擠出成型(extrusion
molding)在塑料加工中又稱(chēng)為擠塑成型,是指物料通過(guò)擠出機(jī)料筒和螺桿間的作用,邊受熱塑化,邊被螺桿向前推送,連續(xù)通過(guò)機(jī)頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。擠出成型主要用于生產(chǎn)具有一定橫截面的連續(xù)型材,如薄膜、片、板、硬管、軟管、波紋管、異型材、絲、電纜、包裝帶、棒、網(wǎng)和復(fù)合膜等;也可周期性重復(fù)生產(chǎn)中空塑件型坯,如瓶、桶等中空容器。
利用螺桿泵送液體的思想可以追溯到古希臘的偉大科學(xué)家阿基米德,他將其應(yīng)用與城市的防御體系中。據(jù)記載,最早的工業(yè)擠出機(jī)是由Joseph
Bramah 于1975年發(fā)明的。他由一個(gè)手動(dòng)的柱塞和機(jī)頭組件所構(gòu)成,用于連續(xù)生產(chǎn)鉛管。歷史上,第一個(gè)阿基米德螺桿擠出機(jī)的專(zhuān)利由英國(guó)人
Matthew Gray 和美國(guó)人 John Royle
獲得。從19世紀(jì)中葉到現(xiàn)在,擠出加工曾用于古塔波膠、橡膠、硝酸纖維素和酪蛋白的加工。大約在1925年,人們擠出了各種聚氯乙烯,這成為現(xiàn)代擠塑加工技術(shù)開(kāi)始的標(biāo)志。
擠出成型工藝是聚合物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)品種最多、變化最多、生產(chǎn)率高、適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛、產(chǎn)量所占比重最大的成型加工方法。擠出成型是使高聚物的熔體(或粘性流體)在擠出機(jī)螺桿的擠壓作用下通過(guò)一定形狀的口模成型,制品為具有恒定斷面形狀的連續(xù)型材。
擠出成型工藝適合于所有的高分子材料。幾乎能成型所有的熱塑性塑料,也可用于熱固性塑料,但僅限于酚醛等少數(shù)幾種熱固性塑料。塑料擠出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、單
絲、線(xiàn)纜包覆層、各種異型材以及塑料與其它材料的復(fù)合物等。目前約50%的熱塑性塑料制品是通過(guò)擠出成型的。此外擠出工藝也常用于塑料的著色、混煉、塑化、造粒及塑料的共混改性等,以擠出成型為基礎(chǔ),配合吹脹、拉伸等技術(shù),又發(fā)展為擠出一吹塑成型和擠出拉幅成型制造中空吹塑和雙軸拉伸薄膜等制品。可見(jiàn)擠出成型是聚合物成型中最重要的方法。
擠出工藝是塑料件加工中非常重要的技術(shù)工藝,并應(yīng)用范圍很廣,是眾多塑料制品生產(chǎn)廠必須具備的加工技術(shù)工藝。擠出成型工藝的主要特點(diǎn)如下:
擠出成型可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單,工藝控制容易,生產(chǎn)效率高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
可以根據(jù)產(chǎn)品的不同要求,改變產(chǎn)品的斷面形狀。該工藝可以生產(chǎn)管材、棒材、片材、板材、薄膜、電纜、單絲、中空制品和異型材等產(chǎn)品。
生產(chǎn)的連續(xù)操作,特別適合生產(chǎn)較長(zhǎng)尺寸的塑料制品成型。其生產(chǎn)率的提高比其他成型方法快。
應(yīng)用范圍廣。只要改變螺桿和輔機(jī),就能適用于多種塑料盒多種工藝過(guò)程。例如:可以加工大多數(shù)熱敏性塑料及部分熱固性塑料,也能用擠出法進(jìn)行共混改性、塑化、造粒、脫水和著色等。
設(shè)備成本低,投資少,見(jiàn)效快,占地面積小,生產(chǎn)環(huán)境清潔。
可以進(jìn)行綜合性生產(chǎn)。擠出機(jī)與壓延機(jī)配合,可以壓延薄膜,擠出機(jī)與壓機(jī)配合,可以生產(chǎn)各種壓制制件。
