PE管道生產過程

2018-11-25 10:45:00      點擊:
塑料由料斗加入擠出機機筒后,隨著螺桿的旋轉被螺紋強制推向機頭方向。由于機關處過濾網、分流板和機頭模具的阻力,再加上螺紋間容積的逐漸縮小,使前進的料受到很大的壓力,同時它又受到機筒熱源的加熱;另外,塑料在運動中受壓縮、剪切、攪拌等力的作用時,與機筒、螺桿間的摩擦及塑料分子間的摩擦,都會產生大量的熱量。于是塑料在機筒中溫度不斷升高,則其物理狀態逐漸由玻璃狀態轉變為高彈態,最后成為黏流態,達到完全塑化。由于螺桿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塑料制品。經冷卻定型,完成擠出成型工作。實現上述過程的核心部件是螺桿,發生在螺桿上的擠出過程包括以下幾個階段。
第一:加料
塑料加入料斗后,依靠自重或在強制加料器的作用下,進入螺桿螺槽的空間,在螺棱的推動下往前擠出。但是,如果物料與金屬料斗之間的摩擦系數太大,或物料之間的內摩擦系數太大廈,或料斗錐角太小,都會在料斗中逐步形成架橋和空心管現象,物料將不能順暢地進入螺槽,擠出將被迫停止或極不穩定。因此,如果擠出生產率不正常地降低或不出料,便必須檢查加料情況,甚至更改料斗的設計。
第二:輸送
理論上,塑料進入螺槽后,螺桿每轉動一轉,所有的塑料將往前輸送一個導程,這時我們稱輸送率為1。但對每螺桿來說,往前的輸送量事實上主要取決于塑料對機筒的摩擦因數fb和塑料對螺桿的摩擦因數fs,fb愈大或者fs愈小,往前輸送的固體塑料量將愈多。大量的實驗表明:樹脂對金屬的摩擦因數主要取決于系統的溫度及金屬的表面粗糙度或者系統的結構及形狀,與系統壓力及物料運動速度也有關系。
第三:壓縮
在擠出過程中,塑料被壓縮是絕對必要的。首先,塑料是熱的不良導體,顆粒之間如果有空隙,將會直接影響其傳熱,從而影響熔融速率;其次,也只有在沿螺桿長度方向逐漸增加的壓力下,才會將顆粒之間的氣體從料斗中排出,否則,制品將因為其內部產生氣泡而成為次品或者廢品;最后,較高的系統壓力也保證了制品比較密實。
在螺桿上產生壓力的原因有以下三點:
1.是在結構上螺桿的螺槽深度逐漸變淺,物料逐漸被壓縮;
2.是在螺桿頭部前方安裝有分流板、過濾網及機頭等阻力元件;
3.是由物料對金屬的摩擦引起的沿螺桿全長上建立的壓力。機頭口模截面面積愈小,壓力峰值將愈大,且壓力最高點將會往機頭方向移動,一般說來,壓力峰值在計量段前部或壓縮段后部。
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斷地接觸與摩擦,靠近機筒壁的塑料料溫不斷地提高,到達熔點后在機筒內壁形成一層薄薄的熔膜,在此之后,固體塑料熔融的熱量來源有兩方面,一是機筒外部加熱器的傳導熱,二是在熔膜中由于各層熔體運動速度不同而產生的剪切(內摩擦)熱,即流變學中所指的黏性耗散熱。
隨著熔融的進行,當熔膜的厚度大于螺桿和機筒的間隙時,運動著的螺棱將熔膜刮下來,在螺棱的推進面前形成熔池。在熔融過程中,熔池愈來愈寬,剩下的固體寬度也愈來愈窄,直至最后完全消失,這便是Tadmor于1967發表的劃時代的著名的熔融理論。
第五:混合
擠出過程中,在高壓作用下,固體物料一般都被壓實成密實的固體塞,由于固體塞中顆粒之間無相對運動,因此,混合作用只能在有相對運動的各層熔體間進行。
一般說來,在熔體中,尤其在熔體輸送段發生著下列混合現象:一是物料體系中各組分均勻地分散混合,這些組分是指樹脂及各種添加劑。二是熱量的混合,這是因為在擠出過程中,先熔融的物料溫度最高,后熔融的物料溫度最低,而固體與熔體之間的分界面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,重則有造成制品開裂的可能性。除此之外,考慮到塑料本身具有一定的相對分子質量分布,混合可使相對分子質量較高的部分均勻地分散在熔體中,與此同時,在剪切力的作用下,相對分子質量較高的部分有可能因斷鏈而減少,這就減少了制品中出現晶點和硬塊的可能性。顯然,為了保證得到混合均勻的制品,必須保證螺桿的熔體輸送段(即最后一段)有足夠的長度。故螺桿的熔體輸送段又稱為均化段。同時計算擠出機產量時,都以螺桿最后等深一段的螺槽體積作為計算的根據,也將螺桿的熔體輸送段稱為計量段。
第六:排氣
在擠出過程中,需要排出的氣體有三種,一種是在粉粒顆粒之間夾雜著的空氣,只要螺桿轉速不太高,一般來說,這部分氣體可以在逐漸增高的壓力下從料斗中排出。但是當轉速太高時,物料往前運動速度太快,氣體有可能來不及全部排出,從而在制品中形成氣泡。第二種氣體是物料從空氣中吸附的水分,在加熱時它們變成水蒸氣。對那些吸濕量不大的塑料如PVC、PS、PE、PP等,一般不會發生什么問題,這些少量的水蒸氣也可同時從料斗排出;但是對某些工程塑料如PA、PSF、ABS、PC等,由于它們的吸濕量太大,水蒸氣太多,因而來不及從料斗中排出,這便在制品中形成了氣泡,第三種是在塑料顆粒內部的一些物料,如低分子揮發物,低熔點增塑劑等,它們在擠出過程中產生的熱量作用下逐步氣化,只有當塑料熔融后,這些氣體才能克服熔體的表面張力而逸出,但此時由于已遠離料斗,從而無法通過料斗排出。在這種情況下,不得不使用排氣擠出機。
由此可能,任何一根螺桿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,加料和輸送影響擠出機的產量,而壓縮、熔融、混合和排氣卻直接影響擠出制品的質量。這里所謂的質量,不僅僅指熔融是否完全,而且還包括制品壓縮得是否密實,混合是否均勻及制品中不能有氣泡。這就是塑化質量。
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