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擠塑又稱為擠出,它是一種塑料成型工藝,是熱塑性塑料成型的重要方法之一。
擠塑是將塑料原料加熱,使之呈黏流狀態(tài),在加壓的作用下,通過擠塑模具而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體,然后進(jìn)行冷卻定型為玻璃態(tài),經(jīng)切割而得到具有一定幾何形狀和尺寸的塑料制品。
例如在擠塑機(jī)中對(duì)材料進(jìn)行加熱、加壓,使之成為熔融流動(dòng)狀態(tài),然后從口模將其連續(xù)擠出而成型,則稱為擠塑。此法可制取管、筒、棒、膜、片、異型材、電線等。
除了擠塑,常見的塑料成型工藝還有注塑,模塑,吹塑,滾塑,鑄塑,沾塑等,根據(jù)不同的材料和產(chǎn)品具體可以具體選用不同的塑料成型工藝。
第一節(jié) 塑料擠出的基本原理
塑料加工業(yè)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)型產(chǎn)業(yè)。它涉及到高分子化學(xué),高分子物理,界面理論,塑料機(jī)械,塑料加工模具,配方設(shè)計(jì)原理及工藝控制等方面。擠出理論主要研究塑料在擠出機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況與變化規(guī)律。擠出機(jī)中塑料在一定外力作用下,于不同溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的高聚物的三種物理狀態(tài),與螺桿結(jié)構(gòu),塑料性能,加工條件之間的關(guān)系。從而進(jìn)行合理工藝控制。以達(dá)到提高塑料制品產(chǎn)量與質(zhì)量的目的。塑料高分子材料,在恒定的壓力下受熱時(shí),于不同溫度范圍內(nèi),出現(xiàn)玻璃態(tài),高彈態(tài),粘流態(tài)三種物理狀態(tài)。一般塑料的成型溫度在粘流溫度以上。
第二節(jié) 聚烯烴管道擠出成型工藝控制
擠出成型工藝的控制參數(shù)包括成型溫度,擠出機(jī)工作壓力,螺桿轉(zhuǎn)速,擠出速度和牽引速度,加料速度,冷卻定型等。
1. 原材料的預(yù)處理
聚烯烴是非吸水性材料,通常水分含量很低,可以滿足擠出的需要,但當(dāng)聚烯烴含吸水性顏料,如炭黑時(shí),對(duì)濕度敏感。另外,在使用回料及填充料時(shí),含水量會(huì)增大。水分不但導(dǎo)致管材內(nèi)外表面粗糙,而且可能導(dǎo)致熔體中出現(xiàn)氣泡。通常應(yīng)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。一般采用干燥處理,也可加相應(yīng)的具有除濕功能的助劑。如消泡劑等。PE的干溫度一般在60-90度。在此溫度下,產(chǎn)量可提高10%--25%。
2.溫度控制
擠出成型溫度是促使成型物料塑化和塑料熔體流動(dòng)的必要條件。對(duì)物料的塑化及制品的質(zhì)量和產(chǎn)量有著十分重要的影響。 塑料擠出理論溫度窗口是在粘流溫度和降解溫度之間。對(duì)于聚烯烴來說溫度范圍較寬。通常在熔點(diǎn)以上,280度以下均可加工。要正確控制擠出成型溫度,必先了解被加工物料的承溫限度與其物理性能的相互關(guān)系。找出其特點(diǎn)和規(guī)律,才能選擇一個(gè)較佳的溫度范圍進(jìn)行擠出成型。因此,在各段溫度設(shè)定應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:一是聚合物本身的性能,如熔點(diǎn),分子量大小和分布,熔體指數(shù)等。其次考慮設(shè)備的性能。有的設(shè)備,進(jìn)料段的溫度對(duì)主機(jī)電流的影響很大。再次,通過觀察管模頭擠出管坯表面是否光滑。有無氣泡等現(xiàn)象來判斷。
擠出溫度包括加熱器的設(shè)定溫度和熔體溫度。加熱溫度是指外加熱器所提供的溫度。熔體溫度是指螺桿前段與機(jī)頭連接間物料的溫度。
機(jī)筒溫度分布,從喂料區(qū)到模頭可能是平坦分布,遞增分布,遞減分布及混合分布。主要取決于材料物點(diǎn)和擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)。
機(jī)頭設(shè)置溫度,為了獲得較好的外觀及力學(xué)性能,以及減小熔體出口膨脹,一般控制機(jī)身溫度較低,機(jī)頭溫度較高。機(jī)頭溫度偏高,可使物料順利進(jìn)入模具,但擠出物的形狀穩(wěn)定性差,收縮率增加。機(jī)頭溫度低,則物料塑料不良,熔體粘度大,機(jī)頭壓力上升。雖然這樣會(huì)使制品太得較密實(shí),后收縮率小,產(chǎn)品形狀穩(wěn)定性好,但是加工較困難,離模膨脹較大,產(chǎn)品表面粗糙。還會(huì)導(dǎo)致擠出機(jī)背壓增加,設(shè)備負(fù)荷大,功率消耗也隨之增加。
