工程塑膠大速度更大的百分比運行
  1、機械原則  工程塑膠 擠出的基本機理很簡單——一個螺杆在筒體中轉動並把塑料向前推動。螺杆實際上是一個斜面或者斜坡,纏繞在中心層上。其目的是增加壓力以便克服較大的阻力。就一台擠出機而言,有3種阻力需要克服:固體顆粒(進料)對筒壁的摩擦力和螺杆轉動前幾圈時(進料區)它們之間的相互摩擦力;熔體在筒壁上的附著力;熔體被向前推動時其內部的物流阻力。

  多數單螺杆是右旋螺紋,像木工和機器中使用的螺杆和螺栓。如果從後面看,它們是反向轉動,因爲它們要盡力向後旋出筒體。在一些雙螺杆擠出機中,兩個螺杆在兩個筒體中反向轉動並相互交叉,因此一個必須是右向的,另一個必須是左向的。在其它咬合雙螺杆中,兩個螺杆以相同的方向轉動因而必須有相同的取向。然而,不管是哪種情況都有吸收向後力的止推軸承,牛頓的原理依然適用。

  2、熱原則  

 可擠出的塑料是熱塑料——它們在加熱時熔化並在冷卻時再次凝固。熔化塑料的熱量從何而來?進料預熱和筒體/模具加熱器可能起作用而且在啓動時非常重要,但是,電機輸入能量——電機克服粘稠熔體的阻力轉動螺杆時生成于筒體內的摩擦熱量——是所有塑料最重要的熱源,小系統、低速螺杆、高熔體溫度塑料和擠出塗層應用除外。

  對于所有其他操作,認識到筒體加熱器不是操作中的主要熱源是很重要的,因而對擠出的作用比我們預計的可能要小(見第11條原則)。後筒體溫度可能依然重要,因爲它影響齒合或者進料中的固體物輸送速度。模頭和模具溫度通常應該是想要的熔體溫度或者接近于這一溫度,除非它們用于某具體目的像上光、流體分配或者壓力控制。

  3、減速原則

  在多數擠出機中,螺杆速度的變化通過調整電機速度實現。電機通常以大約1750rpm的全速轉動,但是這對一個擠出機螺杆來說太快了。如果以如此快的速度轉動,就會産生太多的摩擦熱量而且塑料的滯留時間也太短而不能制備均勻的、很好攪拌的熔體。典型的減速比率在10:1到20:1之間。第一階段既可以用齒輪也可以滑輪組,但是第二階段都用齒輪而且螺杆定位在最後一個大齒輪中心。

  有時減速率與任務匹配有誤——會有太多的能量不能使用——而且有可能在電機和改變最大速度的第一個減速階段之間增加一個滑輪組。這要麽使螺杆速度增加到超過先前極限或者降低最大速度允許該系統以最。這將增加可獲得能量、減少安培數並避免電機問題。在兩種情況中,根據材料和其冷卻需要,輸出可能會增加。

  4、進料擔當冷卻劑

  擠出是把電機的能量——有時是加熱器的——傳送到冷塑料上,從而把它從固體轉換成熔體。輸入進料比給料區中的筒體和螺杆表面溫度低。螺杆根表面也被進料冷卻並被塑料進料顆粒(及顆粒之間的空氣)從筒壁上絕熱。如果螺杆突然停止,進料也停止,並且因爲熱量從更熱的前端向後移動,螺杆表面在進料區變得更熱。這可能引起顆粒在根部的粘附或搭橋。

  5、在進料區內,粘到筒體上滑到螺杆上

  爲了使一台單螺杆擠出機光滑筒體進料區的固體顆粒輸送量到達最大,顆粒應該粘在筒體上並滑到螺杆上。如果顆粒粘在螺杆根部,沒有什麽東西能把它們拉下來;通道體積和固體的入口量就減少了。在根部粘附不好的另一個原因是塑料可能會在此處熱煉並産生凝膠和類似汙染顆粒,或者隨輸出速度的變化間歇粘附並中斷。

  多數塑料很自然地在根部滑動,因爲它們進入時是冷的,而且摩擦力還沒有把根部加熱到和筒壁一樣熱。一些材料比另一些材料更可能粘附:高度塑化PVC,非晶體PET,和 某些最終使用中想要的有粘附特性的聚烯烴類共聚合物。

  帶槽筒體是一種特殊情況。槽在進料區,進料區與筒體其余部分是熱絕緣的並是深度水冷的。螺紋把顆粒推入槽內並在一個相當短的距離內形成一個很高的壓力。這增加了相同輸出較低螺杆轉速的咬合允量,從而前端産生的摩擦熱量減少,熔體溫度更低。這可能意味著冷卻限制吹制膜生産線中更快的生産。槽特別適合于HDPE,它是除過氟化塑料之外最滑的普通塑料。

  6、材料的花費最大  

 在某些情況下,材料成本可以占到産成本的80%——多于其他所有因素之和——除過少數質量和包裝特別重要的産品比如醫用導管。這個原則自然引出兩個結論:加工商應該盡可能多地重複使用邊角料和廢品來代替原材料,並盡可能嚴格地遵守容差以免背離目標厚度及産品出現問題。

  7、能源成本相對來說並不重要

  盡管一個工廠的吸引力和真正問題和上升的能源成本在同一水平線上,運行一台擠出機所需的能源仍然是總生産成本中很少一部分。情況總是這樣的因爲材料成本非常高,擠出機是一個有效的系統,如果引入了過多能量那麽塑料就會很快變得非常熱以致于無法正常加工。

  8、螺杆末端的壓力很重要

  這個壓力反映螺杆下遊所有物體的阻力:過濾網和汙染紮碎機板、適配器輸送管、固定攪拌器(如果有)以及模具自身。它不但依賴于這些組件的幾何圖形還依賴于系統中的溫度,這反過來又影響樹脂粘度和通過速度。它不依賴于螺杆設計,它影響溫度、粘度和通過量時除外。就安全原因來說,測量溫度是很重要的——如果它太高,模頭和模具可能爆炸並傷害附近人員或機器。   在制造空心部件時,比如使用支架對核心定位的蜘蛛模具制造的管子,必須在模具內産生很高的壓力來幫助分開的物流重新組合。否則,沿焊接線的産品可能較弱並且在使用時可能出現問題。  

  9、輸出=最後一個螺紋的位移+/-壓力物流和泄漏

  最後一個螺紋的位移叫做正流,只依賴于螺杆的幾何形狀、螺杆速度和熔體密度。它由壓力物流調節,實際上包括了減少輸出量的阻力效果(由最高壓力表示)和增加輸出量的進料中的任何過咬合效果。螺紋上的泄漏可能是兩個方向中的任意一個方向。

  10、剪切率在粘度中起主要作用

  所有普通塑料都有剪力下降特性,意思是在塑料運動得越來越快時粘度變低。一些塑料的這個效果表示得特別明顯。例如一些PVCs在推力增加一倍時流速會增加10倍或更多。熔體系數是粘度的一個常用的測量方法但卻是顛倒的(比如是流量/推力而不是推力/流量)。可惜,其測量是在剪切率在10s-1或更小時而且在熔體流速很快的擠出機中可能不是一個真實的測量值。 電機與筒體對立,筒體與電機對立:爲什麽筒體的控制效果並非總是和期望的一樣,特別是在測量區內?如果對筒體加熱,筒壁處的材料層粘度變小,電機在這個更加光滑的筒體內運行需要的能量更少。電機電流(安培數)下降。相反地,如果筒體冷卻,筒壁處的熔體粘度增大,電機必須更加用力地轉動,安培數增加。
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