板材挤出工艺-靳文涛.ppt

板材挤出工艺简介 挤出成型是借助螺杆的挤压作用 受热熔化的塑料 强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材 绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料都可以通过挤出成型 如PVC PS PMMA PET ABS PC PE PP PA 丙烯酸树脂 环氧树脂 酚醛树脂及密胺树脂等挤出成型的特点 连续化 效率高 质量稳定应用范围广生产环境卫生 劳动强度低适于大批量生产 板材挤出流程 一条完整的板材生产线 原料干燥 大部分挤出工艺都需要对原料进行干燥干燥的目的 去除树脂原料中的水分 根据原料特性 干燥温度和时间各不相同 挤出机原理 固体进料的挤出过程 塑料要经历固体 弹性体 粘性液体的变化 变动的温度 压力 状态变化和流动行为十分复杂 挤出理论应用最广的是 固体输送理论 熔融理论熔体输送理论 挤出机的作用是通过强制喂料使得树脂在机筒中充分熔融 带排气功能的螺杆可以在此过程中抽走大部分水分及低分子 渐变螺杆 全长均起压缩作用 突变螺杆 压缩段很短 甚至一个螺距 结晶型塑料 熔融温度范围窄 如尼龙等 渐变螺杆和突变螺杆 单螺杆结构图 单螺杆结构参数 1 螺杆的几何结构参数直径 长径比 压缩比 螺槽深度 螺旋角 间隙等a 螺杆直径Ds 外径 30 200mm 最常见60 150mm 随Ds 生产能力 所以 挤出机规格常以Ds表示 b 长径比 L DS L DS以25居多 螺杆排布分段与温度设定 一 加料段A螺杆排布思路有 a深槽正向螺纹b中等螺槽大导程正向螺纹 且螺槽容积由大变小 即螺纹导程由大向小渐变 B 温度设定思路a不宜太高 影响物料在此段输送和受剪切的 也不宜太低 螺杆受力过大或卡死b一般略接近熔融 按梯度排列 螺杆排布分段与温度设定 二 压缩段A 螺杆排布 物料在此段要达到的目的是 使加工物料获得物理变化和部分化学变化所需的能量 分布均匀和初步分散 做到组分均质化 粘度接近 一般要求物料承受较大的剪切和机筒传热 使之熔融B 温度设定a温度太低 树脂半融 到后段包覆性差 温度太高 树脂流动提高 混炼与剪切作用变小 甚至出现高温降解 其设定原则 1 据基料不同和玻纤含量不同 2 扣除螺杆剪切输入的热量 略高于基料熔点范围内 3 熔融段后段 即玻纤加入口 熔体流动状况 螺杆排布分段与温度设定 三熔融段A 螺杆组分排布物料在此段要达到的目的是 1 细化分散 形成理想的尺寸和结构 2 注意保护成品理想的结构不被破坏 B 温度设定1 据基料和玻纤含量不同而不同 2 略筒于基料熔点范围内 固体输送理论 假设条件 物料与螺槽和料筒壁紧密接触形成固体塞 床 以恒速移动 略去物料重力 密度变化的影响 磨擦系数恒定 压力是螺槽长度的函数 螺槽为矩形经过分析可看出物料的运动类似螺母运动 提高固体输送的措施 适当提高螺杆转数N和螺槽深度H 采用锥形结构料筒 在加料段料筒内壁开设纵向沟槽 提高fb 冷却进料段防止物料提前软化 冷却螺杆加料段 减小fs 增加螺杆表面光洁度 减小fs 熔融理论 1 研究目的 预测螺槽中未熔化物料量熔化全部物料所需螺杆长度熔融与螺杆参数 物料特性 工艺参数间的关系2 冷却试验和熔融机理 冷却试验 本色料 3 5 着色料挤出 稳定后停止并迅速冷却螺杆和料筒 取出螺杆 剥下物料 切断螺旋带状料并观察截面形状3 现象 熔融料呈流线型 未塑化料始终呈固态 