双螺杆挤出机在树脂瓦生产中的温度工艺Word文件下载.docx
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因此单纯的PVC树脂根本无法直接进行加工,必须通过添加热稳定剂来改善树
脂的热稳定性。
而一般PVC树脂的稳定剂试验是在180℃、30min与200℃、20min条件下进行的。
因此PVC树脂的塑化温度与时间均不应超过这个范围。
2.2塑化度:
塑化度,亦称凝胶化程度,在PVC塑料中,塑化度是制品结晶程度与PVC初级粒子熔合程度的标志。
大量的研究和测试资料表明:
未经改性的PVC-U塑化度在60%-65%时,即制品中初级粒子尚未完全塑化,仅大部分熔合时,抗冲性能最强,其中塑化度在60%时,断裂强度最高,塑化度在65%时断裂伸长率最大。
当熔体的温度在150℃以下时,塑化度为零;
熔体温度在190℃以下时,制品中初级粒子清晰可见,塑化度在45%以下;
熔体温度在200℃左右时,制品中初级粒子界限大部分消失,仅有少数初级粒子可见,塑化度为70%;
熔体温度到200℃以上时,制品初级粒子完全塑化,塑化度可达80%以上。
2.3与CPE共混体系的加工温度:
PVC制品均为加入CPE共混增韧改性的,而CPE抗冲击改性剂的温度带比较狭窄,大量试验证明,经CPE改性的PVC在190℃和200℃条件下形成的制品,其微观形态相差很大。
190℃时改性剂粒子形成了一个包覆PVC初级粒子的网状结构,可以获得良好的抗冲击增韧效果;
200℃时PVC初级粒子完全熔融,网状结构消失转变为球体,分散于PVC树脂基体中,导致抗冲击性能大幅度下降。
从以上论述里可以看出:
采用CPE共混改性的PVC加工工艺条件是比较苛刻的。
同时PVC塑料是“不定性”高聚物,PVC降解不仅与温度有关还和时间相关。
温度越高,降解的时间越短,温度越低,降解的时间越长。
螺筒熔体温度宜控制在180℃~185℃之间(这里要注意是指的熔体温度,而不是螺筒显示温度,二者是有很大区别的),以防止因高温熔体在机内停留时间过长,发生分解。
剩余的熔体温差由口模来完成,口模段熔体温度则应控制190℃~200℃甚至更高些,以便熔体到达最佳塑化度的一瞬间,即刻从口模挤出,以期实现既能从最佳塑化度状态下成型,又不至于因受高温时间过长而分解。
(以上阐述我们只在全新料生产的时候作为参考依据。
对回收料不适用。
)
三、工艺温度的设定我们先熟悉一下双螺杆挤出机的螺杆分段如图挤出机螺筒各段及合
流芯、模具各段温度具体设定大致如
下:
3.1给料段:
185℃-195℃,依据挤出机剪切性能和挤出量大小而定,确保显示温度至
少>185℃;
挤出量越大的这段要求温度越高,以便粉料能快速受热玻璃化而形成小块状。
我们在树脂瓦生产中目前国内的生产商都是用的回收再生料,属于炒饭工艺,所以我建议,温度设定为180°
C到185°
C太高了容易是物料塑化过头,提前降解。
3.2压缩段:
一般在180℃到175°
C因为这一段的温度实际就是一个保
温让物料压缩排气的一个过程
3.3熔融段:
一般在175--170C°
;
因为是炒饭,所以我个人认为不适应再继续高温,这样一个温度完全可以使物料达到塑化的而助剂得到和主料的一个熔融。
3.4计量段:
计量段的温度在整过挤塑过程中是非常重要的,其重要性在某种意义上甚至超过给料段。
温度一般应设定在170℃-160℃,依据挤出机剪切性能和挤出量大小而定,确保显示温度≤170℃。