擠出成型設(shè)備的原理及種類(lèi)
擠出設(shè)備有螺桿擠出機(jī)和柱塞式擠出機(jī)兩大類(lèi),前者為連續(xù)式擠出,后者為間歇式擠出,主要用于高粘度的物料成型,如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯。螺桿擠出機(jī)可分為單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)。單螺桿擠出機(jī)是生產(chǎn)上最基本的擠出機(jī)。多螺桿擠出機(jī)中雙螺桿擠出機(jī)近年來(lái)發(fā)展最快,其應(yīng)用日漸廣泛。目前,在PVC塑料門(mén)窗型材的加工中,雙螺桿擠出機(jī)已成為主要生產(chǎn)設(shè)備,單螺桿擠出機(jī)將被逐步淘汰。但在其它聚合物的擠出加工中,單螺桿擠出機(jī)仍占主導(dǎo)地位。二者有各自的特點(diǎn):
單螺桿擠出機(jī)
單螺桿擠出機(jī)是由傳動(dòng)系統(tǒng)、擠出系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分組成(另外還有一些輔助設(shè)備)。其中擠出系統(tǒng)是擠出成型的關(guān)鍵部位,對(duì)擠出的成型質(zhì)量和產(chǎn)量起重要作用。擠出系統(tǒng)主要包括加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭和口模等幾個(gè)部分。
1、加料裝置
擠出成型的供料一般采用粒狀料。加料裝置是保證向擠出機(jī)料筒連續(xù)供料的裝置,形狀如漏斗,有圓錐形和方錐形,亦稱(chēng)料斗。其底部與料筒連接處是加料孔,該處有截?cái)嘌b置,可以調(diào)整和截?cái)嗔狭鳌T诩恿峡椎闹車(chē)欣鋮s夾套,用以防止料筒高溫向料斗傳熱,避免料斗內(nèi)塑料升溫發(fā)粘,引起加料不均和料流受阻情況發(fā)生。料斗的側(cè)面有玻璃視孔及標(biāo)定計(jì)量裝置。有些料斗還有防止塑料從空氣中吸收水分的預(yù)熱干燥真空減壓裝置,以及帶有能克服粉狀塑料產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象的攪拌器和能夠定時(shí)定量自動(dòng)加料的裝置。
2、料筒
料筒又叫機(jī)筒,是一個(gè)受熱受壓的金屬圓筒。物料的塑化和壓縮都是在料筒中進(jìn)行的。擠出成型時(shí)的工作溫度一般在180~290℃,料筒內(nèi)壓可達(dá)60MPa。在料筒的外面設(shè)有加熱和冷卻裝置。加熱一般分三至四段,常用電阻或電感加熱器,也有采用遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱的。冷卻的目的是防止塑料的過(guò)熱或停車(chē)時(shí)須對(duì)塑料快速冷卻以免塑料的降解。冷卻一般用風(fēng)冷或水冷。料筒須承受高壓,要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度,內(nèi)壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐塑料摩擦使塑料過(guò)熱,同時(shí)讓螺桿表面溫度略低于料筒,防止物料粘附其上,利于物料的輸送。
螺桿用止推軸承懸支在料筒的中央,與料筒中心線(xiàn)吻合,不應(yīng)有明顯的偏差。螺桿與料筒的間隙很小,使塑料受到強(qiáng)大的剪切作用而塑化并推動(dòng)向前。
螺桿由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng),轉(zhuǎn)速一般為10~120r/min,要求是無(wú)級(jí)變速。
3、螺桿
螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)
