleti gradiens vezérlésére kell fordítani; A nyírási vékonyodási tulajdonságok megkövetelik a csavarsebesség és a hátsó nyomás koordinált beállítását az olvadékszakadás elkerülése érdekében.
• PS : A merev molekuláris lánc az olvadék rugalmasságát kiemelkedővé teszi, hajlamos az extrudálás során a törés olvadására, és megköveteli a csavarkeverési szakasz szerkezetének optimalizálását az elasztikus energiatárolás csökkentése érdekében; A rossz hőstabilitás megköveteli a hőmérséklet -szabályozási pontosságot ± 2 ° C -on.
• PE : Az alacsony viszkozitású olvadék hajlamos a szivárgás áramlására, és a csavarhossz-átmérő arányának (L/d ≥28) növekedését igényli a tartózkodási idő meghosszabbítása és az egységes lágyítás biztosítása érdekében; Az olvadási tartományban a HDPE és az LDPE közötti különbség megköveteli a különféle csavarhorony -mélységtervek illesztését.
• PLA : Erős higroszkóposság (a víztartalomnak <0,02%-nak kell lennie), a szárítás előtti kezeléshez; Az alacsony olvadék szilárdsága és érzékeny a nyíróra, az extrudálásnak el kell kerülnie a nagy forgási sebességet (ajánlott <100 fordulat / perc), és használjon alacsony kompressziós arányt (1,8–2,2), hogy csökkentse a nyíró hőjét.

Iii. Értékelési indikátorok a berendezés szerkezetének alkalmazkodóképességének az anyagokhoz

A) A csavargeometriai paraméterek illesztése

1. Hossz-átmérő arány (L/D)

   • A PP/PE feldolgozása L/D = 25-30; Az elégtelen L/D a kristályos polimerek elégtelen lágyításához vezet, ami a termékekben kristálypontokat okoz;
   • A PLA feldolgozása alkalmas L/D = 20-24-re; A túlságosan hosszú csavar növeli az olvadék tartózkodási idejét és súlyosbítja a termo-oxidatív lebomlást.

2. Tömörítési arány

   • PP (kompressziós arány 2,5-3,0): A magas kompressziós arány elősegíti a kristályosodási szerkezet normalizálását és csökkenti a lap vastagságának toleranciáját;
   • PS (kompressziós arány 1,8-2,2): Az alacsony kompressziós arány csökkenti az olvadék elasztikus felhalmozódását és gátolja az extrudálási duzzanatot;
   • PLA (kompressziós arány 1,8-2,0): Kerülje el a túlzott kompressziós arányt, ami a helyi túlmelegedést okozza, a gradiens csavarszerkezetével kombinálva (a csavarhorony mélysége lineárisan csökken a táplálkozási szakaszról a homogenizáló szakaszra).

3. Keverési elem kialakítása

   • A PE alacsony körbefektetési tulajdonságaihoz a gát típusú keverési csapok beállíthatók a csavar homogenizáló szakaszában, hogy javítsák az olvadék szakadást és az elosztó keverést;
   • A PS/PLA feldolgozása nyírómentes vagy alacsony nyírási keverési struktúrákat (például DIS-csavar elemeket) igényel, hogy megakadályozzák a molekuláris lánc törését.

B) Az öntvény és a kiegészítő gépek alkalmazkodóképessége

• Die Flow Channel Design :
  A PP lemez extrudálása alkalmas a halfarkúakhoz (30 ° -45 ° tágulási szög), hogy csökkentse az olvadék tartózkodási idejét az áramlási csatornán; A PLA-nak korszerűsített holttengely-mentes halálát igényel (felületi durvaság RA <0,2 μm), hogy elkerüljék az olvadék ragaszkodását és a lebomlást.
• Hűtési és formáló rendszer :
  A PE-lemezek kikapcsolási tekercseket (hőmérsékletet 30-50 ° C) igényelnek a túlzott kristálynövekedés gátlásához; A PLA-nak közepes hőmérsékletű hűtést (60-80 ° C) igényel, hogy megakadályozzák a gyors hűtés által okozott belső stressz repedést.

Iv. Értékelési módszerek a folyamatparaméterek együttműködési optimalizálásához

A) Hőmérséklet -szabályozási stratégiák

1. Háromzónás hőmérsékleti partíció elv
   • Táplálkozási szakasz: A PP/PE-nek a hordó hőmérsékletét 10-20 ° C-ra kell tartania, mint az olvadáspont (például PP táplálkozási szakasz 150 ° C), hogy megakadályozzák a falhoz tartozó anyagokat; A PLA táplálkozási szakaszát száraz levegővel (harmatpont <-40 ° C) kell szállítani a nedvesség beszivárgásának elkerülése érdekében.
   • Kompressziós szakasz: A PS kompressziós szakasz hőmérsékletét 200–220 ° C-on kell szabályozni; A 240 ° C -ot meghaladó benzolgyűrű -oxidációt és sárgulást okoz; A PLA -kompressziós szakasz hőmérsékleti felső határát 175 ° C, és kényszerítő levegő hűtőberendezésre van szükség.
   • Homogenizáló szakasz: A PE homogenizáló szakaszának hőmérsékletének 20-30 ° C-nak kell lennie, mint az olvadáspont (például a HDPE homogenizáló szakasz 150-160 ° C), hogy biztosítsa az olvadás folyékonyságát; A PP homogenizáló szakasz hőmérséklete 180–190 ° C, kiegyensúlyozva a lágyítást és az energiafogyasztást.