因计量段内部剪切热很大,容易造成熔体升温,而过高的熔体温度会加速PVC分解形成制品发黄、变色线、发泡等等影响制品质量的情况出现。
因此、必要时可采用螺杆温度、给料速度等方法分别进行调节。
而我们格瑞科技生产的挤出机都采用了水冷和风冷相结合的构造。
这样就能保证料桶四区温度不会升温,物料不升温就不会出现糊料,焦料,变色,发泡的严重后果。
3.5挤出模具模体段温度:
挤出模具模体温度设定比较简单,主要是为防止熔体在模体内降温,一般设定在185℃左右,我们树脂瓦采用的是共挤衣架模,所以我建议,主机合流芯温度设定为165°
C,连接体温度设定为170-175°
C,分配器的温度设定为185°
C,大部分产品的生产过程中,温度设置在这区间都没问题,都是个别ASA在生产中会出现分布不均匀,或者出现涂布不到边,底料往上返到现象,这种情况下我们要提高分配器的温度,比这要高、达到190℃,---210°
C。
3.6口模段温度:
190℃-220℃,视产品挤出时表面光亮度与挤出压力大小而定。
一般来说,升高口模的温度,能适当提高产品的表面的光亮度,也能一定程度地降低挤出机的内部压力,挤出机内部压力降低,摩擦剪切力自然就降低了,换句话说,适当增加口模温度,可以少量降低挤出机的内部的摩擦剪切热的产生(当内部摩擦剪切热过大的时候),反之亦然。
我们有一些懂生产工艺的师傅在生产中一已经做到了这一点,他们在同样的配方不同的生产工艺上做出了令人满意的产品。
在这里我要向你们点赞
四、工艺温度的优化机理根据各个加热段具体职能,用锥形双螺杆挤出机进行PVC-U挤出生产,其整个过程大致可分为加温、恒温、保温等三个区域。
加温与恒温主要在挤出机内,以排气孔为界,划分为两个相对独立又相互关联的部分,保温区过程由合流芯、挤出模体及挤出口模等部分构成。
在这里大家首先应清楚PVC-U挤出过程中有两种热源,一种是电加热器提供的外热,一种是由双螺杆对PVC-U物料进行剪切、压延和摩擦作用,以及PVC-U自身分之间的摩擦作用所产生的内热。
两种热源在挤出的不同阶段发挥着不同的作用。
温控装置控制的仅是外热。
没有内热存在的挤出机头、口模部分的温度一般都容易控制(部分参数设计超常规的挤出模具,也会产生内热);
有内热存在,剪切作用较强,但尚未超越物料塑化需求的压缩段和主要为排气服务的熔融段,相对亦比较稳定,也较易控制。
剪切相对比较薄弱,主要依赖外加热,但外加热难以满足物料塑化需求的给料段(外加热功率配置较低的挤出机尤为突出);
剪切热已超越物料塑化需求的计量段往往也不受温控装置的控制。
因此在整个挤出过程的温度控制中,给料段、计量段是温度控制的重点和难点。
挤出控制主体是物料温度,而不是螺筒和模具的温度。
设定温度仅是手段,而显示温度在不同工况条件下,和物料温度又有不同的对应(给料段物料温度低于显示温度,计量段物料温度高于显示温度)关系,加上热电偶安装位置的关系,显示温度仅能部分反映物料温度,只是设定温度的依据和基准。
下面具体说下各段的温度设置机理与重点。
4.1给料段温度:
给料段是电加热器传递热给螺筒、显示的温度是该段螺筒的温度,并非是物料温度。
物料温度往往远远低于显示温度。
当物料通过给料螺杆刚进入挤出机时,温度仅有30℃-40℃左右,而螺杆产生的剪切热带来的物料温升距塑化(玻璃化)温度亦有很大的差距,同时物料经由压缩段,将通过排气孔,需要物料在加温区域完成由玻璃态向粘流态的转化过程,要求基本呈“橘皮状”没,有粉状物质存在,并成饭团状置于螺槽中还不至于被真空从排气孔抽出或堵塞排气孔,因此给料段的职能是重在外加热,设定温度应尽量高一些,以便电加热圈给物料提供足够的外热。