螺桿的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)有直徑、長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙等其中長(zhǎng)徑比(L/Ds)對(duì)螺桿的工作特性有重大的影響。一般擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為15~25,但近年來(lái)發(fā)展的擠出機(jī)有達(dá)40的,甚至更大。L/Ds大,能改善塑料的溫度分布,能使混合更均勻,還可減少擠出時(shí)的逆流和漏流,提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。L/Ds過(guò)小,對(duì)塑料的混合和塑化都不利。因此,對(duì)于硬塑料、粉狀塑料要求塑化時(shí)間長(zhǎng),應(yīng)選較大的。
L/Ds大的螺桿適應(yīng)性強(qiáng),可用于多種塑料的擠出。但L/Ds太大,熱敏性塑料會(huì)因受熱時(shí)間太長(zhǎng)而出現(xiàn)分解,同時(shí)增加螺桿的自重,使制造和安裝都困難,也會(huì)增大擠出機(jī)的功率消耗。目前,L/Ds以25居多。
螺桿的壓縮比ε
螺桿的壓縮比ε是指螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽的容積之比,它表示塑料通過(guò)螺桿的全過(guò)程被壓縮的程度。ε越大,塑料受到擠壓的作用也就越大,排除物料中空氣的能力就大。但ε太大,螺桿本身的機(jī)械強(qiáng)度下降。一般壓縮比ε在2~5之間。壓縮比ε的大小取決于擠出塑料的種類(lèi)和形態(tài),如粉狀塑料的相對(duì)密度小,夾帶空氣多,其壓縮比應(yīng)大于粒狀塑料。另外擠出薄壁狀制品時(shí),壓縮比ε應(yīng)比擠出厚壁制品的大。
螺槽深度H
螺槽深度影響塑料的塑化及擠出效率,H較小時(shí),對(duì)塑料可產(chǎn)生較高的剪切速率,有利于傳熱和塑化,但擠出生產(chǎn)率降低。因此,熱敏性塑料宜用。H大的深槽螺桿宜用熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的塑料。在實(shí)際生產(chǎn)中,根據(jù)工藝需要,螺槽深度往往是變化的,根據(jù)螺桿各段的功能不同,螺槽的深度不同,最通用的是漸變螺桿,如:加料段的螺槽深度Hl是個(gè)定值,一般H1>0.1Ds;壓縮段的螺槽深H2是漸變的,是一個(gè)變化值;均化段的螺槽深
H3是個(gè)定值,按經(jīng)驗(yàn) H3=0.02~0.06
Ds。螺旋角θ是螺紋與螺桿橫截面之間的夾角,隨著θ的增大,擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高,但螺桿對(duì)塑料的擠壓剪切作用減少。出于機(jī)械加工的方便,取Ds=Ls,則θ為17.26。為最常用的螺桿。
螺桿與料筒的間隙δ
螺桿與料筒的間隙δ,其大小影響擠出機(jī)的生產(chǎn)能力和物料的塑化。δ值大,熱傳導(dǎo)差,剪切速率低,不利于物料的熔融和混合,生產(chǎn)效率也不會(huì)高。但δ小時(shí),熱傳導(dǎo)和剪切率都相應(yīng)提高。但δ過(guò)于小,就易引起物料降解。
單螺桿擠出機(jī)擠出過(guò)程和螺桿各段的功能:
