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擠出機(jī)起源于18世紀(jì),Joseph Bramah(英格蘭)于1795年所制造的用于制造無縫鉛管的手動活塞式壓出機(jī)就被認(rèn)為是世界上的第一臺擠出機(jī)。從那時起,在19世紀(jì)前50年期間,擠出機(jī)基本上只適用于鉛管的生產(chǎn)、通心粉以及其它食品的加工、制磚及陶瓷工業(yè)。在作為一種制造方法的發(fā)展過程中,第1次有明確記載的是R.Brooman在1845年申請的用擠出機(jī)生產(chǎn)固特波膠電線的專利。固特波公司的H.Bewlgy隨后對該擠出機(jī)進(jìn)行了改進(jìn),并于1851年將它用于包覆在Dover和Calais公司之間的第1根海底電纜的銅線上。1879年英國人M.Gray取得第一個采用阿基米德螺線式螺桿擠出機(jī)專利。在此后的25年內(nèi),擠出方法逐漸重要,并且逐漸由電動操縱的擠出機(jī)迅速替代了以往的手動擠出機(jī)。1935年德國機(jī)械制造商Paul Troestar生產(chǎn)出用于熱塑性塑料的擠出機(jī)。1939年他們把塑料擠出機(jī)發(fā)展到了一個現(xiàn)階段——現(xiàn)代單螺桿擠出機(jī)階段。

單螺桿擠出機(jī)原理

單螺桿一般在有效長度上分為三段,按螺桿直徑大小 螺距 螺深確定三段有效長度,一般按各占三分之一劃分。

料口最后一道螺紋開始叫輸送段:物料在此處要求不能塑化,但要預(yù)熱、受壓擠實,過去老擠出理論認(rèn)為此處物料是松散體,后來通過證明此處物料的運(yùn)動類似固體活塞,因此只要完成輸送任務(wù)就是它的功能了。

第二段叫壓縮段,此時螺槽體積由大逐漸變小,并且溫度要達(dá)到物料塑化程度,此處產(chǎn)生壓縮由輸送段三,在這里壓縮到一,這叫螺桿的壓縮比——3﹕1,有的機(jī)器也有變化,完成塑化的物料進(jìn)入到第三段。

第三段是計量段,此處物料保持塑化溫度,只是象計量泵那樣準(zhǔn)確、定量輸送熔體物料,以供給機(jī)頭,此時溫度不能低于塑化溫度,一般略高點(diǎn)。

擠出機(jī)的節(jié)能上可分為兩個部分:一個是動力部分,一個是加熱部分。

動力部分節(jié)能:大多采用變頻器,節(jié)能方式是通過節(jié)約電機(jī)的余耗能,例如電機(jī)的實際功率是50Hz,而你在生產(chǎn)中實際上只需要30Hz就足夠生產(chǎn)了,那些多余的能耗就白白浪費(fèi)了,變頻器就是改變電機(jī)的功率輸出達(dá)到節(jié)能的效果。

加熱部分節(jié)能:加熱部分節(jié)能大多是采用電磁加熱器節(jié)能,節(jié)能率約是老式電阻圈的30%~70%。

工作過程

塑料物料從料斗進(jìn)入到擠出機(jī),在螺桿的轉(zhuǎn)動帶動下將其向前進(jìn)行輸送,物料在向前運(yùn)動的過程中,接受料筒的加熱、螺桿帶來的剪切以及壓縮作用使得物料熔融,因而實現(xiàn)了在玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)的三態(tài)間的變化。

在進(jìn)行加壓的情況,使得處于粘流態(tài)的物料通過具有一定的形狀的口模,然后根據(jù)口模而成為橫截面和口模樣子相仿的連續(xù)體。繼而冷卻定型形成玻璃態(tài),由此得到所需加工的制件。

在擠出機(jī)中,一般情況下,最基本和最通用的是單螺桿擠出機(jī)。其主要包括:傳動、加料裝置、料筒、螺桿、機(jī)頭和口模等六個部分。

傳動部分

傳動部分通常由電動機(jī),減速箱和軸承等組成。在擠出的過程中,螺桿轉(zhuǎn)速必須穩(wěn)定,不能隨著螺桿負(fù)荷的變化而變化,這樣才能保持所得制品的質(zhì)量均勻一致。但是在不同的場合下又要要求螺桿可以變速,以達(dá)到一臺設(shè)備可以擠出不同塑料或不同制品的要求。因此,本部分一般采用交流整流子電動機(jī)、直流電動機(jī)等裝置,以達(dá)到無級變速,一般螺桿轉(zhuǎn)速為10~100轉(zhuǎn)/分。

傳動系統(tǒng)的作用是驅(qū)動螺桿,供給螺桿在擠出過程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速,通常由電動機(jī)、減速器和軸承等組成。而在結(jié)構(gòu)基本相同的前提下,減速機(jī)的制造成本大致與其外形尺寸及重量成正比。因為減速機(jī)的外形和重量大,意味著制造時消耗的材料多,另所使用的軸承也比較大,使制造成本增加。

同樣螺桿直徑的擠出機(jī),高速高效的擠出機(jī)比常規(guī)的擠出機(jī)所消耗的能量多,電機(jī)功率加大一倍,減速機(jī)的機(jī)座號相應(yīng)加大是必須的。但高的螺桿速度,意味著低的減速比。同樣大小的減速機(jī),低減速比的與大減速比的相比,齒輪模數(shù)增大,減速機(jī)承受負(fù)荷的能力也增大。因此減速機(jī)的體積重量的增大,不是與電機(jī)功率的增大成線性比例的。如果用擠出量做分母,除以減速機(jī)重量,高速高效的擠出機(jī)得數(shù)小,普通擠出機(jī)得數(shù)大。以單位產(chǎn)量計,高速高效擠出機(jī)的電機(jī)功率小及減速機(jī)重量小,意味著高速高效擠出機(jī)的單位產(chǎn)量機(jī)器制造成本比普通擠出機(jī)低。

加料裝置

供料一般大多采用粒料,但也可以采用帶狀料或者粉料。裝料設(shè)備通常都使用錐形加料斗,其容積要求至少能提供一個小時的用量。料斗底部有截斷裝置,以便調(diào)整和切斷料流,在料斗的側(cè)面裝有視孔和標(biāo)定計量的裝置。有些料斗還可能帶有防止原料從空氣中吸收水分的減壓裝置或者加熱裝置,或者有些料筒還自帶攪拌器,能為其自動上料或加料。

1.料斗

料斗一般做成對稱形式。在料斗的側(cè)面開有視窗,以觀察料位及上料情況,料斗的底部有開合門,以停止和調(diào)節(jié)加料量。料斗上方加蓋子,防止灰塵、濕氣及雜質(zhì)落入。在選擇料斗材料時,最好用輕便、耐腐蝕和易加工材料,一般多用鋁板和不銹鋼板。料斗的容積要視擠出機(jī)的規(guī)格大小和上料方式而定。一般為擠出機(jī)1~1.5h的擠出量。

2.上料

上料方式有人工上料和自動上料兩種。自動上料主要有彈簧上料、鼓風(fēng)上料、真空上料、運(yùn)輸帶傳送上料等形式。一般情況下,小型擠出機(jī)用人工上料,大型擠出機(jī)用自動上料。

3.加料方式分類

① 重力加料:

原理——物料依靠自身的重量進(jìn)入料筒,包括人工上料、彈簧上料、鼓風(fēng)上料。

特點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡單,成本低。但容易造成進(jìn)料不均勻,從而影響制件的質(zhì)量。它只適用于小規(guī)格的擠出機(jī)。

② 強(qiáng)制加料:

原理——在料斗中裝上能對物料施加外壓力的裝置,強(qiáng)制物料進(jìn)入擠出機(jī)料筒中。

特點(diǎn)——能克服"架橋"現(xiàn)象,使加料均勻。加料螺旋由擠出機(jī)螺桿通過傳動鏈驅(qū)動,使其轉(zhuǎn)速與螺桿轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。能在加料口堵塞時啟動過載保護(hù)裝置,從而避免了加料裝置的損壞。

料筒

一般為一個金屬料桶,為合金鋼或者內(nèi)襯為合金鋼的復(fù)合鋼管制成。其基本特點(diǎn)為耐溫耐壓強(qiáng)度較高,堅固耐磨耐腐蝕。一般料筒的長度為其直徑的15~30倍,其長度以使物料得到充分加熱和塑化均勻為原則。料筒應(yīng)該有其足夠的厚度與剛度。內(nèi)部應(yīng)該光滑,但是有些料筒刻有各種溝槽,以增大與塑料的摩擦力。在料筒外部附有電阻、電感以及其他方式加熱的電熱器、溫度自控裝置及冷卻系統(tǒng)。

