Hodnotiaci systém adaptability extrudéra s jedným skrutkami na rôzne materiály (PP/PS/PE/PLA)

I. ÚVOD: Výzvy materiálového spracovania pri extrúzii s jednou štrbinou

Ten montáž na extrúziu s jednou štrbinou machin E, ako základné vybavenie pre spracovanie polymérnych materiálov, jeho adaptabilita na rôzne polyméry priamo určuje kvalitu produktu a účinnosť výroby. Pp (polypropylén), Ps (polystyrén), Pešo (polyetylén) a Plan (kyselina polylaktová) vykazujú počas extrúzie odlišné reologické správanie a požiadavky na tepelnú stabilitu v dôsledku ich významných rozdielov v molekulárnej štruktúre a fyzikálnych vlastnostiach. Hodnotenie adaptability spracovania extrudérov s jedným skrutkami vyžaduje vytvorenie vedeckého hodnotiaceho systému zo štyroch rozmerov: materiálová charakteristická analýza, porovnávanie štruktúry zariadení, koordinácia parametrov procesu a korelácia kvality produktu.

II. Základná korelácia medzi vlastnosťami materiálov a spracovaním extrúzie

A) Vnútorné vlastnícke rozdiely v polymérnych materiáloch

B) základné vplyvy materiálových vlastností na proces extrúzie

• PP : Vysoká miera kryštalizácie vedie k veľkej rýchlosti zmršťovania, keď je tavenina ochladená, a pozornosť by sa mala venovať pomeru kompresie skrutky a regulácii teplotného gradientu pri sekcii chladenia a tvarovania; Charakteristiky strihania si vyžadujú koordinované nastavenie rýchlosti skrutky a tlaku chrbta, aby sa zabránilo prasknutiu taveniny.
• PS : Tuhý molekulárny reťazec spôsobuje, že pružnosť taveniny je výrazná, náchylná na zlomeninu roztavenia počas extrúzie, čo si vyžaduje optimalizáciu štruktúry miešania skrutiek na zníženie skladovania elastickej energie; Zlá tepelná stabilita vyžaduje presnosť regulácie teploty v rámci ± 2 ° C.
• PE : Mávka s nízkou viskozitou je náchylná na prietok úniku, čo si vyžaduje zvýšenie pomeru priemeru dĺžky skrutky (L/D ≥ 28), aby sa predĺžil čas pobytu a zabezpečil rovnomernú plastifikáciu; Rozdiel v rozsahu topenia medzi HDPE a LDPE vyžaduje zodpovednosť rôznych návrhov hĺbky drážok skrutiek.
• PLA : Silná hygroskopita (obsah vody musí byť <0,02%), čo si vyžaduje predbežné ošetrenie; Nízka pevnosť taveniny a citlivá na strih, extrúzia by sa mala vyhnúť vysokej rýchlosti rotácie (odporúčaná <100 ot./nopm) a na zníženie šmykového tepla použitím skrutky s nízkym kompresným pomerom (1,8-2.2).

III. Hodnotiace ukazovatele adaptability štruktúry zariadenia na materiály

A) Zodpovedanie geometrických parametrov skrutky

1. Pomer s priemerom dĺžky (L/D)

   • Spracovanie PP/PE vyžaduje L/D = 25-30; Nedostatočné L/D povedie k nedostatočnej plastifikácii kryštalických polymérov, čo spôsobí kryštálové body v produktoch;
   • Spracovanie PLA je vhodné pre L/D = 20-24; Pri nadmernej dlhej skrutke zvýši čas zdržania taveniny a zhorší termooxidačnú degradáciu.

2. Kompresný pomer

   • PP (Kompresný pomer 2.5-3.0): Vysoký kompresný pomer podporuje regularizáciu kryštalizácie a znižuje toleranciu hrúbky listu;
   • PS (Kompresný pomer 1,8-2.2): Nízky kompresný pomer znižuje akumuláciu taveniny a inhibuje extrúzne napučiavanie;
   • PLA (Kompresný pomer 1,8-2.0): Vyhnite sa nadmernému kompresnému pomeru spôsobujúceho miestne prehrievanie v kombinácii so štruktúrou skrutky gradientu (hĺbka drážky skrutiek lineárne znižuje z kŕmnej sekcie do homogenizačnej časti).