B) Nyomás- és forgási sebességszabályozás

• Háttérnyomás -beállítás :
  A PP extrudálási háttérnyomás 0,5-1,0mPa, hogy javítsa az olvadék tömörítését és csökkentse a lapbuborékokat; A PLA hátsó nyomása ≤0,3mPa, hogy elkerülje a magas nyomás által okozott melt viszkozitás hirtelen növekedését.
• Csavaros forgási sebesség :
  A PE (alacsony sűrűség) nagy forgási sebességet (150-200 fordulat / perc) alkalmazhat a teljesítmény növelése érdekében; A PLA forgási sebességének <80 fordulat / percnek kell lennie, alacsony sebességű, magas torkú motorral kombinálva (nyomaték-ingadozás ≤5%).

© feszültség és nyújtás arány ellenőrzése

• PP lemezfeszültség-arány 1,2-1,5, nyújtási arány 2-3, amelynek meg kell felelnie a szinkron sebességszabályozó feszítőgépnek;
• A PLA-lemez feszültség aránya ≤1,2 A nagy feszültség sebessége által okozott olvadék törés elkerülése érdekében, és a feszültséghőmérséklet hőmérsékletét 50-60 ° C-on kell fenntartani az olvadék szilárdságának javítása érdekében.

V. Korrelációs értékelés a termékminőség és a feldolgozás alkalmazkodóképessége között

A) A legfontosabb teljesítménytesztelési mutatók

1. Fizikai tulajdonságok

   • Vastagság egységessége: A PP/PE lemez toleranciának ≤ ± 3% -nak kell lennie, PLA ≤ ± 5% (az olvadék szilárdsága korlátozva);
   • Mechanikai tulajdonságok: A PS lemez szakítószilárdságának ≥40 mPa -nak kell lennie, a meghosszabbításnak ≥2%-os szünetnél; Ha a nyírás túlzott az extrudálás során, akkor a szünetben meghosszabbítás 1%alá esik.

2. Mikroszerkezet

   • A PP lap kristályosságot 55%-65%-on kell szabályozni; A túl magas a súlycsökkentéshez vezet;
   • A PLA -lapok molekuláris lánc -orientációs fokának <15%-nak kell lennie, amelyet úgy lehet értékelni, hogy a kettős törés jelenségeket polarizáló mikroszkóppal megfigyeljük.

B) Jellemző hibák és berendezések alkalmazkodóképessége

• Olvadási törés (gyakori a PS/PLA -ban) :
  Ennek oka lehet túl magas a csavarnyírási sebesség (PS nyírási sebesség> 1000s⁻¹) vagy túl nagy szerszámszög, amely csökkenti a forgási sebesség csökkentését és a szerszámkonvergencia szakasz szögének optimalizálását 15 ° -20 ° -ra.
• Sárgás (a PS/PLA -ban gyakori) :
  Jelzi a termikus lebomlás előfordulását, és ellenőriznie kell, hogy a homogenizáló szakasz hőmérséklete meghaladja -e a PS 240 ° C -os felső határát, vagy van -e a PLA -hordóban lévő helyi túlmelegedési terület (például a hőelem meghibásodása).

Vi. A fenntartható feldolgozás alkalmazkodóképességének kiterjesztett értékelése

A bioalapú anyagokhoz, mint például a PLA, a hagyományos feldolgozási mutatókon kívül figyelmet kell fordítani a következőkre is:

• Energiahatékonyság : A PLA-extrudálás energiafogyasztása körülbelül 1,3-1,5-szerese a PP-nek, és megköveteli a csavaros fűtési teljesítmény és a hűtési hatékonyság egyeztetésének értékelését (ajánlott fűtési teljesítmény sűrűség ≤0,3kW/kg · h);
• Tiszta termelés : A PLA-feldolgozás utáni berendezések maradék anyagát speciális tisztítószerekkel (például izopropil-alkohollal) kell megtisztítani, hogy elkerüljék az egyéb anyagokkal való keresztszennyeződést, értékelve a csavar szétszerelésének kényelmét (például a gyorskiadású karima szerkezetét).

Vii. Többdimenziós alkalmazkodóképesség-értékelési modell felépítése

A PP/PS/PE/PLA-hoz való egysoros extruder alkalmazkodóképességének kiértékelése az „Anyagjellemzők-felszerelés-struktúra-feldolgozás-termékek minőségének” logikai láncát kell felvennie, mint magot, egy zárthurok-értékelési rendszert, amely testreszabott csavargemetriai paraméterekkel (például nagy tömörítési arányra a PP-hez, az alacsony olvasási szakasz), a PLA-hoz), a PLA-k) együttműködési optimalizálásának optimalizálásával), a hőmérséklet-protációs-átmeneti-átmeneti arányhoz) A PS) alacsony hátú nyomásstratégiája, a termék mikroszerkezetének és a fizikai tulajdonságok valós idejű megfigyelésével kombinálva. Az új anyagok (például a PLA) esetében a fenntartható feldolgozási mutatókat is be kell építeni az értékelési keretbe, elősegítve a berendezések frissítését az „egymateriális adaptációról” az „több anyag kompatibilitási zöld termelésre”. Ennek az értékelési rendszernek a létrehozása nemcsak elméleti támogatást nyújt a lap extrudálási folyamat optimalizálásához, hanem technikai alapot is kínál az egycsavaros extrudáló berendezések moduláris tervezéséhez.