1.料筒在結(jié)構(gòu)上存在著三種形式:

(1)整體式料筒

加工方法——在整體材料上加工出來。

優(yōu)點(diǎn)——容易保證較高的制造精度和裝配精度,可以簡化裝配工作,料筒受熱均勻,應(yīng)用較多。

缺點(diǎn)——由于料筒長度大,加工要求較高,對加工設(shè)備的要求也很嚴(yán)格。料筒內(nèi)表面磨損后難以修復(fù)。

(2)組合料簡

加工方法——將料筒分幾段加工,然后各段用法蘭或其他形式連接起來。

優(yōu)點(diǎn)——加工簡單,便于改變長徑比,多用于需要改變螺桿長徑比的情況。

缺點(diǎn)——對加工精度要求很高,由于分段多,難以保證各段的同軸度,法蘭連接處破壞了料筒加熱的均勻性,增加了熱量損失,加熱冷卻系統(tǒng)的設(shè)置和維修也較困難

(3)雙金屬料筒

加工方法——在一般碳素鋼或鑄鋼的基體內(nèi)部鑲或鑄一層合金鋼材料。它既能滿足料筒對材質(zhì)的要求,又能節(jié)省貴重金屬材料。

① 襯套式料筒:料筒內(nèi)配上可更換的合金鋼襯套。節(jié)省貴重金屬,襯套可更換,提高了料筒的使用壽命。但其設(shè)計、制造和裝配都較復(fù)雜。

② 澆鑄式料筒:在料筒內(nèi)壁上離心澆鑄一層大約2mm厚的合金,然后用研磨法得到所需要的料筒內(nèi)徑尺寸。合金層與料筒的基體結(jié)合得很好,且沿料筒軸向長度上的結(jié)合較均勻,既沒有剝落的傾向,又不會開裂,還有滑動性能,耐磨性高,使用壽命長。

(4)IKV料筒

1料筒加料段內(nèi)壁開設(shè)縱向溝槽

為了提高固體輸送率,由固體輸送理論知,一種方法就是增加料筒表面的摩擦系數(shù),還有一種方法就是增加加料口處的物料通過垂直于螺桿軸線的橫截面的面積。在料筒加料段內(nèi)壁開設(shè)縱向溝槽和將加料段靠近加料口處的一段料筒內(nèi)壁做成錐形就是這兩種方法的具體化。

2強(qiáng)制冷卻加料段料筒

為了提高固體輸送量,還有一種方法。就是冷卻加料段料筒,目的是使被輸送的物料的溫度保持在軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)以下,避免熔膜出現(xiàn),以保持物料的固體摩擦性質(zhì)。

采用上述方法后,輸送效率由0.3提高到0.6,而且擠出量對機(jī)頭壓力變化的敏感性較小。

螺桿

螺桿是擠出機(jī)的心臟,是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件,螺桿的性能好壞,決定了一臺擠出機(jī)的生產(chǎn)率、塑化質(zhì)量、填加物的分散性、熔體溫度、動力消耗等。是擠出機(jī)最重要的部件,它可以直接影響到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率。通過螺桿的轉(zhuǎn)動對塑料產(chǎn)生極壓的作用,塑料在料筒中才可以發(fā)生移動、增壓以及從摩擦中獲取部分熱量,塑料在料筒中移動的過程中獲得混合和塑化,黏流態(tài)的熔體在被擠壓而流經(jīng)口模時,獲得所需的形狀而成型。與料筒一樣,螺桿也是用高強(qiáng)度、耐熱和耐腐蝕的合金制備而成。

由于塑料的種類很多,它們的性質(zhì)也各不相同。因此在實際操作中,為了適應(yīng)不同的塑料加工需要,所需的螺桿種類不同,結(jié)構(gòu)也有各有差別。以便能最大效率的對塑料產(chǎn)生最大化運(yùn)輸、擠壓、混合和塑化作用。圖為幾種較常見的螺桿。

表示螺桿特征的基本參數(shù)包括以下幾點(diǎn):直徑、長徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿和料筒的間隙等。

最常見的螺桿直徑D大約為45~150毫米。螺桿直徑增大,擠出機(jī)的加工能力也相應(yīng)提高,擠出機(jī)的生產(chǎn)率與螺桿直徑D的平方呈正比。螺桿工作部分有效長度與直徑之比(簡稱長徑比,表示為L/D)通常為18~25。L/D大,能改善物料溫度分布,有利于塑料的混合和塑化,并能減少漏流和逆流。提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力,L/D大的螺桿適應(yīng)性較強(qiáng),能用于多種塑料的擠出;但L/D過大時,會使塑科受熱時間增長而降解,同時因螺桿自重增加,自由端撓曲下垂,容易引起料簡與螺桿間擦傷,并使制造加工困難;增大了擠出機(jī)的功率消耗。過短的螺桿,容易引起混煉的塑化不良。

料筒內(nèi)徑與螺桿直徑差的一半稱間隙δ,它能影響擠出機(jī)的生產(chǎn)能力,隨δ的增大,生產(chǎn)率降低.通�？刂痞脑�0.1一0.6毫米左右為宜。 δ小,物料受到的剪切作用較大,有利于塑化,但δ過小,強(qiáng)烈的剪切作用容易引起物料出現(xiàn)熱機(jī)械降解,同時易使螺桿被抱住或與料筒壁摩擦,而且, δ太小時,物料的漏琉和逆流幾乎沒有,在一定程度上影響熔體的混合。

螺旋角Φ是螺紋與螺桿橫斷面的夾角,隨Φ增大,擠出機(jī)的生產(chǎn)能力提高,但對塑料產(chǎn)生的剪切作用和擠壓力減小,通常螺旋角介于10°到30°之間,沿螺桿長度的變化方向而改變,常采用等距螺桿,取螺距等于直徑,Φ的值約為17°41′

壓縮比越大,塑料收到的擠壓比也就越大。螺槽淺時,能對塑料產(chǎn)生較高的剪切速率,有利于料筒壁和物料間的傳熱,物料混合和塑化效率越高,反而生產(chǎn)率會降低;反之,螺槽深時。情況剛好相反。因此,熱敏性材料(如聚氯乙烯)宜用深螺槽螺桿;而熔體粘度低和熱穩(wěn)定性較高的塑料(如聚酰胺),宜用淺螺槽螺桿。

1.螺桿的分段

物料沿螺桿前移時,經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度等的變化,這種變化在螺桿全長范圍內(nèi)是不相同的,根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為加(送)料段、壓縮段和均化段。

①、塑料及塑料三態(tài)

塑料有熱固性和熱塑性二大類,熱固性塑料成型固化后,不能再加熱熔融成型。而熱塑性塑料成型后的制品可再加熱熔融成型其它制品。

熱塑性塑料隨著溫度的改變,產(chǎn)生玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三態(tài)變化,隨溫度重復(fù)變動,三態(tài)產(chǎn)生重復(fù)變化。

a.三態(tài)中聚合物熔體不同的特征:

玻璃態(tài)——塑料呈現(xiàn)為剛硬固體;熱運(yùn)動能小,分子間力大,形變主要由鍵角變形所貢獻(xiàn);除去外力后形變瞬時恢復(fù),屬于普彈形變。

高彈態(tài)——塑料呈現(xiàn)為類橡膠物質(zhì);形變由鏈段取向引起大分子構(gòu)象舒展作出的貢獻(xiàn),形變值大;除去外力后形變可恢復(fù)但有時間依賴性,屬于高彈形變。

粘流態(tài)——塑料呈現(xiàn)為高粘性熔體;熱能進(jìn)一步激化了鏈狀分子的相對滑移運(yùn)動;形變不可逆,屬于塑性形變

b.塑料加工與塑料三態(tài):

塑料玻璃態(tài)時可切削加工。高彈態(tài)時可拉伸加工,如拉絲紡織、擠管、吹塑和熱成型等。粘流態(tài)時可涂復(fù)、滾塑和注塑等加工。

當(dāng)溫度高于粘流態(tài)時,塑料就會產(chǎn)生熱分解,當(dāng)溫度低于玻璃態(tài)時塑料就會產(chǎn)生脆化。當(dāng)塑料溫度高于粘流態(tài)或低于玻璃態(tài)趨向時,均使熱塑性塑料趨向嚴(yán)重的惡化和破壞,所以在加工或使用塑料制品時要避開這二種溫度區(qū)域。