固 液两相有一明显分界线 固相逐渐消失 固体塑化完全集中在熔膜处4 熔融机理 加料段压实 逐渐熔融成一层熔膜 超过后边螺槽刮落于前侧形成熔体池 固体床减小 直至物料完全熔融 熔体输送理论 1 熔体有四种形式的流动 正流 正流 拖曳流 Qd cm3 h 沿螺槽向机头方向的流动 由于螺杆转动 塑料在螺杆根部与机筒间形成相对运动造成的 它决定挤出量的大小 逆流 逆流 反流 Qp 与Qd相反的流动 由机头 多孔板等阻力元件对熔体的反压力造成 也叫压力流 随机头压力的升高而增加 环流 横流 环流 Qt 由分速度Vbx引起的在螺槽内与正流垂直的流动 对总挤出量影响不大 可忽略不计 但对熔体的混合 塑化 热交换起重要作用 漏流 漏流Ql 由机头阻力元件引起的物料反向流动 沿螺杆与料筒间隙向加料口方向流动 可降低挤出量 正常情况很小0 1 0 6mm Ql小 但磨损严重时 Ql的增加与平方成正比 熔体输送能力的分析 熔体的输送Q Qd Qp Ql 实际的流动形式为 熔体沿螺槽螺旋前进 类似弹簧缠绕在螺槽内 忽略Ql 经计算熔体输送能力为 P Q 机头阻力加大 产量下降 N Q 转数提高 剪切提高 D Q 直径增加 产量明显增加 所以要得到高的产量 这是最有效的手段之一 L Q 挤出稳定性增加 螺槽深度h增加 挤出稳定性下降 螺杆转速 转速越高 剪切越大 将分散相均匀分散于基体之中 剪切越大 分散相尺寸越细 但转速过大 摩擦大易引起热降解 同时停留时间变短 混合不均 转速越低 剪切越小 分散不均匀 同时停留时间长 对易分解聚合物不利 转速与螺杆结构都是与剪切分散有关 因此必须两者作为整体考虑 一 影响高分子流体剪切粘度的因素 影响因素 实验条件和生产工艺条件的影响 温度T 压力p 剪切速度或剪切应力 等 大分子结构参数的影响 平均分子量 分子量分布 长链支化度等 物料结构及成分的影响 配方成分 如添料 软化剂等 二实验条件和生产工艺条件的影响 1 温度和压力的影响 图1PMMA的粘度与温度和压力的关系 总的规律 温度升高时 物料粘度下降 压力升高时 物料粘度上升 4 橡胶工业中常用门尼粘度表征材料的流动性 塑料工业中常用熔融指数或流动长度表征塑料的流动性 其实也是作为最简单的方法用来判断材料相对分子量的大小 一般橡胶的门尼粘度值大 表示流动阻力大 相对分子量高 塑料的熔融指数大 表示流动性好 相对分子量小 1 从纯粹加工的角度来看 降低分子量肯定有利于改善材料的流动性 橡胶行业采用大功率炼胶机破碎 塑炼胶料即为一例 但分子量降低后必然影响材料的强度和弹性 因此需综合考虑 2 不同的材料 因用途不同 加工方法各异 对分子量的要求不同 总体来看 橡胶材料的分子量要高一些 约105 106 纤维材料的分子量要低一些 约104 塑料居其中 3 塑料中 用于注射成型的树脂分子量应小些 用于挤出成型的树脂分子量可大些 用于吹塑成型的树脂分子量可适中 说明 剪切速率和剪切应力的影响 表1各种加工方法对应的剪切速率范围 高分子流体在加工中主要表现为 剪切变稀 效应 该效应对高分子材料加工具有重要意义 由于实际加工过程都在一定剪切速率范围内进行 见表1 因此掌握材料粘 切依赖性的 全貌 对指导改进高分子材料加工工艺十分必要 衣架式模头结构 多层共挤模头 板 片 膜的区分 三辊压延机 三辊压延机是板材生产线最为主要的部分 通过压延我们可以使得熔融态的树脂形成我们想要的固态并具有一定的规格以及想要的表面外观 不同形态的辊架结构 压延成型原理 压延操作条件