此时电加热器启闭比较频繁,甚至不停顿工作。
由于物料进入给料段,距离从口模挤出还有一段时间,加上为预防物料在加料口“架桥”或在机内“粘壁”设,定温度也不宜过高,应以显示温度180--185℃以上为宜。
虽然给料段设定温度低一些,比如温度设定为170℃左右甚至更低,也能生产出内在质量达标的产品。
但由于供给的外热比较少,过多依赖剪切热来提升熔体温度,对螺筒的磨损加大,会影响挤出机螺杆螺筒的使用寿命,是得不偿失的。
通过我们长期在挤出设备维护中观察发现,仅经过一两年(有的甚至不到一年)使用(,因为我们使用的是再生料和重质碳酸钙)螺筒就发会生严重磨损,磨损大多都集中在压缩比比较大的双头螺绫过后的第一道单头螺绫或第二道单头螺绫部位以及计量段等较宽的工作区域,最大磨损量达2mm~3mm,这时候挤出生产会出现黄线(因物料回流,在高温状态下停留时间过长造成),如对间隙进行调整,又会因螺杆与螺筒局部尖点摩擦,制品出现黑线和设备发出异常响声,无法正常工作,只得更换螺筒与螺杆。
这种现象的发生,分析起来尽管和制造厂家采用的钢材和热处理方法不当有密切的关系,但其重要要的一点原因也是因挤出温度设定过低,致使这些部位的剪切作用比较强而加剧磨损所致。
给料段采用较高设定温度不仅有利于物料熔化,而且可以充分利用外热来减少剪切作用对挤出机的磨损。
大量实践证明,在给料、挤出速度和计量段设定温度不变前提下,适当提高给料段的设定温度,可有效降低计量段显示温度与设定温度之间的温差,充分说明给料段温度在一定程度上发挥着调整剪切热的作用。
4.2压缩段温度:
物料进入剪切作用较大的压缩段,在螺杆剪切力作用下,升温较快。
设定温度高一些,有助于降低物料粘度,加快流动性,同给料段一样,可以减少剪切热的危害。
4.3熔融段温度:
熔融段的物料基本熔化,因螺槽容积的变化,(一般压缩比小于1),熔压骤然降低,可以发挥充分恒温和排气的职能。
设定温度和压缩段保持一致或略高,有助于防止熔体降温,因熔体压力的降低会使熔体温度也呈下降的趋势。
4.4计量段温度:
计量段显示的温度不是物料温度。
仅是物料在剪切热作用下传递给螺筒的温度,物料温度往往高于显示温度。
设定温度的目的不是为了提供外热,而主要是为了及时停止外加热,并利用螺筒冷却装置和螺杆油温度的适当调节来转移多余的热量,防止物料分解。
有的磨损严重的螺筒这段的冷却装置,在设备开机不久就会处于长期工作状态才能勉强保持温度不上升。
因此设定温度不宜过高,以显示
温度≤180℃为宜。
当挤出量过小,显示温度过低时,又可视情况适时提高螺筒、螺杆设定温度或给料速度以增加剪切。
4.5合流芯及挤出模体温度:
熔体进入合流芯,已完全呈熔体状态,并开始由变速变压的螺旋运动转变为匀速直线运动,并通过口模建立熔体压力,使温度、粘度和流动速度更趋均匀,为制品成型做最后的准备。
由于改变运动方向,建立熔体压力需牺牲一定的能量为代价,同时该区域由剪切作用产生的内热已不复存在。
因此温度设定宜高一些,以减
缓物料的热损失。
查阅的大量行业文献来看,行业中对合流芯温度设定的意见分歧较大,本人主张将合流芯温度设定在165℃~175℃之间,合流芯就好比我们的喉咙,前面的所有都是一个吃饭咀嚼的过程,细嚼慢咽方能身体健康,如果你狼吞虎咽势必造成消化不良,坏肚拉稀呢?
