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1、PVC挤出工艺温度的设定与优化作者：文章来源：互联网 点击数：1039 发布时间：2012-08-02 新浪微博 QQ空间 人人网 开心网 更多 本文参考了大量行业文献，结合公司20来年的PVC-U产品挤出生产的经验，对挤塑工艺温度的设定和优化进行了大胆的探索和实践。在塑料挤出行业与PVC挤出相关的技术文献中，有关锥形双螺杆挤出机工艺温度设定和控制，基本有两种思路. 一 绪言在塑料挤出行业与PVC挤出相关的技术文献中，有关锥形双螺杆挤出机工艺温度设定和控制，基本有两种思路：一种是低温工艺，温度设定大致在 165175左右;一种是常温工艺。温度设定大致在175一185左右;在温度设定趋势上，有前
2、高中低后高的“马鞍型”工艺(本人比较赞同“马鞍型”工艺模式，公司的生产也采用的是这种工艺模式)，也有由前到后逐步升高的“阶梯型”工艺模式。在公司不同的产品系列上还有螺筒温度设在200以上的超高温度工艺(我公司穿线管生产属此情况)，和螺筒温度设150左右的超低温度工艺(我公司部分螺杆、螺筒临近报废的设备)。不能说采取这些工艺都能生产出质量达标的产品，但其中一些完全不同的工艺却能生产出同样质量达标的产品，却是不争的事实。因此，本人觉得有必要对这些工艺温度的优劣进行全面、系统分析和研究，以便由表及里，去伪存真，从各类不同工艺温度参数中，提炼出一套能真正指导生产的科学、合理的工艺温度设定方法。实际上，
3、我国挤出机制造行业经过多年来的发展，无论在螺杆结构压力配置，还是外加热圈功率配置方面，都为PVCU塑料良好、均衡塑化提供了条件。实践证明: 完全可以破解以往大多数人认为“挤出工艺应当和挤出机相适应”定向思维的困扰，无论什么规格、剪切性能的锥形双螺杆挤出机，挤出量有多少，在温度可控状态下，都可以通过优化工艺温度，基本实现同一工艺温度条件下挤出，为公司挤出生产过程的三统一(设备统一、模具统一、配方统一)打下良好的基础。从而实现提高制品质量，减缓挤出机磨损，延长其工作寿命，进一步降低配方成本，方便管理，及时发现和有效处理故障等多层次目标。现将这一优化工艺温度的基本思路和生产过程实践总结如下。由于本人
4、水平有限，错误和瑕疵在所难免，不当之处，敬请各工艺人员，管理人员及操作工批评指正，以便及时更新，谢谢!二 工艺温度优化的基准要优化挤出工艺温度，首先应当了解与掌握设定工艺温度的基准。大量生产实践证明，以下三个条件可作为基准：2. 1. PVC树脂的热稳定性：PVC树脂是热敏性高聚物，单纯的PVC树脂在100条件下开始降解，150条件下，降解加速。而反过来PVC在160条件下才开始由玻璃化态经高弹态向粘流态转化。因此单纯的PVC树脂根本无法直接进行加工，必须通过添加热稳定剂来改善树脂的热稳定性。而一般PVC树脂的稳定剂试验是在180、30min与200、20min条件下进行的。因此PVC树脂的塑
5、化温度与时间均不应超过这个范围。2. 2. 塑化度：塑化度，亦称凝胶化程度，在PVC塑料中，塑化度是制品结晶程度与PVC初级粒子熔合程度的标志。大量的研究和测试资料表明：未经改性的P VCU塑化度在6 0%65%时，即制品中初级粒子尚未完全塑化，仅大部分熔合时，抗冲性能最强，其中塑化度在60%时，断裂强度最高，塑化度在65%时断裂伸长率最大。当熔体的温度在150以下时，塑化度为零;熔体温度在190以下时，制品中初级粒子清晰可见，塑化度在45%以下;熔体温度在200左右时，制品中初级粒子界限大部分消失，仅有少数初级粒子可见，塑化度为7 0%;熔体温度到200以上时，制品初级粒子完全塑化，塑化度可