②、三段式螺桿

塑料在擠出機(jī)中存在三種物理狀態(tài)——玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)的變化過程,每一狀態(tài)對螺桿結(jié)構(gòu)要求不同。

c.為適應(yīng)不同狀態(tài)的要求,通常將擠出機(jī)的螺桿分成三段:

加料段L1(又稱固體輸送段)

熔融段L2(稱壓縮段)

均化段L3(稱計量段)

這就是通常所說的三段式螺桿。塑料在這三段中的擠出過程是不同的。

加料段的作用是將料斗供給的料送往壓縮段,塑料在移動過程中一般保持固體狀態(tài),由于受熱而部分熔化。加料段的長度隨塑料種類不同,可從料斗不遠(yuǎn)處起至螺杯總長75%止。

大體說,擠出結(jié)晶聚合物最長,硬性無定形聚合物次之,軟性無定形聚合物最短。由于加料段不一定要產(chǎn)生壓縮作用,故其螺槽容積可以保持不變,螺旋角的大小對本段送科能力影響較大,實際影響著擠出機(jī)的生產(chǎn)率。通常粉狀物料的螺旋角為30度左右,時生產(chǎn)率最高,方塊狀物料螺旋角宜選擇15度左右,因球形物料宜選選擇17度左右。

加料段螺桿的主要參數(shù):

螺旋升角ψ一般取17°~20°。

螺槽深度H1,是在確定均化段螺槽深度后,再由螺桿的幾何壓縮比ε來計算。

加料段長度L1由經(jīng)驗公式確定:

對非結(jié)晶型高聚物L(fēng)1=(10%~20%)L

對于結(jié)晶型高聚物L(fēng)1=(60%~65%)L

壓縮段(遷移段)的作用是壓實物料,使物料由固體轉(zhuǎn)化為熔融體,并排除物料中的空氣;為適應(yīng)將物料中氣體推回至加料段、壓實物料和物料熔化時體積減小的特點(diǎn),本段螺桿應(yīng)對塑料產(chǎn)生較大的剪切作用和壓縮。為此,通常是使螺槽容積逐漸縮減,縮減的程度由塑料的壓縮率(制品的比重/塑料的表觀比重)決定。壓縮比除與塑料的壓縮率有關(guān)外還與塑料的形態(tài)有關(guān),粉料比重小,夾帶的空氣多,需較大的壓縮比(可達(dá)4~5),而粒料僅2.5~3。

壓縮段的長度主要和塑料的熔點(diǎn)等性能有關(guān)。熔化溫度范圍寬的塑料,如聚氯乙烯150℃以上開始熔化,壓縮段最長,可達(dá)螺桿全長100%(漸變型),熔化溫度范圍窄的聚乙烯(低密度聚乙烯105~120℃,高密度聚乙烯125~135℃)等,壓縮段為螺桿全長的45~50%;熔化溫度范圍很窄的大多數(shù)聚合物如聚酰胺等,壓縮段甚至只有一個螺距的長度。

熔融段螺桿的主要參數(shù):

壓縮比ε:一般指幾何壓縮比,它是螺桿加料段第一個螺槽容積和均化段最后一個螺槽容積之比。

ε=(Ds-H1)H1/(Ds-H3)≈H1/H3

式中,H1——加料段第一個螺槽的深度

H3——均化段最后一個螺槽的深度

熔融段長度L2由經(jīng)驗公式確定:

對非結(jié)晶型高聚物L(fēng)2=55%~65%L

對于結(jié)晶型高聚物L(fēng)2=(1~4)Ds

均化段(計量段)的作用是將熔融物料,定容(定量)定壓地送入機(jī)頭使其在口模中成型。均化段的螺槽容積與加料段一樣恒定不變。為避免物料因滯留在螺桿頭端面死角處,引起分解,螺桿頭部常設(shè)計成錐形或半圓形;有些螺汗的均化段是一表面完全平滑的桿體稱為魚雷頭,但也有刻上凹槽或銑刻成花紋的。魚雷頭具有攪拌和節(jié)制物料、消除流動時脈動(脈沖)現(xiàn)象的作用,并隨增大物料的壓力,降低料層厚度,改善加熱狀況,且能進(jìn)一步提高螺桿塑化效率。本段可為螺桿全長20一25%。

均化段螺桿的重要參數(shù):

螺槽深度H3由經(jīng)驗公式確定H3=(0.02~0.06)Ds

長度L3由下式確定L3=(20%~25%)L

d. 根據(jù)熔體輸送理論,熔體在螺桿均化段的流動有四種形式,熔融物料在螺槽中的流動是這四種流動的組合:

正流——塑料熔體在料筒和螺桿間沿著螺槽方向朝機(jī)頭方向的流動。

逆流——流動方向與正流相反,由機(jī)頭、多孔板、過濾板等阻力引起的壓力梯度所造成。

橫流——熔體沿著垂直于螺紋壁方向的流動,影響擠出過程中熔體的混合和熱交換作用。

漏流——由于壓力梯度在螺桿與料筒間隙處形成的倒流,沿螺桿軸向方向。

2.普通螺桿的結(jié)構(gòu)

常規(guī)全螺紋三段螺桿按其螺紋升程和螺槽深度的變化,可分為三種形式:

(1)等距變深螺桿

等距變深螺桿從螺槽深度變化的快慢可分為兩種形式:

① 等距漸變螺桿:從加料段開始至均化段的最后一個螺槽的深度是逐漸變淺的螺桿。在較長的熔融段上,螺槽深度是逐漸變淺的。

② 等距突變螺桿:即加料段和均化段的螺槽深度不變,在熔融段處的螺槽深度突然變淺的螺桿

(2)等深變距螺桿

等深變距螺桿是指螺槽深度不變,螺距從加料段第一個螺槽開始至均化段末端是從寬漸變窄的。

等深變距螺桿的特點(diǎn)是由于螺槽等深,在加料口位置上的螺桿截面積較大,有足夠的強(qiáng)度,有利于增加轉(zhuǎn)速,從而可提高生產(chǎn)率。但螺桿加工較困難,熔料倒流量較大,均化作用差,較少采用

(3)變深變距螺桿

變深變距螺桿是指螺槽深度和螺紋升角從加料段開始至均化末端都是逐漸變化的,即螺紋升程從寬逐漸變窄,螺槽深度由深逐漸變淺的螺桿。該螺桿具有前面兩種螺桿的特點(diǎn),但機(jī)械加工較困難,較少采用。

3.螺桿材料

螺桿是擠出機(jī)的關(guān)鍵部件,作為螺桿的材料必須具備耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度等特性,同時還應(yīng)具有切削性能好、熱處理后殘余應(yīng)力小、熱變形小等特點(diǎn)。

對于擠出機(jī)螺桿的材料,具體有如下幾點(diǎn)要求:

① 力學(xué)性能高。要有足夠的強(qiáng)度,以適應(yīng)高溫、高壓的工作條件,提高螺桿的使用壽命。

② 機(jī)械加工性能好。要有較好的切削加工性能和熱處理性能。

③ 耐腐蝕和抗磨性能好。

④ 取材容易。

4.新型螺桿

常規(guī)全螺棱三段式螺桿存在的問題:

①熔融段同時有固體床和熔池同居一個螺槽中,熔池不斷增寬,固體床逐漸變窄,從而減少了固體床于機(jī)筒壁的接觸面積,減少了機(jī)筒壁直接傳給固體床的熱量,降低了熔融效率,致使擠出量不高;

②壓力波動、溫度波動和產(chǎn)量波動大;

③不能很好適應(yīng)一些特殊塑料的加工進(jìn)行混煉、著色等工藝。

對此類問題常用的處理方法:

加大長徑比;提高螺桿轉(zhuǎn)速;加大均化段的螺槽深度;

為了克服常規(guī)螺桿存在的缺點(diǎn),人們創(chuàng)造了一些新型螺桿,主要包括:

①分離型螺桿

在壓縮段增設(shè)一條副螺紋,克服了常規(guī)螺桿中固體床和熔體共存一個螺槽中所產(chǎn)生的缺點(diǎn),將熔融物料和未熔物料盡早分離,從而促進(jìn)了未熔物料的熔融。

這種螺桿塑化效率高,塑化質(zhì)量好。由于沒有固體床解體,產(chǎn)量波動、壓力波動和溫度波動都比較小,并具有排氣性能好、能耗低等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用較廣。

②屏障型螺桿

在普通螺桿的某一部位設(shè)置屏障段,使未熔的固體不能通過,并促使固體熔融的一種螺桿。

這種螺桿通過剪切作用和渦流的混合作用,將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿⑦M(jìn)行熱交換,使物料熔融均化,并且徑向溫差小,產(chǎn)量、質(zhì)量都比常規(guī)螺桿好。