由高分子物理學(xué)知道,高聚物存在三種物理狀態(tài),即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài),在一定條件下,這三種物理狀態(tài)會(huì)發(fā)生互變。固態(tài)塑料由料斗進(jìn)人料筒后,隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)向機(jī)頭方向前進(jìn),在此過(guò)程中,塑料的物理狀態(tài)在不斷發(fā)生著變化。根據(jù)塑料在擠出機(jī)中的三種物理狀態(tài)的變化過(guò)程及對(duì)螺桿各部位的工作要求,通常將擠出機(jī)的螺桿分成加料段(固體輸送區(qū))、壓縮段(熔融區(qū))和均化段(熔體輸送區(qū))三段。對(duì)于常規(guī)漸變螺紋的螺桿來(lái)說(shuō),塑料在擠出機(jī)中的擠出過(guò)程可以通過(guò)螺桿各段的基本職能及塑料在擠出機(jī)中的物理狀態(tài)變化過(guò)程來(lái)描述。
加料段
塑料自料斗進(jìn)入擠出機(jī)的料筒內(nèi),在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下,由于料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前運(yùn)動(dòng)。在該段,螺桿的職能主要是將塑料壓實(shí)提供向前輸送的動(dòng)力,物料仍以固體狀態(tài)存在,雖然由于強(qiáng)烈的摩擦熱作用,在接近末端時(shí)與料筒內(nèi)壁相接觸的塑料已接近或達(dá)到粘流溫度,固體粒子表面開(kāi)始發(fā)粘,但熔融仍未開(kāi)始。這一區(qū)域稱(chēng)為遲滯區(qū),是指固體輸送區(qū)結(jié)束到最初開(kāi)始出現(xiàn)熔融的一為粘流態(tài)。
壓縮段
壓縮段指螺桿中部的一部分,塑料在這段中受熱前移并壓實(shí)和塑化,使包圍在塑料內(nèi)的空氣壓回到加料口處排出,這一段的螺槽由深變淺。
當(dāng)塑料從加料段進(jìn)入熔融段后,隨著塑料的繼續(xù)向前輸送,并由于螺桿的螺槽逐漸變淺,以及過(guò)濾板和機(jī)頭的阻礙作用,塑料逐漸形成壓力,并進(jìn)一步被壓實(shí)。
與此同時(shí),物料受到來(lái)自機(jī)筒的外部加熱和螺桿與機(jī)筒的強(qiáng)烈攪拌、混合和剪切等作用,塑料溫度不斷升高。熔融塑料量不斷增加,而未熔化的固態(tài)塑料則不斷減少,至熔融段末端,塑料全部或大部分熔融而轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)。
均化段
從熔融段進(jìn)人均化段的物料是已全部熔融的粘流體。向前輸送的粘流體在機(jī)頭口模阻力下,一部分回流被進(jìn)一步混合塑化,一部分被定量定壓地從機(jī)頭口模擠出。
從以上單螺桿擠出機(jī)的工作原理不難看出,塑料在擠出機(jī)中塑化,向前擠壓流動(dòng),其主要?jiǎng)恿?lái)源于加料段的固體輸送,塑化的均勻程度很大程度是由于均化段的結(jié)構(gòu)和機(jī)頭模具的阻力所造成的回流。
4、塑料擠出模具
2米直徑的HDPE管線(xiàn)擠出模具
擠塑模具是擠出生產(chǎn)的核心部分,擠塑模具技術(shù)狀態(tài)直接關(guān)系到擠出生產(chǎn)的穩(wěn)定性、擠出制品的質(zhì)量,擠出生產(chǎn)效率以及模具本身的使用壽命。因此,擠塑模具的設(shè)計(jì)就顯得非常重要。在機(jī)頭設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意一下幾個(gè)要點(diǎn):
1、機(jī)頭內(nèi)腔要成流線(xiàn)型
為使物料能沿機(jī)頭流道均勻地?cái)D出,避免物料因停滯而發(fā)生過(guò)熱分解,決不能在機(jī)頭中出現(xiàn)急劇地縮小,更不能有死角和停滯區(qū),應(yīng)盡量使流道光滑,建議表面粗糙度Ra值在0.4μm。
2、足夠的壓縮比
要根據(jù)塑料制品及塑料品種的不同,設(shè)計(jì)出能產(chǎn)生足夠的壓縮比機(jī)頭、以消除因分流支架造成的結(jié)合縫,使制品密實(shí)。
3、正確的斷面形狀
由于塑料的性能