3. Konštrukcia miešania prvkov

   • V prípade charakteristík nízko viskozity PE je možné v sekcii homogenizácie skrutky nastaviť zmesové kolíky typu bariéry, aby sa zlepšila roztrhnutie a distribučné miešanie;
   • Spracovanie PS/PLA vyžaduje štruktúry miešania bez šmyku alebo nízkych krídiel (napríklad prvky disk skrutky), aby sa zabránilo zlomeniu molekulového reťazca.

B) Adaptabilita formovania matrice a pomocných strojov

• Návrh kanála prietoku :
  Vytláčanie plechu PP je vhodné pre matrice rybích chvostov (expanzný uhol 30 °-45 °) na skrátenie času zdržania taveniny v prietokovom kanáli; PLA vyžaduje zefektívnené matrice neobsahujúce mŕtveho uhla (drsnosť povrchu RA <0,2 μm), aby sa predišlo lepeniu a degradácii taveniny.
• Systém chladenia a tvarovania :
  PE listy vyžadujú ochladzovanie roliek (teplota 30-50 ° C) na inhibíciu nadmerného rastu kryštálov; PLA vyžaduje chladenie stredne teploty (60-80 ° C), aby sa zabránilo praskaniu vnútorného napätia spôsobené rýchlym ochladením.

Iv. Metódy hodnotenia pre optimalizáciu spolupráce parametrov procesu

A) stratégie regulácie teploty

1. Princíp trojlíkového teplotného oddielu
   • Sekcia kŕmenia: PP/PE musí udržiavať teplotu valca o 10-20 ° C nižšiu ako bod topenia (napr. PP napájanie oddielu 150 ° C), aby sa zabránilo prilepeniu materiálu na stenu; Sekcia kŕmenia PLA musí byť dodávaná so suchým vzduchom (rosný bod <-40 ° C), aby sa zabránilo infiltrácii vlhkosti.
   • Sekcia kompresie: Teplota kompresie PS je potrebné regulovať pri 200-220 ° C; prekročenie 240 ° C spôsobí oxidáciu benzénu a žltnutie; Horná hranica teploty kompresie PLA je 175 ° C a je potrebné zariadenie na chladenie vzduchu.
   • Homogenizačná časť: Teplota homogenizácie PE musí byť o 20-30 ° C vyššia ako bod topenia (napr. HDPE homogenizácia oddielu 150-160 ° C), aby sa zabezpečila plynulosť taveniny; Teplota homogenizácie PP je 180-190 ° C, vyrovnávanie plastifikácie a spotreba energie.

B) regulácia tlaku a rýchlosti rotácie

• Nastavenie tlaku :
  Tlak zadného tlaku PP je 0,5-1,0 mPa na zlepšenie kompaktnosti taveniny a zníženie bublín listov; Tlak chrbta PLA ≤0,3 MPa, aby sa zabránilo náhlemu zvýšeniu viskozity taveniny spôsobenej vysokým tlakom.
• Otáčanie :
  PE (nízka hustota) môže prijať vysokú rýchlosť rotácie (150-200 ot / min) na zvýšenie výstupu; Rýchlosť rotácie PLA musí byť <80 ot / min, kombinovaná s nízko-rýchlostným motorom s vysokým prúdom (kolísanie krútiaceho momentu ≤ 5%).

© Ovládanie pomeru napätia a napínania

• Pomer napätia PP listu 1,2-1.5, napínací pomer 2-3, ktorý musí zodpovedať synchrónnemu napínaciemu zariadeniu regulácie rýchlosti;
• Pomer napätia v plechu ≤1,2, aby sa zabránilo zlomeniu taveniny spôsobenej rýchlosťou vysokého napätia, a teplota napätia sa musí udržiavať pri 50-60 ° C, aby sa zlepšila pevnosť taveniny.