③銷釘螺桿

物料流經(jīng)過銷釘時,銷釘將固體料或未徹底熔融的料分成許多細(xì)小料流,這些料流在兩排銷釘間較寬位置又匯合,經(jīng)過多次匯合分離,物料塑化質(zhì)量得以提高。

銷釘設(shè)置在熔融區(qū),排列形狀有人字形、環(huán)形等,銷釘形狀有圓柱形、菱形、方形等。

由于銷釘將熔料多次分割分流,增加了對物料的混煉、均化和添加劑的分散性。另外,由于固體碎片在熔融的過程中不斷從熔體中吸收熱量,有可能降低熔料溫度,故可獲得低溫擠出。

④組合螺桿

由帶加料段的螺桿本體和各種不同職能的螺桿元件如輸送元件、混煉元件和剪切元件等組成。改變這些元件的種類、數(shù)量、和組合順序,可以得到各種特性的螺桿,以適應(yīng)不同物料和不同制件的加工要求,并找出最佳工作條件。

這種螺桿適應(yīng)性強(qiáng),易獲得最佳工作條件,在一定程度上解決了萬能與專用的矛盾,因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。但設(shè)計復(fù)雜,組合元件之間拆裝較麻煩,在直徑較小的螺桿上實現(xiàn)有困難。

機(jī)頭和口模

機(jī)頭和口模通常為一整體,習(xí)慣上統(tǒng)稱機(jī)頭;但也有機(jī)頭和口模各自分開的情況。機(jī)頭的作用是將處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本�運(yùn)動,使塑料進(jìn)一步塑化均勻,并使熔體均勻而平穩(wěn)的導(dǎo)入口模,還賦予必要的成型壓力,使塑料易于成型和所得制品密實。口模為具有一定截面形狀的通道,塑料熔體在口模中流動時取得所需形狀,并被口模外的定型裝置和冷卻系統(tǒng)冷卻硬化而成型。機(jī)頭與口模的組成部件包括過濾網(wǎng)、多孔扳、分流器(有時它與模芯結(jié)合成一個部件)、模芯、口模和機(jī)頸等部件。

機(jī)頭中的多孔板能使機(jī)頭和料筒對中定位,并能支承過濾網(wǎng)(過濾熔體中不熔雜質(zhì))和對熔體產(chǎn)生反壓等。機(jī)頭中還有校正和調(diào)整裝置(定位螺釘),能調(diào)正和校正模芯與口模的同心度、尺寸和外形。在生產(chǎn)管子或吹塑薄膜時,通過機(jī)頸和模芯可引入壓縮空氣。按照料流方向與螺桿中心線有無夾角,可以將機(jī)頭分為直角機(jī)頭(又稱T型機(jī)頭)、角式機(jī)頭(直角或其它角度)。直角機(jī)頭主要用于擠管、片和其它型材,角式機(jī)頭多用于擠薄膜、線纜包復(fù)物及吹塑制品等.

塑料擠出機(jī)組的輔機(jī)主要包括放線裝置、校直裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置、牽引裝置、計米器、火花試驗機(jī)、收線裝置。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

塑料擠出廢品類型中最常見的一種是偏心,而線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、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)熱對于絕緣擠出和護(hù)套擠出都是必要的。對于絕緣層,尤其是薄層絕緣,不能允許氣孔的存在,線芯在擠包前通過高溫預(yù)熱可以徹底清除表面的水份、油污。對于護(hù)套擠出來講,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。在擠塑料過程中,預(yù)熱可消除冷線進(jìn)入高溫機(jī)頭,在模口處與塑膠接觸時形成的懸殊溫差,避免塑膠溫度的波動而導(dǎo)致擠出壓力的波動,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芯預(yù)熱裝置,要求有足夠的容量并保證升溫迅速,使線芯預(yù)熱和纜芯烘干效率高。預(yù)熱溫度受放線速度的制約,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機(jī)頭后,應(yīng)立即進(jìn)行冷卻定型,否則會在重力的作用下發(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,急冷對塑料擠包層定型有利,但對結(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PE、pp的擠出就采用緩冷進(jìn)行,即經(jīng)過熱水、溫水、冷水三段冷卻。

塑料擠出機(jī)分為雙螺桿擠出機(jī)和單螺桿擠出機(jī)

兩種擠出機(jī)的區(qū)別:

單螺桿的機(jī)器和雙螺桿的機(jī)器:一個是一根螺桿,一個是兩根螺桿.都是用的一個電機(jī)帶動的.功率因螺桿不同而不同。50錐雙的功率約為20kW,65的約為37kW.產(chǎn)量與料及螺桿有關(guān),50錐雙的產(chǎn)量約為100-150kg/h,65錐雙約為200-280kg/h。單螺桿的產(chǎn)量就只有一半。

擠出機(jī)按其螺桿數(shù)量可以分為單螺桿、雙螺桿和多螺桿擠出機(jī)。如今以單螺桿擠出機(jī)應(yīng)用最為廣泛,適宜于一般材料的擠出加工。雙螺桿擠出機(jī)具有由摩擦產(chǎn)生的熱量較少、物料所受到的剪切比較均勻、螺桿的輸送能力較大、擠出量比較穩(wěn)定、物料在機(jī)筒內(nèi)停留長,混合均勻等特點(diǎn)。

SJSZ系列錐形雙螺桿擠出機(jī)具有強(qiáng)制擠出、高質(zhì)量、適應(yīng)性廣、壽命長、剪切速率小、物料不易分解、混煉塑化性能好、粉料直接成型等特點(diǎn),溫度自控,真空排氣等裝置。適用于管、板、異形材等制品的生產(chǎn)。

單螺桿擠出機(jī)無論作為塑化造粒機(jī)械還是成型加工機(jī)械都占有重要地位,近年來,單螺桿擠出機(jī)有了很大的發(fā)展。德國生產(chǎn)的大型造粒用單螺桿擠出機(jī),螺桿直徑達(dá)700mm,產(chǎn)量為36t/h。

單螺桿擠出機(jī)發(fā)展的主要標(biāo)志在于其關(guān)鍵零件——螺桿的發(fā)展。近年以來,人們對螺桿進(jìn)行了大量的理論和實驗研究,現(xiàn)今已有近百種螺桿,常見的有分離型、剪切型、屏障型、分流型與波狀型等。

從單螺桿發(fā)展來看,盡管單螺桿擠出機(jī)已較為完善,但隨著高分子材料和塑料制品不斷的發(fā)展,還會涌現(xiàn)出更有特點(diǎn)的新型螺桿和特殊單螺桿擠出機(jī)。從總體而言,單螺桿擠出機(jī)向著高速、高效、專用化方向發(fā)展。

雙螺桿擠出機(jī)喂料特性好,適用于粉料加工,且比單螺桿擠出機(jī)有更好的混煉、排氣、反應(yīng)和自潔功能,特點(diǎn)是加工熱穩(wěn)定性差的塑料和共混料時更顯示出其優(yōu)越性。近些年來國外雙螺桿擠出機(jī)已經(jīng)有很大的發(fā)展,各種形式的雙螺桿擠出機(jī)已系列化和商品化,生產(chǎn)的廠商也較多,大致分類如下:

⑴按兩根軸線相對位置,有平行和錐形之分;

⑵按兩根螺桿嚙合程序,有嚙合型和非嚙合型之分;

⑶按兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向,有同向和異向之分,在異向中又有向內(nèi)、向外之分;□

⑷按螺桿旋轉(zhuǎn)速度,有高速和低速之分;

⑸按螺桿與機(jī)筒的結(jié)構(gòu),有整體和組合之分。

在雙螺桿擠出機(jī)的基礎(chǔ)上,為了更容易加工熱穩(wěn)定性差的共混料,有的廠家又開發(fā)出多螺桿擠出機(jī)如行星擠出機(jī)等

制作不同塑料制品時,擠出機(jī)的操作要點(diǎn)是各不相同的,但也有其相同之處。下面簡要介紹擠出各種制品時相同的操作步驟和應(yīng)注意的擠出機(jī)的操作要點(diǎn)。

1、開車前的準(zhǔn)備工作

⑴用于擠出成型的塑料。原材料應(yīng)達(dá)到所需要的干燥要求,必要時需作進(jìn)一步干燥。并將原料過篩除去結(jié)塊團(tuán)粒和機(jī)械雜質(zhì)。

⑵檢查設(shè)備中水、電、氣各系統(tǒng)是否正常,保證水、氣路暢通、不漏,電器系統(tǒng)是否正常,加熱系統(tǒng)、溫度控制、各種儀表是否工作可靠;輔機(jī)空車低速試運(yùn)轉(zhuǎn),觀察設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常;啟動定型臺真空泵,觀察工作是否正常;在各種設(shè)備滑潤部位加油潤滑。如發(fā)現(xiàn)故障及時排除。