4.6口模温度:
口模设定温度主要是为成型和调整流速及表面光亮度服务的,由于熔体进入口模,在分配器的导向下,已由圆方柱体转化为呈产品需要形状的薄壁熔体,依靠外加热,也可以将型坯熔体温度均匀提升到最佳塑化度区域。
因此、口模温度直接关系到产品的外在成型质量,值得指出的是,当挤出制品轻微塑化不良时,还可以通过适当提高口模温度来解决。
但当挤出制品出现严重塑化不良时,过度依赖提高口模温度来解决也是不当的。
会因表面温度过高,熔体从口模挤出,发生
不均匀膨胀,同时也会因熔体压力的降低而改变设备内部的摩擦和剪切程度,反而加剧物料的塑化不良,这时候还是要通过螺筒各段的温度综合调节来解决。
4.7螺杆温度:
螺杆温度的控制一般有两种装置,一种是螺杆自调温,利用热管对流原理,实施热量在螺杆内部的均衡交换,不用外加能量,但换热效率较低。
不过目前树脂瓦设备采用油温外部干预来降低螺杆温度的好像不是很多,主要原因还是大家都想得到一个便宜说笑了,其实大家心里都明白一份价格一份货。
4.8工艺温度控制机理小结:
挤出温度设定之所以要求为“马鞍型”主,要是为确保物料和熔体温度呈“阶梯型”由,低到高,始终处于平稳上升,均衡塑化状态,而不至于因物料在加温区域设定温度太低,物料至排气孔时还未能塑化,从排气孔冒料;
在恒温区域因设定温度过高,导致物料发生降解。
不过我发现好多所谓的大师傅主张将设定温度呈“阶梯型设置,显然是一个误区。
当显示温度处于受控状态时,外热和内热是可以相互调节和平衡的。
在设定温度一定条件下,当因剪切作用大,内热较高时,外加热圈会自动减少工作时间和加热量,辅助以从外部提供风冷(或水冷)”进,行冷却,以防止物料分解;
当因剪切作用小,内热较低时,外热圈也会自动增加工作时间,从而自动保持所供热量和所需热量的平衡。
提高设定温度,在增加外供热量的同时,因物料粘度减少,流动性增加,导致剪切热减少;
反过来说,如果降低设定温度,在减少外供热量的同时,因物料粘度增加,流动性减少,导致剪切热增加。
挤出机提供的能量总是和设定温度保持协调一致。
并不因挤出机剪切性能强弱,挤出量大小而变化。
在较高的加工温度、较低的剪切作用下,可获得与较低加工温度与较高的剪切作用下相同的塑化度。
因此无论挤出机剪切性能强弱,挤出量大小,挤出工艺温度的设定应基本一致,不应当有太大的不同。
这也是本人三十年做挤出行业的经验和大量行业文献充分考虑物料塑化的同时,兼顾如何利用外加热,减缓剪切热,在确保挤出制品塑化质量的基础上,减少螺筒磨损,延长其工作寿命的一点个人看法,如有不对请多指教。
五、超负荷挤出、温度不受控状态与对策上述思路是有前提的,是建立在正常挤出条件下,以显示温度处于受控状态为基准的。
若不适当地提高挤出效率时,亦会发生给料段所供热量难以满足物料塑化所需热量需求,显示温度不受控,往往低于设定温度,物料至排气孔未能良好塑化,仍有部分粉料,被真空从排气孔抽走;
这时候大部分的操作人员会提高后段的温度来弥补,压缩段和溶融段的危害还不大,主要危害在计量段,计量段总热量本来就超越熔体恒温所需热量的需求,是因为挤出速度的增加带来计量段剪切摩擦热的大量增加而造成,使显示温度不受控,往往会高于设定温度,导致挤出制品局部过热、分解。