6、达8 0%以上。2. 3. 与CPE共混体系的加工温度：我公司所有PVC制品均为加入CPE共混增韧改性的，而CPE抗冲击改性剂的温度带比较狭窄，大量试验证明，经CPE改性的 PVC在190和200条件下形成的制品，其微观形态相差很大。190时改性剂粒子形成了一个包覆PVC初级粒子的网状结构，可以获得良好的抗冲击增韧效果;200时PVC初级粒子完全熔融，网状结构消失转变为球体，分散于PVC树脂基体中，导致抗冲击性能大幅度下降。从以上论述里可以看出：采用 CPE共混改性的PVC加工工艺条件是比较苛刻的。同时PVC塑料是“不定性”高聚物，PVC降解不仅与温度有关还和时间相关。温度越高，降解的时间越短
7、，温度越低，降解的时间越长。螺筒熔体温度宜控制在l80185之间(这里要注意是指的熔体温度，而不是螺筒显示温度，二者是有很大区别的)，以防止因高温熔体在机内停留时间过长，发生分解。剩余的熔体温差由口模来完成，口模段熔体温度则应控制190200甚至更高些，以便熔体到达最佳塑化度的一瞬间，即刻从口模挤出，以期实现既能从最佳塑化度状态下成型，又不至于因受高温时间过长而分解。三 工艺温度的设定挤出机螺筒各段及合流芯、模具各段温度具体设定大致如下：3. 1. 给料段：l85195，依据挤出机剪切性能和挤出量大小而定，确保显示温度至少 185;挤出量越大的这段要求温度越高，以便粉料能快速受热玻璃化而形成小
8、块状。我公司挤出生产穿线管与排水管都是高速挤出，特别是穿线管，在我查阅过的资料中还未见有如此快速度生产的，所以我们公司的穿线管和排水硬管挤出设备给料段温度都超高，普遍在195以上，个别机台甚至达到210 220，实际的内部料温则只在100130之间，要到给料段末端才能接近玻璃化态需要的温度150左右。3. 2. 压缩段：一般在180;也可根据实际挤出速度适当提高，我们公司的穿线管生产在这一段是超过180的、达到了190195排水管的生产大致差不多180。3. 3. 熔融段：一般在180;也可根据实际挤出速度适当提高，我们公司的穿线管生产在这一段是超过180的、达到了190195排水管的生产大致
9、差不多180。3. 4. 计量段：计量段的温度在整过挤塑过程中是非常重要的，其重要性在某种意义上甚至超过给料段。温度一般应设定在170180，依据挤出机剪切性能和挤出量大小而定，确保显示温度l 85。因计量段内部剪切热很大，容易造成熔体升温，而过高的熔体温度会加速PVC分解形成制品发黄、变色线、发泡等等影响制品质量的情况出现。因此、必要时可采用螺杆温度、给料速度等方法分别进行调节。3. 5. 挤出模具模体段温度：挤出模具模体温度设定比较简单，主要是为防止熔体在模体内降温，一般设定在185左右，大部分产品的生产过程中，温度设置在这区间都没问题，个别产品(波纹管)比这要高、达到190。3. 6.
10、口模段温度：190210，视产品挤出时表面光亮度与挤出压力大小而定。一般来说，升高口模的温度，能适当提高产品的表面的光亮度，也能一定程度地降低挤出机的内部压力，挤出机内部压力降低，摩擦剪切力自然就降低了，换句话说，适当增加口模温度，可以少量降低挤出机的内部的摩擦剪切热的产生(当内部摩擦剪切热过大的时候)，反之亦然。我公司从事PVC挤出生产已经20来年了，当中已经有了一些经验丰富的挤出操作主机手，大部分已经知道通过口模具的温度调节来满足制品需要的生产工艺。四 工艺温度的优化机理根据各个加热段具体职能，用锥形双螺杆挤出机进行PVC-U挤出生产，其整个过程大致可分为加温、恒温、保温等三个区域。加温与
11、恒温主要在挤出机内，以排气孔为界，划分为两个相对独立又相互关联的部分，保温区过程由合流芯、挤出模体及挤出口模等部分构成。在这里大家首先应清楚PVC-U挤出过程中有两种热源，一种是电加热器提供的外热，一种是由双螺杆对PVC-U物料进行剪切、压延和摩擦作用，以及PVC-U自身分之间的摩擦作用所产生的内热。两种热源在挤出的不同阶段发挥着不同的作用。温控装置控制的仅是外热。没有内热存在的挤出机头、口模部分的温度一般都容易控制(部分参数设计超常规的挤出模具，也会产生内热);有内热存在，剪切作用较强，但尚未超越物料塑化需求的压缩段和主要为排气服务的熔融段，相对亦比较稳定，也较易控制。剪切相对比较薄弱，主要