⑶裝機(jī)頭及定型套。根據(jù)產(chǎn)品的品種、尺寸,選好機(jī)頭規(guī)格。按下列順序?qū)�機(jī)頭裝好。

2、開車

⑴在恒溫之后即可開車,開車前應(yīng)將機(jī)頭和擠出機(jī)法蘭螺栓再擰緊一次,以消除螺栓與機(jī)頭熱膨脹的差異,緊機(jī)頭螺栓的順序是對角擰緊,用力要均勻。緊機(jī)頭法蘭螺母時,要求四周松緊一致,否則要跑料。

⑵開車,先按"準(zhǔn)備開車"鈕,再接"開車"鈕,然后緩慢旋轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕,螺桿轉(zhuǎn)速慢速啟動。然后再逐漸加快,同時少量加料。加料時要密切注意主機(jī)電流表及各種指示表頭的指示變化情況。螺桿扭矩不能超過紅標(biāo)(一般為扭矩表65%~75%)。塑料型材被擠出之前,任何人均不得站于口模正前方,以防止因螺栓拉斷或因原料潮濕放泡等原因而產(chǎn)生傷害事故。塑料從機(jī)頭口模擠出后,即需將擠出物慢慢冷卻并引上牽引裝置和定型模,并開動這些裝置。然后根據(jù)控制儀表(見下圖)的指示值和對擠出制品的要求。將各部分作相應(yīng)的調(diào)整,以使整個擠出操作達(dá)到正常狀態(tài)。并根據(jù)需要加足料,雙螺桿擠出機(jī)采用計量加料器均勻等速地加料。

⑶當(dāng)口模出料均勻且塑化良好可進(jìn)行牽引人定型套。塑化程度的判斷需憑經(jīng)驗,一般可根據(jù)擠出物料的外觀來判斷,即表面有光澤、無雜質(zhì)、無發(fā)泡、焦料和變色,用手將擠出料擠細(xì)到一定程度不出現(xiàn)毛刺、裂口,有一定彈性,此時說明物料塑化良好。若塑化不良則可適當(dāng)調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒和機(jī)頭溫度,直至達(dá)到要求。

⑷在擠出生產(chǎn)過程中,應(yīng)按工藝要求定期檢查各種工藝參數(shù)是否正常,并填寫工藝記錄單。按質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)檢查型材產(chǎn)品的質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)問題及時采取解決措施。

3.停車

⑴停止加料,將擠出機(jī)內(nèi)的塑料擠光,露出螺桿時,關(guān)閉機(jī)筒和機(jī)頭電源,停止加熱。

⑵關(guān)閉擠出機(jī)及輔機(jī)電源,使螺桿和輔機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑶打開機(jī)頭聯(lián)接法蘭,拆卸機(jī)頭。清理多孔板及機(jī)頭的各個部件。清理時為防止損壞機(jī)頭內(nèi)表面,機(jī)頭內(nèi)的殘余料應(yīng)用鋼律、鋼片進(jìn)行清理,然后用砂紙將粘附在機(jī)頭內(nèi)的塑料磨除,并打光,涂上機(jī)油或硅油防銹。

⑷螺桿、機(jī)筒的清理,拆下機(jī)頭后,重新啟動主機(jī),加停車料(或破碎料),清洗螺桿、機(jī)筒,此時螺桿選用低速(sr/min左右)以減少磨損。待停車料碾成粉狀完全擠出后,可用壓縮空氣從加料口,排氣口反復(fù)吹出殘留粒料和粉料,直至機(jī)筒內(nèi)確實無殘存料后,降螺桿轉(zhuǎn)速至零,停止擠出機(jī),關(guān)閉總電源及冷水總閥門。

⑸擠出機(jī)在擠出時應(yīng)注意的安全項目有:電、熱、機(jī)械的轉(zhuǎn)動和笨重部件的裝卸等。擠出機(jī)車間必須備有起吊設(shè)備,裝拆機(jī)頭、螺桿等笨重部件,以確保安全生產(chǎn)。

螺桿擠出系統(tǒng)采用日常保養(yǎng)和定期保養(yǎng)兩種方式進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng):

⑴日常保養(yǎng)是經(jīng)常性的例行工作,不占設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工時,通常在開車期間完成。重點(diǎn)是清潔機(jī)器,潤滑各運(yùn)動件,緊固易松動的螺紋件,及時檢查、調(diào)整電動機(jī),控制儀表,各工作零部件及管路等。

⑵定期保養(yǎng)一般在擠出機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2500-5000h機(jī)后停機(jī)進(jìn)行,機(jī)器需要解體檢查、測量、鑒定主要零部件的磨損情況,更換已達(dá)規(guī)定磨損限度的零件,修理損壞的零件。

⑶不允許空車運(yùn)轉(zhuǎn),以免螺桿和機(jī)筒軋毛。

⑷擠出機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時若發(fā)生不正常的聲響時,應(yīng)立即停車,進(jìn)行檢查或修理。

⑸嚴(yán)防金屬或其他雜物落入料斗中,以免損壞螺桿和機(jī)筒。為防止鐵質(zhì)雜物進(jìn)入機(jī)筒,可在物料進(jìn)入機(jī)筒加料口處裝吸磁部件或磁力架,防止雜物落入必須把物料事先過篩。

⑹注意生產(chǎn)環(huán)境清潔,勿使垃圾雜質(zhì)混入物料堵塞過濾板,影響制品產(chǎn)量,質(zhì)量和增加機(jī)頭阻力。

⑺當(dāng)擠出機(jī)需較長時間停止使用時,應(yīng)在螺桿、機(jī)筒、機(jī)頭等工作表面涂上防銹潤滑脂。小型螺桿應(yīng)懸掛于空中或置于專用木箱內(nèi),并用木塊墊平、以免螺桿變形或碰傷。

⑻定期校正溫度控制儀表,檢查其調(diào)節(jié)的正確性和控制的靈敏性。

⑼擠出機(jī)的減速箱保養(yǎng)與一般標(biāo)準(zhǔn)減速器相同。主要是檢查齒輪、軸承等磨損和失效情況。減速箱應(yīng)使用機(jī)器說明書指定的潤滑油,并按規(guī)定的油面高度加入油液,油液過少,潤滑不足,降低零件使用壽命;油液過多,發(fā)熱大,耗能多,油易變質(zhì),同樣使?jié)櫥�失�?造成損害零件的后果。減速箱漏油部位應(yīng)及時更換密封墊,以確保潤滑油量。

⑽擠出機(jī)附屬的冷卻水管內(nèi)壁易結(jié)水垢外部易腐蝕生銹。保養(yǎng)時應(yīng)做認(rèn)真檢查,水垢過多會堵塞管路,達(dá)不到冷卻作用,銹蝕嚴(yán)重會漏水,因此保養(yǎng)中必須采取除垢和防腐降溫措施。

⑾對驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動的直流電動機(jī)要重點(diǎn)檢查電刷磨損及接觸情況,對電動機(jī)的絕緣電阻值是否在規(guī)定值以上亦應(yīng)經(jīng)常測量。此外要檢查連接線及其它部件是否生銹,并采用保護(hù)措施。

⑿指定專人負(fù)責(zé)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。并將每次維護(hù)修理情況詳細(xì)記錄列入工廠設(shè)備管理檔案。

中國常規(guī)擠出機(jī)及生產(chǎn)線,以優(yōu)異的性價比逐漸走俏國際巿場。同時,中國在先進(jìn)擠出技術(shù)領(lǐng)域不斷創(chuàng)新,開拓出了多種新型擠出產(chǎn)品。 精密擠出技術(shù)適應(yīng)高精加工需要

熔體齒輪泵

精密擠出成型可以免去后續(xù)加工手段,更好地滿足制品應(yīng)用的需求,同時達(dá)到降低材料成本、提高制品質(zhì)量的目的。如今,滿足塑料制品精密直接擠出的需要,多種成熟的技術(shù)已經(jīng)推向巿場,聚合物熔體齒輪泵就是其中一種重要手段。這一技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化纖、薄膜、型材、管材、板材、線纜、復(fù)合擠出、造粒等生產(chǎn)線。