口模設(shè)置溫度,口模和芯模的溫度對(duì)管子表面光潔度有影響,在一定的范圍內(nèi),口模與芯模溫度高,管子表面光潔度高。通常來講,口模出口的溫度不應(yīng)超過220度,機(jī)頭入口的熔體溫度為200度,機(jī)頭入口和出口熔體溫差不應(yīng)超過20度。因?yàn)槿垠w與金屬間較高的溫度差將導(dǎo)致鯊魚皮現(xiàn)象。過高的熔體溫度導(dǎo)致口模積料。但具體要根據(jù)實(shí)際情況決定。
熔體溫度是指在螺桿未端測得的熔體實(shí)際溫度,因而是因變量。主要決定于螺桿轉(zhuǎn)速和機(jī)筒設(shè)置溫度。聚乙烯管材擠出的熔體溫度上限一般規(guī)定為230度。一般控制在200度左右為佳。聚丙烯管材擠出的熔體溫度上限一般為240度。熔體溫度不宜過高。一般考慮物料的降解,同時(shí)溫度過高也會(huì)使管材定型困難。
3.壓力控制
擠出過程中最重要的壓力參數(shù)是熔體壓力,即機(jī)頭壓力,一般來講,增加熔體壓力,將降低擠出機(jī)產(chǎn)量,而使制品密實(shí)度增加,有利于提高制品質(zhì)量。但壓力過大,會(huì)帶來安全問題。熔體壓力大小與原料性能,螺桿結(jié)構(gòu),螺桿轉(zhuǎn)速,工藝溫度,過濾網(wǎng)的目數(shù),多孔板等因素有關(guān)。熔體壓力通??刂圃?span style="font-family:'Times New Roman';">10-30MPa之間。
4.真空定型
真空定型主要控制真空度和冷卻速度兩個(gè)參數(shù)。通常在滿足管材外觀質(zhì)量的前提下,真空度應(yīng)盡可能低,這樣管材內(nèi)應(yīng)力小,產(chǎn)品在存放過程中變形小。(Abs塑膠異型材)
5.冷卻
聚乙烯管材擠出成型中冷卻水溫要求一般較低,通常在20度以下,在生產(chǎn)PPR管材時(shí),第一段溫度可以稍高,后段較低,從而形成溫度梯度。調(diào)節(jié)冷卻水流量也是相當(dāng)重要的。流量過大,管材表面粗糙,產(chǎn)生斑點(diǎn)凹坑。流量過小,管材表面產(chǎn)生亮斑易拉斷,如分布不均勻,管材壁厚不均,或橢圓。
6.螺桿轉(zhuǎn)速與擠出速度
螺桿轉(zhuǎn)速是控制擠出速率,產(chǎn)量和制品質(zhì)量的重工參數(shù)。單螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速增加,產(chǎn)量提高。剪切速率增加,熔體表觀粘度下降。有利于物料的均化。同時(shí)由于塑化良好,使分子間的作用力增大,機(jī)械強(qiáng)度提高。但螺桿轉(zhuǎn)速過高,電機(jī)負(fù)載過大,熔體壓力過高,剪切速率過高,離模澎脹加大,表面變壞,且擠出量不穩(wěn)。
7.牽引速度
牽引速度直接影響產(chǎn)品壁厚,尺寸公差,性能及外觀,牽引速度比須穩(wěn)定,且牽引速度與管材擠出速度相匹配。牽引速度與擠出線速度的比值反映出制品可能發(fā)生的取向程度,該比值稱為拉伸比,其數(shù)值必須等于或大于1.牽引速度增加,冷卻定型的溫度條件不變時(shí),牽引速度快,則制品在定徑套,冷卻水槽中停留的時(shí)間也就比較短,經(jīng)過冷卻定型后的制品內(nèi)部還會(huì)殘余較多熱量,這些熱量會(huì)使制品在牽引過程中已經(jīng)形成的取向結(jié)構(gòu)發(fā)生解取向,從而引起制品取向程度降低。牽引速度越快,管材壁厚越薄,冷卻后的制品其長度方向的收縮率也越大。牽引速度越慢,管材壁厚越厚,越容易導(dǎo)致口模與定徑套之間積料。破壞正常擠出生產(chǎn)。因此,擠出成型中擠出速度與牽引速度必須很好控制。
8.管材的在線質(zhì)量控制與后處理
聚烯烴屬結(jié)晶聚合物,剛下線管材的性能與管材制品交付使用時(shí)的尺寸和性能時(shí)有差距的。主要原因有,一,聚烯烴熔體冷卻過程中要發(fā)生結(jié)晶作用,結(jié)晶度及晶型與溫度及熱歷史,放置的時(shí)間有關(guān)。第二,剛下線管材的溫度通常高于常溫。第三,剛下線的管材內(nèi)應(yīng)力較大。為了達(dá)到性能及尺寸的穩(wěn)定性,一般的聚乙烯管材應(yīng)下線放置24小時(shí),聚丙烯管材需放置48小時(shí)后,可依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試。
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