12、依赖外加热，但外加热难以满足物料塑化需求的给料段(外加热功率配置较低的挤出机尤为突出);剪切热已超越物料塑化需求的计量段往往也不受温控装置的控制。因此在整个挤出过程的温度控制中，给料段、计量段是温度控制的重点和难点。挤出控制主体是物料温度，而不是螺筒和模具的温度。设定温度仅是手段，而显示温度在不同工况条件下，和物料温度又有不同的对应(给料段物料温度低于显示温度，计量段物料温度高于显示温度)关系，加上热电偶安装位置的关系，显示温度仅能部分反映物料温度，只是设定温度的依据和基准。下面具体说下各段的温度设置机理与重点。4.1. 给料段温度：给料段是电加热器传递热给螺筒、显示的温度是该段螺筒的温度，并
13、非是物料温度。物料温度往往远远低于显示温度。当物料通过给料螺杆刚进入挤出机时，温度仅有3040左右，而螺杆产生的剪切热带来的物料温升距塑化(玻璃化)温度亦有很大的差距，同时物料经由压缩段，将通过排气孔，需要物料在加温区域完成由玻璃态向粘流态的转化过程，要求基本呈“橘皮状”，没有粉状物质存在，并紧紧包覆于螺槽表面，方不至被真空从排气孔抽出或堵塞排气孔，因此给料段的职能是重在外加热，设定温度应尽量高一些，以便电加热圈给物料提供足够的外热。此时电加热器启闭比较频繁，甚至不停顿工作。由于物料进入给料段，距离从口模挤出还有一段时间，加上为预防物料在加料口“架桥”或在机内“粘壁”，设定温度也不宜过高，应以
14、显示温度185以上为宜。虽然给料段设定温度低一些，比如温度设定为170左右甚至更低，也能生产出内在质量达标的产品。但由于供给的外热比较少，过多依赖剪切热来提升熔体温度，对螺筒的磨损加大，会影响挤出机螺杆螺筒的使用寿命，是得不偿失的。通过我们长期在挤出设备维护中观察发现，仅经过一两年(有的甚至不到一年)使用，螺筒就发会生严重磨损，磨损大多都集中在压缩比比较大的双头螺绫过后的第一道单头螺绫或第二道单头螺绫部位以及计量段等较宽的工作区域，最大磨损量达2 mm3mm，这时候挤出生产会出现黄线(因物料回流，在高温状态下停留时间过长造成)，如对间隙进行调整，又会因螺杆与螺筒局部尖点摩擦，制品出现黑线和设备
15、发出异常响声，无法正常工作，只得更换螺筒与螺杆。这种现象的发生，分析起来尽管和制造厂家采用的钢材和热处理方法不当有密切的关系，但其重要要的一点原因也是因挤出温度设定过低，致使这些部位的剪切作用比较强而加剧磨损所致。给料段采用较高设定温度不仅有利于物料熔化，而且可以充分利用外热来减少剪切作用对挤出机的磨损。大量实践证明，在给料、挤出速度和计量段设定温度不变前提下，适当提高给料段的设定温度，可有效降低计量段显示温度与设定温度之间的温差，充分说明给料段温度在一定程度上发挥着调整剪切热的作用。4. 2. 压缩段温度：物料进入剪切作用较大的压缩段，在螺杆剪切力作用下，升温较快。设定温度高一些，有助于降低
16、物料粘度，加快流动性，同给料段一样，可以减少剪切热的危害。4. 3. 熔融段温度：熔融段的物料基本熔化，因螺槽容积的变化，(一般压缩比小于1 )，熔压骤然降低，可以发挥充分恒温和排气的职能。设定温度和压缩段保持一致或略高，有助于防止熔体降温，因熔体压力的降低会使熔体温度也呈下降的趋势。4. 4 计量段温度：计量段显示的温度不是物料温度。仅是物料在剪切热作用下传递给螺筒的温度，物料温度往往高于显示温度。设定温度的目的不是为了提供外热，而主要是为了及时停止外加热，并利用螺筒冷却装置和螺杆油温度的适当调节来转移多余的热量，防止物料分解。有的磨损严重的螺筒这段的冷却装置，在设备开机不久就会处于长期工作状态才能勉强保持温度不上升。因此设定温度不宜过高，以显示温度l 85为宜。当挤出量过小，显示温度过低时，又可视情况适时提高螺筒、螺杆设定温度或给料速度以增