北京化工大學(xué)橡塑機(jī)械研究所經(jīng)過多年對熔體齒輪泵的系統(tǒng)研究,已成功完成塑料熔體齒輪泵的系列開發(fā)和研制,現(xiàn)已能夠設(shè)計制造塑料熔體齒輪泵產(chǎn)品如28/28(中心距/齒寬)、56/56、70/70、90/90等,最大出入口壓力差可達(dá)30MPa,能夠滿足不同產(chǎn)量的要求,并已在實際中得到應(yīng)用,取得良好的效果。北京化工大學(xué)橡塑機(jī)械研究所通過對一體型齒輪泵擠出機(jī)進(jìn)行深入研究,設(shè)計開發(fā)了115一體型齒輪泵擠出機(jī)。

齒輪泵對橡膠行業(yè)精密成型同樣大有裨益。為了滿足國內(nèi)對橡膠熔體齒輪泵的需求,北京化工大學(xué)還與北京航空制造工程研究所、杭州朝陽橡膠有限公司合作,共同研制開發(fā)XCP150/100、XCP120/90兩種型號橡膠熔體齒輪泵擠出機(jī)組。這一機(jī)組具有理想的工作特性,保證擠出量與齒輪泵的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系,可以實現(xiàn)對產(chǎn)量精確控制,提高產(chǎn)品的尺寸精度。

多層共擠技術(shù)成熟發(fā)展

多層復(fù)合技術(shù)利用具有中高阻隔性能的材料與其他包裝材料復(fù)合,綜合阻隔材料的高阻隔性與其他材料的廉價或特殊的力學(xué)、熱學(xué)等其他性能,實現(xiàn)特定的功能需要。共擠出復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計逐步要求能系統(tǒng)地達(dá)到集功能、技術(shù)、成本、環(huán)保、安全、二次加工于一體的理想境界,從而實現(xiàn)復(fù)合層數(shù)最大化的可能性成為供應(yīng)商追求的技術(shù)之一。廣東金明塑膠設(shè)備有限公司七層復(fù)合薄膜共擠吹塑技術(shù)可謂中國在這一領(lǐng)域發(fā)展的典型。

該七層復(fù)合薄膜共擠吹塑機(jī)組采用的關(guān)鍵技術(shù)包括:兩短一長及螺距變化的螺桿塑化擠出系統(tǒng),工程分析軟件對振動誘導(dǎo)塑化裝置的優(yōu)化設(shè)計,平面閥加成型模頭和斜式閥加成型模頭,內(nèi)冷技術(shù)及雙風(fēng)口負(fù)壓冷卻技術(shù),多組分失重式計量喂料,在線薄膜厚度精確控制系統(tǒng),計算機(jī)集中自動控制系統(tǒng)和總線控制(CANOPEN)技術(shù)等。

在層數(shù)增多的同時,適應(yīng)特殊功能的薄膜生產(chǎn)技術(shù)也是巿場發(fā)展的熱點(diǎn)之一。廣東仕誠公司設(shè)計制造了一條幅寬為3150mm的PP環(huán)保木紋膜流延生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線產(chǎn)能超過800kg/h。螺桿設(shè)計為高速的剪切、混煉,高效率塑化螺桿,客戶可以直接使用高填充碳酸鈣粉以及無機(jī)顏料色粉,從而節(jié)約昂貴的原材料成本。整線除了可以生產(chǎn)PP環(huán)保木紋膜生產(chǎn)外,還可以靈活地轉(zhuǎn)換生產(chǎn)其它產(chǎn)品,拓寬客戶產(chǎn)品種類。在仕誠公司試生產(chǎn)過程中,不但生產(chǎn)出了美觀的PP木紋膜,還生產(chǎn)了CPP薄膜、PP文具薄膜及PP文具片材。

創(chuàng)新的三螺桿配混技術(shù)

平行同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)用于配混造粒生產(chǎn)線,經(jīng)過20余年的高速發(fā)展,技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。另一方面,傳統(tǒng)的嚙合盤式與往復(fù)螺桿式擠出機(jī)適應(yīng)高填充配混的需求,產(chǎn)業(yè)化程度不斷提升。

混沌混煉的高性能高分子包裝材料

輝隆公司與華南理工大學(xué)共同合作的"基于混沌混煉的高性能高分子包裝材料成型關(guān)鍵裝備及技術(shù)研發(fā)"項目通過了廣東省科技廳科技成果鑒定,并獲得國家"2007年度科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎"[證書號:2007-257],該項目"多邊螺槽對流式螺桿的混沌混煉型低能耗擠出機(jī)"名義比功率為0.17 kW/kg/h,僅為國標(biāo)0.32 kW/kg/h的一半,節(jié)能顯著,整體技術(shù)及產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平。

1采用流變學(xué)建模的方法,并結(jié)合控制高分子材料形態(tài)演變的微觀流變學(xué)模型,對高分子材料擠出加工中的流場以及共混物和納米復(fù)合材料的形態(tài)演變進(jìn)行了建模、仿真和分析,尤其是對擠出機(jī)內(nèi)熔融、混煉和熔體流動等的理論研究揭示了如何提高熔融和混煉性能以及降低能耗的機(jī)理。

2基于上述理論研究,研制的混沌混煉型低能耗擠出機(jī)在原理上與國內(nèi)外普遍采用的擠出機(jī)明顯不同:后者發(fā)生的是經(jīng)典的Maddock熔融過程和剪切混煉,其熔融和混煉效果較差;前者產(chǎn)生了分散熔融和混沌混煉,物料所產(chǎn)生的剪切熱小于其熔融所需的熱能,可防止材料在熔融和混煉過程中產(chǎn)生過熱而浪費(fèi)能量,節(jié)能效果明顯。經(jīng)廣東省技術(shù)監(jiān)督機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站現(xiàn)場檢驗表明,該擠出機(jī)的名義比功率(即單耗)為0.17 kW/kg/h,國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8061-96的規(guī)定值[0.32 kW/kg/h]低0.15 kW/kg/h。與代表如今國際上擠出復(fù)合最高水平的兩家國外公司(美國Davis Standard公司和日本住友重機(jī)械摩登公司)的擠出機(jī)進(jìn)行比較表明,本成果研制的擠出機(jī)擠出產(chǎn)量最高,而配備的電機(jī)功率最低。該擠出機(jī)還具有擠出熔體溫度低(低10~20℃)、物料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

⑶在上述宏觀流場模擬和微觀形態(tài)演變理論研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合研制的混沌混煉型低能耗擠出機(jī),對高分子共混物(尤其是黏度比遠(yuǎn)大于1)和納米復(fù)合材料(尤其是以聚烯烴這類非極性材料為基體)的形態(tài)演變、分散狀態(tài)和宏觀性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,證實混沌混煉型擠出機(jī)可改善加工性能、降低加工能耗,尤其是其提供的拉伸和折疊效應(yīng)有利于高度分散、薄片狀、插層或剝離等形態(tài)的形成,在一定程度上解決了納米粒子在高分子材料加工中易團(tuán)聚的難題,大幅度提高了包裝制品的阻隔性能和力學(xué)性能。

⑷采用混沌混煉型低能耗擠出機(jī)以擠出的方法生產(chǎn)EVA預(yù)涂膜,與常規(guī)的采用有毒溶劑溶解EVA涂覆在基材上的方法相比,消除了有毒的有機(jī)溶劑的排放及其對環(huán)境的污染和人體的損害;此外,大幅度提高了擠出膜與復(fù)合基材的粘合性能,實現(xiàn)了"無膠粘促進(jìn)劑的綠色復(fù)合工藝"。

擠出機(jī)是一種常見的塑料機(jī)械設(shè)備,在日常操作擠出機(jī)的過程中,擠出機(jī)會出現(xiàn)各種各樣的故障,影響塑料機(jī)械正常生產(chǎn),下面我們就對擠出機(jī)故障分析。

桿擠出機(jī)的常見故障及處理方法

1.1,異常噪音

(1)如發(fā)生在減速機(jī)內(nèi),可能是由軸承損壞或潤滑不良引起的,也可能是齒輪磨損、安裝調(diào)整不當(dāng)或嚙合不良引起的�？赏ㄟ^更換軸承、改善潤滑、更換齒輪或調(diào)整齒輪嚙合狀況等方法解決。

(2)若噪音為尖銳的刮研聲,應(yīng)考慮機(jī)筒位置偏斜,造成軸頭與傳動軸套刮研的可能性�？赏ㄟ^調(diào)整機(jī)筒解決。

(3)若是機(jī)筒發(fā)出噪聲,可能是螺桿彎曲掃膛或者設(shè)定溫度過低造成固體顆粒過度摩擦�？赏ㄟ^校直螺桿或提高設(shè)定溫度來處理。

1.2異常振動

這種情況若發(fā)生在減速機(jī)處,是由于軸承與齒輪的磨損引起的,可更換軸承或齒輪解決;若發(fā)生在機(jī)筒處,則是由于物料中混入硬質(zhì)異物,需檢查物料清潔情況。

