摘要介绍几种可用普通挤出设备生产管材的改性超高分子量聚乙烯

聚乙烯管材的挤出技术

闪立新

蚌埠时代塑业有限公司安徽蚌埠233010

2.6切割装置

管材切割装置是生产过程中最后的质量控制环节,理想的切割装置应具备以下条件:保证切断的管材截面与轴心线的垂直度;保证切断的管材截面的平整度,不允许出现毛边等缺陷;满足生产线速度的要求。目前,国内企业应用较多的切割装置主要是锯片式切断装置、行星式切断装置两种。锯片式的切断装置是最古老的机型,在过去它常被用来切割φ110mm管径以下的薄壁管,由于锯片切割很难保证管材截面与轴心的垂直度,而且切断的截面不平整以及噪音较大等原因,目前处于被淘汰阶段。行星式切割较适合于φ160mm以上的PE管材,它的原理就是高速旋转的圆盘锯片能围绕管材旋转,旋转一周将管材切断。根据聚烯烃管材的生产特点,目前有以下的切断技术:无屑刀切装置;环面刀切装置;行星切断装置。

3挤出原理

3.1挤出成型的基本原理

根据高分子物理学的概念,塑料在一定的外力作用下,受热时会出现玻璃态、高弹态、粘流态三种物理状态,这三种物理状态在一定条件下会相互转化。塑料由玻璃态转化为高弹态的温度称为玻璃化温度,由

高弹态转化为粘流态的温度称为粘流温度,通常结晶聚合物的粘流温度也称为熔融温度,塑料温度高到一定程度发生分解的温度,称为分解温度。聚乙烯(PE)材料的温度特性:玻璃化温度为-110℃;熔融温度为105～135℃;聚乙烯的高弹态并不明显,当温度高于熔化温度时很快的熔化而处于粘流状态;聚乙烯的分解温度一般在280℃左右。

3.2聚合物在单螺杆中的挤出过程

固体物料从料斗加入,在旋转着的螺杆的作用下,通过机筒内壁和螺杆表面的摩擦作用,向前输送和压实。在开始的阶段物料呈固态向前输送,由于机筒外有加热圈,热通过机筒传导给物料;与此同时,物料在前进运动中,因摩擦产生热量,使物料沿料筒向前的温度逐渐升高,致使物料从固体颗粒状转变为熔融的流体状态,熔融的物料被连续不断地输送到螺杆前方,通过过滤板、分流板而进入机头成型,从而使高聚物具有一定形状;再通过定型、冷却、牵引等辅机作用,就成为一定形状的塑料制品。在这个过程中,挤出机挤压系统的主要作用是:⑴连续、稳定地输送物料;⑵将固体物料塑化成熔融物料;⑶使物料在温度和组分上均匀一致。

3.3物料通过螺杆的挤出过程

由于螺杆旋转,使得物料与螺杆、机筒表面的相对

运动而形成摩擦作用,强行将物料向前输送;又由于实

际挤出机螺杆结构尺寸的特点(螺槽体积从加料斗处

的较大体积逐渐变小,到机筒出口处,螺槽体积最

小),使物料从一个大容积的空间强行走向小容积的

空间;再由于在螺杆前端安装有过滤板和分流板等阻力元件,所以造成了沿螺杆长度方向上物料的压力

上升。

这种压力的增加,对固体物料来说,可以使从加料

斗加入的松散物料逐渐压实,致使粘附于固体表面的气体沿料斗排出。固体料压实后,能改善机筒给予物料的热量在物料内部的热传导,也有利于加速固体物料的熔融。当物料从螺杆进入口模成型时,由于物料本身的压力存在,使挤出的制品密实,并对制品的表面形状和光洁度均有益处。

当物料沿螺杆前进时,由机筒的加热,压实后的固

体吸收外界的热量,同时在前进时,物料与机筒、螺杆表面的摩擦产生大量的热量,使靠近机筒的那一层物料首先熔融,在输送过程中,熔体与机筒表面及熔体层之间的剪切摩擦作用,也能转化为热量,使机筒内的物料进一步熔融,在到达口模之前的一段过程中,物料已全部完成了由固体状态(玻璃态或高弹态)向粘流状

态的熔体转变,具备了成型前物理状态的要求。

当熔融的物料继续沿螺杆前进时,熔融流体不仅

具有顺着螺槽方向的正流流速,而且在垂直于螺槽的方向上有横流流动,因而形成了螺槽内环流和转角处的涡流,促使物料在熔融后得到充分的搅拌和混合。

从以上分析来看,物料通过螺杆的挤出包括了输

送、熔融和混合的复杂过程,这个过程能否得以圆满完成,挤压系统的螺杆结构起着关键的作用。

一般螺杆在挤出机中要完成三个基本职能,即:固

体输送、熔融和熔体输送。可以想像,各个不同职能对螺杆的结构和尺寸要求是不同的,因而普通的挤出机螺杆都可以分为三个不同结构的区段,即⑴加料段—进行高分子物料的输送;⑵压缩段—压缩物料

并使物料熔融;⑶计量段—对熔融物料进行搅拌和

混合(也可称为均化段),并定量定压地将熔体向

口模输送。

4挤出成型生产工艺控制

4.1螺杆转速

螺杆的转速在挤出生产线主机控制装置中调节。

螺杆转速的大小直接影响挤出机输送的物料量,也决定由摩擦产生的热量,影响熔融物料的流动性。螺杆转速的调节随螺杆结构和所加工的材料而异,视制品形状、产量和辅机中的冷却速度而不同。

4.2螺杆背压

挤出机前的多孔板、滤网和机头上的可调节阻力

元件对熔体流动的节制作用可产生不同的螺杆背压。背压的调节使物料得到不同的混合程度和剪切,改变

塑化质量和供料的平稳性。4.3机筒、螺杆和机头温度热塑性聚合物固体在一定的温度条件下发生熔

融,转化为熔体。熔体粘度与温度有反比关系,因此,挤

出机的挤出量会因物料温度的变化而受到影响。当物料被加入到挤出机料筒内时,受到由外部加热装置提

供的热量以及由于作功所产生的摩擦热的综合作用,

物料在机头中时,机头外部的加热装置提供热量。假如操作中挤出物料的温度不足以把固体物料熔融,此时

线流动性很差,产品的质量会受到影响,机械的寿命也

会受到影响;假如温度过高,会使聚合物过热或发生分解。温度的控制是挤出操作中非常重要的控制因素。螺杆的温度控制涉及物料的输送率、物料的塑化、

熔融质量,许多挤出机将螺杆制造成可控制温度的结构。料筒各段的温度根据物料状态变化的需要设定。比较大的机头也将加热装置分成各个部位。挤出机的温度是螺杆、料筒各段、机头各段分别设定并控制的。

4.4定型装置、冷却装置的温度

挤出不同的产品,采用的定型方式和冷却方式是

不同的,相关的设备各种各样,但共同的都需要控制温度,冷却介质可以是空气、水或其他液体,温度关系到

冷却适度、生产效率、制品内应力。

4.5牵引速度