、壓力、密度、收縮率等因素,機(jī)頭的口模成型斷面形狀與制品真實(shí)斷面形狀是有差別的,設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這一因素,使機(jī)頭口模有合理的斷面形狀。
4、節(jié)奏緊湊、便于拆裝
在滿(mǎn)足力學(xué)性能的條件下,要設(shè)計(jì)出節(jié)奏進(jìn)走、連接處嚴(yán)密、傳熱均勻、拆裝方便、且不漏料的機(jī)頭。
5、選材合理
機(jī)頭要選用耐腐蝕、耐摩擦、抗拉強(qiáng)度好、硬度較高的鋼材。有的還要根據(jù)情況鍍鉻。
雙螺桿擠出機(jī)
隨著聚合物加工業(yè)的發(fā)展,對(duì)高分子材料成型和混合工藝提出了越來(lái)越多和越來(lái)越高的要求,單螺桿擠出機(jī)在某些方面就不能滿(mǎn)足這些要求。例如:用單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行填充改性和加玻璃纖維增強(qiáng)改性等,混合分散效果就不理想。另外,單螺桿擠出機(jī)尤其不適合粉狀物料的加工。為了適應(yīng)聚合物加工中混合工藝的要求,特別是硬聚氯乙烯粉料的加工,雙螺桿擠出機(jī)自20世紀(jì)30年代后期在意大利開(kāi)發(fā)出來(lái)以后,經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的不斷改進(jìn)和完善,得到了很大的發(fā)展。在國(guó)外,目前雙螺桿擠出機(jī)已廣泛應(yīng)用于聚合物加工領(lǐng)域,已占全部擠出機(jī)總數(shù)的40%。硬聚氯乙烯粒料、管材、異型材、板材幾乎都是采用雙螺桿擠出機(jī)加工成型的。作為連續(xù)混合機(jī),雙螺桿擠出機(jī)已廣泛用來(lái)進(jìn)行聚合物共混、填充和增強(qiáng)改性,也有用來(lái)進(jìn)行反應(yīng)擠出。近20年來(lái),高分子材料共混和反應(yīng)擠出技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了雙螺桿擠出機(jī)數(shù)量和類(lèi)型的增加。
雙螺桿擠出機(jī)由傳動(dòng)裝置、加料裝置、料筒和螺桿等幾個(gè)部分組成,各部件的作用與單螺桿擠出機(jī)相似。與單螺桿擠出機(jī)區(qū)別之處在于雙螺桿擠出機(jī)中有兩根平行的螺桿置于同一的料筒中。
雙螺桿擠出機(jī)有許多種不同的形式,主要差別在于螺桿結(jié)構(gòu)的不同。雙螺桿擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)要比單螺桿擠出機(jī)復(fù)雜得多,這是因?yàn)殡p螺桿擠出機(jī)的螺桿還有諸如旋轉(zhuǎn)方向、嚙合程度等等問(wèn)題。
常用于PVC型材擠出的雙螺桿擠出機(jī)通常是緊密?chē)Ш锨耶愊蛐D(zhuǎn)的螺桿,少數(shù)也有使用同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿擠出的,但一般只能在低速下操作,約在10r/min范圍內(nèi)。而高速?lài)Ш贤蛐D(zhuǎn)式雙螺桿擠出機(jī)用于混煉、排氣造粒或作為連續(xù)化學(xué)反應(yīng)器使用,這類(lèi)擠出機(jī)最大螺桿速度范圍在300~600r/min。非嚙合型擠出機(jī)與嚙合型擠出機(jī)的輸送機(jī)理大不相同,比較接近于單螺桿擠出機(jī)的輸送機(jī)理,二者有本質(zhì)上的差別。
雙螺桿擠出機(jī)的工作原理
雙螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)盡管與單螺桿擠出機(jī)很相似,但工作原理差異卻很大。在雙螺桿擠出機(jī)中,物料由加料裝置(一般為定量加料)加入,經(jīng)螺桿作用到達(dá)機(jī)頭口模。在這一過(guò)程中,物料的運(yùn)動(dòng)情況因螺桿的嚙合方式、旋轉(zhuǎn)方向不同而不同。
雙螺桿擠出機(jī)的主要參數(shù)