螺桿擠出機(jī)磨損的主要原因和解決方法

2.1螺桿擠壓機(jī)磨損的主要原因

螺桿擠出機(jī)螺桿和機(jī)筒的正常磨損主要發(fā)生在加料區(qū)和計量區(qū),主要磨損原因是切片粒子與金屬表面問干摩擦?xí)r引起的,當(dāng)切片升溫軟化后磨損減小。

螺桿與機(jī)筒的不正常磨損會在螺桿環(huán)結(jié)和異物卡死時發(fā)生,環(huán)結(jié)指螺桿被凝結(jié)的物料抱死,若螺桿擠出機(jī)缺乏良好的保護(hù)裝置,強(qiáng)大的驅(qū)動力有可能扭斷螺桿,卡死會產(chǎn)生異乎尋常的巨大阻力,造成螺桿表面的嚴(yán)重?fù)p傷和機(jī)筒的嚴(yán)重劃傷,機(jī)筒的劃傷是很難修復(fù)的。機(jī)筒從設(shè)計原則上保證使用壽命比螺桿長,對于機(jī)筒的正常磨損,一般不再修復(fù),常常用修復(fù)螺桿螺紋的方法,恢復(fù)機(jī)筒內(nèi)孑L與螺桿外徑配合的徑向間隙。

2.2螺桿磨損的解決方法

螺桿螺紋的局部損傷采用堆焊特種抗磨抗蝕合金的方法修復(fù)。一般采用惰性氣體保護(hù)焊和等離子氬弧焊。也可以采用金屬噴涂技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。首先將磨損的螺桿外圓表面磨削,深度約為1.5 mm,然后堆焊合金層到足夠尺寸,保證有充足

的加工余量,最后磨削螺桿外圓及螺紋側(cè)面至螺桿的外形尺寸為原始尺寸。

2.3螺桿入口處的環(huán)結(jié)堵料

這種故障主要是由于冷卻水?dāng)嗔骰蛄髁坎蛔闼��?需檢查冷卻系統(tǒng),調(diào)整冷卻水流量和壓力到規(guī)定的要求。

結(jié)論

(1)擠出機(jī)的自然壽命較長,其使用壽命主要取決于機(jī)簡的磨損情況和減速箱的磨損情況。選用設(shè)計選材和制造精良的擠出機(jī)及減速裝置,直接關(guān)

系到使用性能,雖然設(shè)備投資增加,但是使用壽命延長,從整體經(jīng)濟(jì)效益考慮,比較合理。

(2)螺桿擠出機(jī)的正常使用,可充分發(fā)揮機(jī)器的效能,保持良好的工作狀態(tài)。須堅持不懈地精心保養(yǎng),延長機(jī)器的使用壽命。

(3)螺桿擠壓機(jī)的主要故障是非正常磨損、異物卡死、環(huán)節(jié)堵料、傳動部件磨損或損壞、潤滑不良或漏油等。為了避免故障發(fā)生,須嚴(yán)格管理干燥、混料和加料操作以及工藝溫度的設(shè)定,嚴(yán)格按《設(shè)備點(diǎn)巡檢基準(zhǔn)》要求進(jìn)行日常的維護(hù)、保養(yǎng)和檢修。

擠出機(jī)喂料輥磨損

由于擠出機(jī)為金屬材質(zhì),硬度較高,在生產(chǎn)運(yùn)行過程中受到振動沖擊和其他復(fù)合作用力,導(dǎo)致部件形成間隙,造成磨損。傳統(tǒng)的修復(fù)方法有堆焊、熱噴涂、電刷渡等,但幾種方法都存在一定弊端:堆焊會使零件表面達(dá)到很高溫度,造成零件變形或產(chǎn)生裂紋,影響尺寸精度和正常使用,嚴(yán)重時還會導(dǎo)致斷裂;電刷渡雖無熱影響,但渡層厚度不能太厚,污染嚴(yán)重,應(yīng)用也受到了極大的限制。西方國家針對上述問題多應(yīng)用高分子復(fù)合材料方法。其具有的綜合性能及在任何時間內(nèi)可機(jī)械加工的特征,可以滿足修復(fù)后的使用要求及精度,還能降低設(shè)備在運(yùn)行中承受的沖擊震動,延長使用壽命。因材料是"變量"關(guān)系,當(dāng)外力沖擊材料時,材料會變形吸收外力,并隨著軸承或其它部件的脹縮而脹縮,始終和部件保持緊配合,降低磨損的幾率。針對大型擠出機(jī)的磨損,也可采用"模具"或"配合部件"針對損壞的設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù),避免設(shè)備的整體拆卸,最大限度地保證部件配合尺寸,滿足設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行要求。

擠出機(jī)喂料段襯套加工尺寸不符

當(dāng)擠出機(jī)襯套材質(zhì)為38CrMoAlA時,由于機(jī)加工的原因(定位鍵槽與配合部位不在一軸線上)導(dǎo)致其與側(cè)板(材質(zhì)40Cr或45)配合處出現(xiàn)配合間隙,在開機(jī)運(yùn)行的時候,由于膠料后坐力的作用導(dǎo)致漏膠。溫度不超過100℃。企業(yè)此前采用別的產(chǎn)品曾經(jīng)修復(fù)過,只能使用1~2天,使用高分子材料修復(fù)可以很好的解決該問題。

擠出機(jī)喂料段側(cè)蓋螺紋損壞(滑絲)

在擠出機(jī)預(yù)緊螺栓的過程中,螺栓因受到拉伸應(yīng)力而產(chǎn)生了變形,它的恢復(fù)應(yīng)力使其與它所連接的密封部位緊緊地連在一起,隨時間加長,部分拉伸變形成為永久變形,恢復(fù)應(yīng)力下降,導(dǎo)致其發(fā)生了應(yīng)力松弛,扭矩降落,從而出現(xiàn)了螺栓松動現(xiàn)象,造成螺紋的滑絲磨損,嚴(yán)重時甚至?xí)�造成被緊固部件內(nèi)螺紋的損壞。采用美嘉華高分子材料進(jìn)行修復(fù),其具有金屬不具備的退讓性,保證了修復(fù)后的恢復(fù)應(yīng)力,確保部件的使用效果。同時材料自身的非金屬性質(zhì),使其澀性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金屬,杜絕了因松動而造成的再次損壞,確保了企業(yè)的安全連續(xù)生產(chǎn)。

為了保護(hù)雙螺桿擠出機(jī)傳動箱的箱體必須做到以下幾點(diǎn):

⒈首次使用500小時后,更換潤滑油一次;

⒉本擠出機(jī)采用牌號為150號原裝中壓齒輪油潤滑;

⒊正常運(yùn)行油位不低于油標(biāo)中心線,低于中心線請速補(bǔ)充;

⒋以后每使用3000小時換油一次;

⒌換油時應(yīng)清潔箱體和濾油器,更換時把本次使用的潤滑油經(jīng)過澄清之后,把上面干凈的潤滑油再次裝入箱體把箱體清潔一次,然后放出,再裝入新的潤滑油;

⒍正常使用定期每月應(yīng)清潔潤滑油過濾器,跑合期內(nèi)每周要清潔潤滑油過濾器。清理方法,找到油路過濾器,將其打開,取出其中的臟物;

螺桿擠出機(jī)常見問題及處理在機(jī)械設(shè)備的使用中,出現(xiàn)這樣或那樣的問題是在所難免的,因此能及時發(fā)現(xiàn)問題并找出解決方法生產(chǎn)中就變得非常關(guān)鍵。在此我們對螺旋擠出機(jī)的一些常見問題進(jìn)行分析并探討最好的處理方法。

一、擠出機(jī)常見問題及處理方法

1. 不吃料 即出現(xiàn)"漏料"及螺桿發(fā)熱現(xiàn)象。

1.1 原因及辦法

1.1.1 絞刀嚴(yán)重磨損。絞刀與泥缸內(nèi)壁的間隙太大,或絞刀葉片的螺旋角不對,應(yīng)該在更換絞刀時應(yīng)注意保持其間隙為3~5mm,以及應(yīng)按照設(shè)計的角度制作絞刀葉片。

1.1.2 絞刀葉片的表面過于粗糙,泥料和葉片的摩擦力太大,因此在堆焊絞刀時不要成組堆焊,一次全部換完,應(yīng)循序漸進(jìn),分批更換,以確保順利出磚。