这种现象随挤出效率提高的幅度而变化,挤出效率提的越高,设定温度与显示温度的温差越大,产生的不良后果越严重。
给料段螺杆剪切热或外加热功率配置偏低的挤出机,此现象尤为突出。
当显示温度不受设定温度控制时,所谓工艺优化是难以取得实效的。
上述现象是挤出机所供热量与物料塑化所需热量失衡的表征。
供料段设定温度与显示温度的温差大小,是外加热或剪切热欠缺程度的标志,计量段设定温度与显示温度温差大小,是剪切热过剩程度的标志。
目前我国生产的挤出机在给料段热量匹配上,分别采取了两项措施:
一是提高加热圈功率,如80/156型锥形双螺杆挤出机给料段功率配置已达9kW;
二是改革螺杆螺纹结构,在给料段或压缩段双头螺纹后设置一单头螺纹,有效提高螺槽的压缩比。
挤出机给料段热量供给欠缺现象已比过去明显改观。
但计量段剪切热过剩,依然制约着挤出效率的提高。
在这个问题上我们也和金塑的包总进行了专门的研究,现在我们的所有挤出机使用双螺杆都是特殊定做的,其参数都是经过调整,适当增加了计量段螺菱与螺菱之间的间隙
以适应我们的超高速挤出的。
剪切热除受螺杆结构的制约外,还直接
受给料速度与挤出速度比的影响。
当降低计量段设定温度,加热圈已停止加热,冷却装置不停顿工作,显示温度控制无效时,可根据需要,依照如下程序,采取相应措施,以有效降低计量段显示温度:
5.1一是降低螺杆设定温度,降低螺杆设定温度,可以用油冷却的方法转移计量段多余的剪切热。
但降低螺杆设定温度,亦会降低给料段物料温度。
当挤出机给料段配置加热圈功率较低时,降低螺杆设定温度,应兼顾给料段控温度的需要,不要顾此失彼。
这个话题在我们树脂瓦生产设备上好像没有什么作用,因为我们都是炒饭所以都没有芯部降温装置。
5.2二是适当降低给料速度,适当降低给料速度,可以减少剪切热(我们称降低扭矩)。
在挤出机螺杆转速一定条件下,提高或降低给料速度是调整剪切热的有效手段。
但降低给料速度亦会降低给料段物料温度给料段与计量段物料对剪切热的需要是互为矛盾的。
同螺杆温度设定一样,当挤出机给料段配置加热圈功率较低时,降低给料速度,也要兼顾给料段温度控制的需要。
同时过度降低给料速度,导致计量段熔体不能完整包裹螺槽,也会加大螺绫与螺筒的磨损,出现所谓的“扫樘”(及螺杆螺筒的中间部分过度磨损)症状。
5.3三是适当降低挤出速度与给料速度比,给料速度和挤出速度同是和挤出量有关的概念,又各自有不同的职能。
给料速度宜与外供热相协调,以调整剪切热大小与物料塑化程度;
挤出速度宜与牵引速度相协
调,以调整挤出量和壁厚。
当采用给料速度调整计量段显示温度,无法
兼顾给料段显示温度时,才有必要降低挤出速度与给料速度比,一方面减少了计量段熔体的剪切热,另一方面延长了物料在给料段的停留时间,以利塑化。
应当指出:
降低计量段设定温度,主要是控制剪切热,防止物料降解,并非设置温度越低越好。
当加热圈已停止加热,冷却装置不停顿工作,这种情况下温度设定得再低,亦是没有意义的。
当计量段显示温度虽然高于设定温度,但在180℃区间,亦属正常范围,不必要调整。
在挤出机生产小规格制品时,挤出量较低,导致剪切热过少,计量段显示温度低于180℃时,还需根据情况,适时提高螺筒、螺杆设定温度或给料速度,以保持物料温度始终在理想的温度区域运行。