1、螺桿公稱(chēng)直徑。螺桿公稱(chēng)直徑是指螺桿外徑,單位為mm。對(duì)于變直徑(或錐形)螺桿而言,螺桿直徑是一個(gè)變值,一般用最小直徑和最大直徑表示如:65/130。雙螺桿的直徑越大,表征機(jī)器的加工能力越大。
2、螺桿的長(zhǎng)徑比。螺桿的長(zhǎng)徑比是指螺桿的有效長(zhǎng)度與外徑之比。一般整體式雙螺桿擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比是在7-18之間。對(duì)于組合式雙螺桿擠出機(jī),長(zhǎng)徑比是可變的。從發(fā)展看,長(zhǎng)徑比有逐步加大的趨勢(shì)。
3、螺桿的轉(zhuǎn)向。螺桿的轉(zhuǎn)向有同向和異向之分。一般同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)多用于混料,異向旋轉(zhuǎn)的擠出機(jī)多用于擠出制品。
4、螺桿的轉(zhuǎn)速范圍。螺桿的轉(zhuǎn)速范圍是指螺桿的最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速
(允許值)間的范圍。同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)可以高速旋轉(zhuǎn),異向旋轉(zhuǎn)的擠出機(jī)一般轉(zhuǎn)速僅在0-40 r/min。
5、驅(qū)動(dòng)功率。驅(qū)動(dòng)功率是指驅(qū)動(dòng)螺桿的電動(dòng)機(jī)功率,單位為Kw。
6、產(chǎn)量。產(chǎn)量指每小時(shí)物料的擠出量,單位為Kg/h。
雙螺桿擠出機(jī)與單螺桿擠出機(jī)的差別
在單螺桿擠出機(jī)中,物料傳送是拖曳型的。固體輸送段中為摩擦拖曳,熔體輸送段中為粘性拖曳。固體物料的摩擦性能和熔融物料的粘性決定了輸送行為。如有些物料摩擦性能不良,如果不解決喂料問(wèn)題,則較難將物料喂入單螺桿擠出機(jī)。所以顆粒狀的原料適合單螺桿擠出機(jī)進(jìn)料。
而在雙螺桿擠出機(jī)中,特別是嚙合型雙螺桿擠出機(jī),物料的傳送在某種程度上是正向位移傳送,正向位移的程度取決于一根螺桿的螺棱與另一根螺桿的相對(duì)螺槽的接近程度。緊密?chē)Ш袭愊蛐D(zhuǎn)擠出機(jī)的螺桿幾何形狀能得到高度的正向位移輸送特性。形成了強(qiáng)制進(jìn)料,粉末狀的物料有利于擠壓進(jìn)料。
輔助設(shè)備
塑料擠出機(jī)組的輔機(jī)主要包括放線(xiàn)裝置、校直裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置、牽引裝置、計(jì)米器、火花試驗(yàn)機(jī)、收線(xiàn)裝置。擠出機(jī)組的用途不同其選配用的輔助設(shè)備也不盡相同,如還有切斷器、吹干器、印字裝置等。
校直裝置
塑料擠出廢品類(lèi)型中最常見(jiàn)的一種是偏心,而線(xiàn)芯各種型式的彎曲則是產(chǎn)生絕緣偏心的重要原因之一。在護(hù)套擠出中,護(hù)套表面的刮傷也往往是由纜芯的彎曲造成的。因此,各種擠塑機(jī)組中的校直裝置是必不可少。校直裝置的主要型式有:滾筒式(分為水平式和垂直式);滑輪式(分為單滑輪和滑輪組);絞輪式,兼起拖動(dòng)、校直、穩(wěn)定張力等多種作用;壓輪式(分為水平式和垂直式)等。
預(yù)熱裝置
纜芯預(yù)熱對(duì)于絕緣擠出和護(hù)套擠出都是必要的。對(duì)于絕緣層,尤其是薄層絕緣,不能允許氣孔的存在,線(xiàn)芯在擠包前通過(guò)高溫預(yù)熱可以徹底清除表面的水份、油污。對(duì)于護(hù)套擠出來(lái)講,其主要作用在于烘干纜芯,防止由于潮氣(或繞包墊層的濕氣)的作用使護(hù)套中出現(xiàn)氣孔的可能。預(yù)熱還可防止擠出中塑料因驟冷而殘留內(nèi)壓力的作用。在擠塑料過(guò)程中,預(yù)熱可消除冷線(xiàn)進(jìn)入高溫機(jī)頭,在模口處與塑膠接觸時(shí)形成的懸殊溫差,避免塑膠溫度的波動(dòng)而導(dǎo)致擠出壓力的波動(dòng),從而穩(wěn)定擠出量,保證擠出質(zhì)量。擠塑機(jī)組中均采用電加熱線(xiàn)芯預(yù)熱裝置,要求有足夠的容量并保證升溫迅速,使線(xiàn)芯預(yù)熱和纜芯烘干效率高。預(yù)熱溫度受放線(xiàn)速度的制約,一般與機(jī)頭溫度相仿即可。