V. Hodnotenie korelácie medzi kvalitou produktu a prispôsobivosťou spracovania

A) Kľúčové ukazovatele testovania výkonnosti

1. Fyzické vlastnosti

   • Rovnomernosť hrúbky: Tolerancia PP/PE listu musí byť ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (obmedzená pevnosťou taveniny);
   • Mechanické vlastnosti: pevnosť v ťahu listu PS musí byť ≥ 40 mPa, predĺženie pri zlomení ≥ 2%; Ak je šmyk počas extrúzie nadmerný, predĺženie pri prestávke klesne pod 1%.

2. Mikroštruktúra

   • Kryštalinita PP List by mala byť regulovaná na 55%-65%; Príliš vysoká povedie k zvýšenej krehkosti;
   • Stupeň orientácie molekulárneho reťazca listov PLA musí byť <15%, čo je možné vyhodnotiť pozorovaním javov dvojlomovej fenomény polarizačným mikroskopom.

B) Typické defekty a korelácia prispôsobivosti zariadení

• Zlomenina taveniny (bežná v PS/PLA) :
  Príčinou môže byť príliš vysoká rýchlosť šmyku skrutiek (rýchlosť šmyku PS> 1000S⁻⁻) alebo príliš veľký vsadný uhol, ktorý si vyžaduje zníženie rýchlosti rotácie a optimalizáciu uhla konvergencie prierezu na 15 ° -20 °.
• Žltovanie plechu (bežné v PS/PLA) :
  Označuje výskyt tepelnej degradácie, ktorý je potrebné skontrolovať, či teplota homogenizačnej sekcie presahuje hornú hranicu PS 240 ° C alebo či je v barelku PLA (napríklad zlyhanie termočlánkov) miestna oblasť prehriatia (napríklad zlyhanie termočlánkov).

Vi. Rozšírené hodnotenie udržateľnej adaptability spracovania

V prípade materiálov založených na biobasovaní, ako sú PLA, by sa okrem tradičných ukazovateľov spracovania mala venovať aj pozornosť:

• Energetická účinnosť : Spotreba energie PLA je približne 1,3-1,5-násobok, čo vyžaduje vyhodnotenie zhody medzi vykurovacím výkonom skrutky a účinnosťou chladenia (odporúčaná hustota vykurovacieho výkonu ≤0,3 kW/kg · h);
• Čistá výroba : Zvyškové materiály v zariadení po spracovaní PLA sa musia vyčistiť špeciálnymi čistiacimi prostriedkami (ako je izopropylalkohol), aby sa zabránilo krížovej kontaminácii s inými materiálmi, čím sa vyhodnotilo pohodlie demontáže skrutky (napríklad štruktúra rýchleho uvoľnenia).

Vii. Konštrukcia viacrozmerného modelu hodnotenia prispôsobivosti

Vyhodnotenie prispôsobivosti extrudéra s jedným skrutkou na PP/PS/PE/PLA musí prevziať logický reťazec „Materiálových charakteristických parametrov a vybaveného procesu procesu procesu procesu“, pretože jadro, tvoriť systém vyhodnotenia s uzavretou slučkou prostredníctvom prispôsobeného geometrického parametrov skrutky (ako je napríklad vysoká kompresná pomer Nízkoteplotná stratégia tlaku s nízkym zadkom pre PS) v kombinácii s monitorovaním mikroštruktúry produktu v reálnom čase a fyzikálnymi vlastnosťami. V prípade nových materiálov (ako napríklad PLA) by sa do hodnotiaceho rámca mali začleniť aj ukazovatele trvalo udržateľného spracovania, čo propaguje modernizáciu zariadenia z „adaptácie jednej materiálu“ na „zelenú výrobu kompatibility s multi-materiálmi“. Zriadenie tohto hodnotiaceho systému poskytuje nielen teoretickú podporu pre optimalizáciu procesu vytláčania listov, ale ponúka aj technický základ pre modulárny návrh zariadení na vytláčanie s jedným skrátením.