1.1.3 泥缸壁襯套嚴(yán)重磨損。絞刀葉片與泥缸壁間間隙過大,導(dǎo)致泥料在泥缸里的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動太多,泥料出不來,也進(jìn)不去。這時應(yīng)更換新的泥缸襯套,或在其襯套內(nèi)壁裝上若干根平行或傾斜于軸向的肋條,以代替被磨掉的來復(fù)槽,阻止泥料無效的回轉(zhuǎn),增加其有效的擠出。

1..1.4 壓泥刀板與絞刀的間隙過大壓不下泥料,此時應(yīng)調(diào)整或補(bǔ)焊、更新刀板,使其與絞刀葉片的間隙小于10mm。

2.泥條運(yùn)動彎曲

2.1 原因及辦法

2.1.1 泥條向一側(cè)彎曲。這是由于機(jī)口、芯具、泥缸及螺旋絞刀的中心線沒有對正或輥床安裝傾斜造成的,調(diào)整好位置即可解決。

2.1.2 泥條出現(xiàn)S型彎曲。這是由于機(jī)脖子壓縮長度不夠,首節(jié)螺旋絞刀的主葉和副葉頂端不齊或首節(jié)絞刀的副葉嚴(yán)重磨損而變小,導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)時只有主葉的那個半圓才推出泥料。此時應(yīng)拆換首節(jié)絞刀,焊補(bǔ)副葉。

3.超載

3.1原因及辦法

3.1.1 泥料太干。此時應(yīng)先掏出太干的泥料,最好拆下機(jī)口和機(jī)頭,啟動機(jī)器排凈泥缸里的干料后再安裝運(yùn)行,并在規(guī)定的范圍內(nèi)適當(dāng)增加成型水分。

3.1.2 較長時間停機(jī),泥缸里的余料變得又干又硬,這不僅會嚴(yán)重超載,有時會無法啟動。為了預(yù)防這種情況的發(fā)生,當(dāng)停機(jī)在8小時以上時,不要關(guān)死機(jī)口用水,對于雙級真空擠出機(jī)還應(yīng)對其上泥缸中的泥料適當(dāng)供水,以保持濕潤,如果停機(jī)在2天以上應(yīng)盡量開空泥料后再停機(jī)。

3.2 注意事項:超載時,電機(jī)的負(fù)荷居高不下,離合器打滑,這時切忌強(qiáng)制啟動,以免損壞有關(guān)零件,甚至釀成擠破泥缸、機(jī)頭等較大事故。

4. 機(jī)器"擺頭"

4.1 原因及辦法

4.1.1 "擺頭"是螺旋擠出機(jī)的一個通病,這是因為絞刀軸是一根較長的懸臂軸,穩(wěn)定性差,當(dāng)軸承松晃、主軸彎曲、首節(jié)絞刀的副葉太小時,會加劇這一情況。如果泥缸沒有裝正,螺旋絞刀葉片與泥缸壁四周的間隙不一樣大,以及螺旋絞刀葉片外緣嚴(yán)重失圓,造成主軸受力不勻而擺頭,應(yīng)及時予以糾正,并經(jīng)常擰緊地腳螺栓和連接螺栓,防止其擺頭擺尾。

5. 泥條擠出后出現(xiàn)螺旋紋

5.1 原因及辦法

5.1.1 由于泥條受絞刀的螺旋作用,泥缸斷面泥料前進(jìn)速度不一致,軸心附近的泥料走得較快,邊緣的泥料走得較慢,速度不一的泥流之間形成了分界面,水和空氣集中在該面的空隙中,產(chǎn)生了分層現(xiàn)象。其主要原因是泥料塑性高、成型水分過大、主軸轉(zhuǎn)速太高、泥缸內(nèi)壁出現(xiàn)返泥現(xiàn)象等原因造成的。其處理辦法如下:

(1)不同性質(zhì)的原料應(yīng)充分混合均勻,盡量悶泡陳化,使水分充分滲入原料顆粒內(nèi)部,減少原泥表面的水分。

(2)適當(dāng)降低成型水分來增加泥層之間的摩擦力。

二、成品磚常見問題及處理辦法

1. 發(fā)狀裂紋

磚面上出現(xiàn)淺細(xì)而基本上沒有分貧近似直線的裂紋,有時裂紋還延伸到條面或頂面。這大多是成型時留下的隱患,焙燒又用閘不當(dāng),裂紋擴(kuò)大。為此,應(yīng)適當(dāng)降低原料的塑性指數(shù),調(diào)整磚機(jī)螺旋絞刀的轉(zhuǎn)速和螺旋角,采用分離式螺旋絞刀,并在泥缸上加打泥棒以減輕泥料分層;或采用熱水、蒸汽攪拌、真空擠泥等措施來減少泥料中的水、氣來消除分層;另外焙燒應(yīng)正確用閘,均勻排潮以及分次落實門前閘等。

2. 爆裂

當(dāng)入窯磚坯的殘余水分過高,預(yù)熱帶初期的升溫速度又超過25-35℃/h時,坯體中迅速汽化了的蒸汽來不及排出,擠炸磚坯,殘余水分越高,情況也越嚴(yán)重,甚至窯頂可聽到炸裂聲,尤其在蹲火后剛進(jìn)入預(yù)熱帶升溫較急,死傷水分并不太高,水汽常只擠破磚坯表層,形成蛛網(wǎng)般的細(xì)裂紋,對此,除應(yīng)控制入窯坯的殘余水分低于8%外,還應(yīng)適當(dāng)延長預(yù)熱帶,使緩慢升溫均勻脫水,以及在蹲火及輪窯燒紙擋后緩提遠(yuǎn)閘,慢慢加高。

3. 泛霜

磚面上生出一層白色粉末,這是磚體殘留有硫酸鎂、硫酸鈉等可溶無機(jī)鹽,吸水后滲出表層蒸發(fā)后的殘留物。由于坯體含有一定數(shù)量的結(jié)晶水,脫水后膨脹,因此,在泛霜時還會崩裂磚的表層。為此,應(yīng)控制泥料中扭送化鎂的含量低于3%。強(qiáng)化粉碎,提高細(xì)度和適當(dāng)延長焙燒及保溫時間,使生成不溶于水的硅酸鹽,減輕或杜絕危害。

4.啞音磚

除因欠火造成的啞音磚外,成型時造成的隱形裂紋和因原料土中雜質(zhì)太多,攪拌不勻留下的隱形分層,濕坯在預(yù)熱升溫太急,已被霜凍的磚坯和磚坯在預(yù)熱帶吸潮凝露等均會形成微裂紋,造成啞音磚,體突冷形成微裂紋等, 也可能造成啞音磚。對此,除應(yīng)強(qiáng)化原料處理,剔除雜質(zhì),充分混勻,改善磚機(jī)的有關(guān)參數(shù)外,還應(yīng)注意不燒高溫坯、霜凍坯,同時應(yīng)保證預(yù)熱良好,有足夠長的保溫帶。

5.磚面燒焦起泡

原因是焙燒帶升溫太快,表層迅速熔融燒結(jié),堵住了孔隙, 內(nèi)部還在進(jìn)行的理化反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體無路可走,在磚面鼓成氣泡。因此焙燒帶的升溫速度應(yīng)低于40-70℃/h,尤其在坯體已達(dá)到900℃以上溫度時,繼續(xù)升溫的速度更低于20℃-30℃/h,以防磚面燒焦起泡。

擠出機(jī)標(biāo)牌上的型號標(biāo)注說明什么內(nèi)容?

在橡膠擠出機(jī)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12783-91中規(guī)定,標(biāo)牌上的型號標(biāo)注說明如下:

從左向右順序:第一格塑料機(jī)械代號為S;第二格擠出機(jī)代號為J;第三格是指擠出機(jī)不同的結(jié)構(gòu)形式代號。三個格組合在一起就是:塑料擠出機(jī)為SJ;塑料排氣式擠出機(jī)為SJP;塑料發(fā)泡擠出機(jī)為SJF;塑料喂料擠出機(jī)為SJW;塑料鞋用擠出機(jī)為SJE;階式塑料擠出機(jī)為SJJ;雙螺桿塑料擠出機(jī)為SJS;錐形雙螺桿塑料擠出機(jī)為SJSF;多螺桿塑料擠出機(jī)為SJD。第四格表示輔機(jī),代號為F;如果是擠出機(jī)組,則代號為E。第五格參數(shù)是指螺桿直徑和長徑比。第六格是指產(chǎn)品的設(shè)計順序,按字母A、B、C等順序排列,第一次設(shè)計不標(biāo)注設(shè)計號。

例如:SJ-45X25,表示塑料擠出機(jī)、螺桿直徑為45mm,螺桿的長徑比為25:1。螺桿長徑比為20:1時不標(biāo)注。