冷卻裝置
成型的塑料擠包層在離開(kāi)機(jī)頭后,應(yīng)立即進(jìn)行冷卻定型,否則會(huì)在重力的作用下發(fā)生變形。冷卻的方式通常采用水冷卻,并根據(jù)水溫不同,分為急冷和緩冷。急冷就是冷水直接冷卻,急冷對(duì)塑料擠包層定型有利,但對(duì)結(jié)晶高聚物而言,因驟熱冷卻,易在擠包層組織內(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)力,導(dǎo)致使用過(guò)程中產(chǎn)生龜裂,一般PVC塑膠層采用急冷。緩冷則是為了減少制品的內(nèi)應(yīng)力,在冷卻水槽中分段放置不同溫度的水,使制品逐漸降溫定型,對(duì)PE、PP的擠出就采用緩冷進(jìn)行,即經(jīng)過(guò)熱水、溫水、冷水三段冷卻。
控制系統(tǒng)
塑料擠出機(jī)的控制系統(tǒng)包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及工藝參數(shù)測(cè)量系統(tǒng),主要由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即控制屏和操作臺(tái))組成。其主要作用是:控制和調(diào)節(jié)主輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī),輸出符合工藝要求的轉(zhuǎn)速和功率,并能使主輔機(jī)協(xié)調(diào)工作;檢測(cè)和調(diào)節(jié)擠塑機(jī)中塑料的溫度、壓力、流量;實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)組的控制或自動(dòng)控制。
擠出機(jī)組的電氣控制大致分為傳動(dòng)控制和溫度控制兩大部分,實(shí)現(xiàn)對(duì)擠塑工藝包括溫度、壓力、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)、螺桿冷卻、機(jī)筒冷卻、制品冷卻和外徑的控制,以及牽引速度、整齊排線(xiàn)和保證收線(xiàn)盤(pán)上從空盤(pán)到滿(mǎn)盤(pán)的恒張力收線(xiàn)控制。
擠塑機(jī)主機(jī)的溫度控制
電線(xiàn)電纜絕緣和護(hù)套的塑料擠出是根據(jù)熱塑性塑料變形特性,使之處于粘流態(tài)進(jìn)行的。除了要求螺桿和機(jī)筒外部加熱,傳到塑料使之融化擠出,還要考慮螺桿擠出塑料時(shí)其本身的發(fā)熱,因此要求主機(jī)的溫度應(yīng)從整體來(lái)考慮,既要考慮加熱器加熱的開(kāi)與關(guān),又要考慮螺桿的擠出熱量外溢的因素予以冷卻,要有有效的冷卻設(shè)施。并要求正確合理的確定測(cè)量元件熱電偶的位置和安裝方法,能從控溫儀表讀數(shù)準(zhǔn)確反映主機(jī)各段的實(shí)際溫度。以及要求溫控儀表的精度與系統(tǒng)配合好,使整個(gè)主機(jī)溫度控制系統(tǒng)的波動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到各種塑料的擠出溫度的要求。
擠塑機(jī)的壓力控制