在挤出机螺杆各段压缩比允许条件下,提高加料速度才能对剪切热发挥作用。
反之则会产生两种不同结果:
当给料量大于给料段螺槽容积时,会出现加料孔“冒料”现象,使原料直接从加料口溢出,洒落在设备工作台和地上,既污染环境又浪费原材料;
当给料段螺槽容积大于熔融段容积时,会出现真空孔“冒料”现象,从而堵塞真空排气管路,造成无法排气,影响产品质量而无法正常生产。
因此提高给料速度也是有限度的。
六、设备、电器等故障状态与对策在挤出生产的整个过程中,除了正确设定温度外,关键在于对显示温度(熔体温度)进行有效控制。
除挤出机超负荷运行外,当设备、电器等发生故障时,显示温度亦会处于不受控状态,直接带来熔体温度的变化。
6.1挤出机螺筒与螺杆严重磨损,挤出机螺筒与螺杆严重磨损,带来径向间隙加大,导致物料在挤出过程中从压力高的区域向压力低的区域流动,发生所谓的“正流”或“逆流”现象。
以螺杆结构为:
2-2-l-3-3头数的挤出机分析可知:
当物料由给料段双头螺槽并联运动至第一个单头螺槽,开始串联运动,压力骤升;
然后又由单头螺槽串联运动至双头螺槽,开始并联运动,压力骤降,当再一次进入单头螺槽开始串联运动,压力骤升。
当第一、二个单头螺绫和对应部位的螺筒,在剪切作用下磨损,有部分物料可能由单头螺槽向前面的双头螺槽泄漏,即发生逆向流动,也可能向后面的三头螺槽泄漏,即发生正向流动;
熔体由熔融段三头较大螺槽向计量段三头较小螺槽容积流动时,因计量段螺绫和对应部位的螺筒,在剪切作用下磨损,有部分熔体可能由计量段螺槽向熔融段螺槽泄漏,即发生逆向流动。
物料或熔体的不规则流动,尤其是逆向流动,导致其在机内停留时间延长,发生“过塑化”、局部降解,将会沿制品轴向出现“黄线”。
因此此时一些有经验的操作人员以降低设定温度,提高物料粘度,减少逆流的方法,勉强维持继续挤出生产。
其实这种现象在行业类也普遍存在,所谓“超低温工艺”,其最初原因概源于此。
因熔体温度过低,塑化不均衡,挤出制品质量是难以得到有效保证的。
6.2挤出机螺杆加工、装配不当,导致两螺杆轴向最小间隙偏小。
挤出机两螺杆轴向单向设计间隙一般都在2mm以上,但由于加工偏差,不少螺杆的实际串动量仅有1mm左右,即螺杆各功能段每边轴向最小间隙仅能保证0.5mm。
如果在装配过程中不精心加以控制和调整,致使某功能段最小轴向间隙就可能在0.2mm左右,甚至更小或直接碰撞产生打架现象。
挤出机工作一段时间,若推力轴承磨损,也会发生螺杆轴向串动,使轴向间隙变化,这是因为两盘推力轴承的磨损程度不可能完全一样所致。
挤出生产过程就会发生局部过热,一些所谓的高手这时候一般采用提高设定温度,降低物料粘度,增强物料流动性的方法,勉强维持生产。
所谓“超高温工艺”,其最初原因也概源于此。
因温度过高,不仅影响产品内外质量和色泽,还会因物料的局部分解导致氯化氢析出,同时氯化氢有超强的吸水性,与水结合而成盐酸,对设备和模具有强烈的腐蚀作用。
我们每次从因糊料而拆开的模具内掏出的黑色糊料块,在放置一段时间后表面会出现类似水珠的东西,其实就是氯化氢吸收空气中的水分而形成的盐酸小颗粒。
6.3电气仪表故障,致使显示温度处于失控,大致有以下几种情况
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