為了反映機(jī)頭的擠出情況,需要檢測(cè)擠出時(shí)的機(jī)頭壓力,由于國(guó)產(chǎn)擠塑機(jī)沒(méi)有機(jī)頭壓力傳感器,一般是對(duì)螺桿擠出后推力的測(cè)量替代機(jī)頭壓力的測(cè)量,螺桿負(fù)荷表(電流表或電壓表)能正確反映擠出壓力的大小。擠出壓力的波動(dòng),也是引起擠出質(zhì)量不穩(wěn)的重要因素之一,擠出壓力的波動(dòng)與擠出溫度、冷卻裝置的使用,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短等因素密切相關(guān)。當(dāng)發(fā)生異常現(xiàn)象時(shí),能排除的迅速排除,必須重新組織生產(chǎn)的則應(yīng)果斷停機(jī),不但可以避免廢品的增多,更能預(yù)防事故的發(fā)生。通過(guò)檢測(cè)的壓力表讀數(shù),就可以知道塑料在擠出時(shí)的壓力狀態(tài),一般取后推力極限值報(bào)警控制。
螺桿轉(zhuǎn)速的控制
螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定是主機(jī)傳動(dòng)的重要工藝要求之一。螺桿轉(zhuǎn)速直接決定出膠量和擠出速度,正常生產(chǎn)總希望盡可能實(shí)現(xiàn)最高轉(zhuǎn)速及實(shí)現(xiàn)高產(chǎn),對(duì)擠塑機(jī)要求螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)钠饎?dòng)到所需工作轉(zhuǎn)速時(shí),可供使用的調(diào)速范圍要大。而且對(duì)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求高,因?yàn)檗D(zhuǎn)速的波動(dòng)將導(dǎo)致擠出量的波動(dòng),影響擠出質(zhì)量,所以在牽引線(xiàn)速度沒(méi)有變化情況下,就會(huì)造成線(xiàn)纜外徑的變化。同理如牽引裝置線(xiàn)速波動(dòng)大也會(huì)造成線(xiàn)纜外徑的變化,螺桿和牽引線(xiàn)速度可通過(guò)操作臺(tái)上相應(yīng)儀表反映出來(lái),擠出時(shí)應(yīng)密切觀察,確保優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
外徑的控制
如上所述為了保證制品線(xiàn)纜外徑的尺寸,除要求控制線(xiàn)芯(纜芯)的尺寸公差外,在擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引裝置線(xiàn)速度等方面應(yīng)有所控制保證,而外徑的測(cè)量控制則綜合反映上述控制的精度和水平。在擠塑機(jī)組設(shè)備中,特別是高速擠塑生產(chǎn)線(xiàn)上,應(yīng)配用在線(xiàn)外徑檢測(cè)儀,隨時(shí)對(duì)線(xiàn)纜外徑進(jìn)行檢測(cè),并且將超差信號(hào)反饋以調(diào)整牽引或螺桿的轉(zhuǎn)速,糾正外徑超差。
收卷要求的張力控制
為了保證不同線(xiàn)速下的收線(xiàn),從空盤(pán)到滿(mǎn)盤(pán)工作的恒張力要求,希望收排線(xiàn)裝置有貯線(xiàn)張力調(diào)整機(jī)構(gòu),或在電氣上考慮恒線(xiàn)速度系統(tǒng)和恒張力系統(tǒng)的收卷等等。
整機(jī)的電氣自動(dòng)化控制
這是實(shí)現(xiàn)高速擠出生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)具備的工藝控制要求,主要是:開(kāi)機(jī)溫度聯(lián)鎖;工作壓力保護(hù)與聯(lián)鎖;擠出、牽引兩大部件傳動(dòng)的比例同步控制;收線(xiàn)與牽引的同步控制;外徑在線(xiàn)檢測(cè)與反饋控制;根據(jù)各種不同需要組成部件的單機(jī)與整機(jī)跟蹤的控制。
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