Система оценки адаптивности экструдера с одним скромным

I. Введение: проблемы обработки материалов в однокварновой экструзии

А Термоформирование пластикового листа с однокварновым листом E, как основное оборудование для обработки полимерных материалов, его адаптивность к различным полимерам напрямую определяет качество продукции и эффективность производства. Стр (полипропилен), Пса (полистирол), Финиш (полиэтилен) и Плата (полилактановая кислота) демонстрируют различные реологические поведения и требования к термической стабильности во время экструзии из -за их значительных различий в молекулярной структуре и физических свойствах. Оценка адаптивности обработки однокварновых экструдеров требует построения системы научной оценки из четырех измерений: анализ характеристики материала, сопоставление структуры оборудования, координация параметров процесса и корреляция качества продукта.

II Фундаментальная корреляция между свойствами материала и обработкой экструзии

(А) Внутренние различия в полимерных материалах

(Б) Ядро влияет свойства материала на процесс экструзии

• PP : Высокая скорость кристаллизации приводит к большой скорости усадки при охлаждении расплава, а внимание следует уделять коэффициенту сжатия винта и управлению градиентом температуры в разделе охлаждения и формирования; Характеристики прореживания сдвига требуют скоординированной регулировки скорости винта и давления обратного давления, чтобы избежать разрыва расплава.
• PS : Жесткая молекулярная цепь делает эластичность расплава заметной, склонной к расплавому переломам во время экструзии, требуя оптимизации структуры смеси в винте для уменьшения хранения упругих энергий; Плохая тепловая стабильность требует точности контроля температуры в пределах ± 2 ° C.
• PE : Расплавление с низкой сумасшедшей склонна к потоку утечки, что требует увеличения соотношения диаметра длины винта (L/D ≥28), чтобы продлить время пребывания и обеспечить равномерную пластификацию; Разница в диапазоне плавления между HDPE и LDPE требует сопоставления различных конструкций глубины канавки.
• PLA : Сильная гигроскопичность (содержание воды должно быть <0,02%), что требует предварительной обработки; Низкая прочность расплава и чувствительная к сдвигу, экструзия должна избегать высокой скорости вращения (рекомендуется <100rpm) и использовать винт с низким соотношением сжатия (1,8-2,2) для уменьшения тепла сдвига.

Iii. Оценка показателей адаптивности структуры оборудования к материалам

(А) Сопоставление геометрических параметров винта

1. Соотношение диаметра длины (L/D)

   • Обработка PP/PE требует L/D = 25-30; Недостаточный L/D приведет к недостаточной пластификации кристаллических полимеров, вызывая кристаллические точки в продуктах;
   • Обработка PLA подходит для L/D = 20-24; Чрезмерный длинный винт увеличит время пребывания расплава и усугубляет термо-окислительную деградацию.

2. Коэффициент сжатия

   • PP (коэффициент сжатия 2.5-3.0): высокий уровень сжатия способствует регуляризации кристаллизации структуры и снижает толерантность к толщине листа;
   • PS (коэффициент сжатия 1,8-2,2): низкое соотношение сжатия снижает эластичное накопление расплава и ингибирует набухание экструзии;
   • PLA (коэффициент сжатия 1.8-2.0): избегайте чрезмерного соотношения сжатия, вызывая локальное перегрев, в сочетании с градиентной винтной структурой (глубина винтовой канавки линейно уменьшается от сечения кормления до гомогенизирующей секции).

3. Смешанный элемент дизайн

   • Для характеристик с низкой сумасшедшей PE можно установить смешивающие штифты типа барьерного типа для усиления разрыва расплава и распределительного смешивания;
   • Процедура PS/PLA требует сдвигающих или низкопритяжных смешивающих конструкций (таких как винтные элементы DIS) для предотвращения перелома молекулярной цепи.

(Б) адаптируемость формовых штампов и вспомогательных машин

• Дизайн канала Die Flow :
  Экструзия листа PP подходит для умираний рыбного хвоста (угол расширения 30 ° -45 °), чтобы уменьшить время пребывания расплава в канале потока; PLA требует обтекаемых мертвых без угла штампов (шероховатость поверхности RA <0,2 мкм), чтобы избежать таяния и деградации.
• Система охлаждения и формирования :
  ПЭ-простыня требуют закатающихся бросков (температура 30-50 ° C), чтобы ингибировать чрезмерный рост кристаллов; PLA требует охлаждения средней температуры (60-80 ° C), чтобы предотвратить внутреннее растрескивание напряжений, вызванное быстрым охлаждением.

IV Методы оценки параметров процесса совместная оптимизация

(А) Стратегии контроля температуры

1. Принцип трехзон температуры
   • Секция кормления: PP/PE необходимо поддерживать температуру ствола на 10-20 ° C ниже температуры плавления (например, PP кормление 150 ° C), чтобы предотвратить прилипание материала к стене; Секция кормления PLA должна поставляться с сухим воздухом (точка росы <-40 ° C), чтобы избежать инфильтрации влаги.
   • Раздел сжатия: температура сжатия PS должна контролировать при 200-220 ° C; Превышение 240 ° C приведет к окислению бензольного кольца и пожелтения; Верхний предел температуры сжатия сжатия PLA составляет 175 ° C, и требуется принудительное устройство воздушного охлаждения.
   • Гомогенизирующий раздел: гомогенизирующий участок ПЭ должен быть на 20-30 ° C выше, чем температура плавления (например, гомогенизирующий раздел HDPE раздел 150-160 ° C), чтобы обеспечить текучесть расплава; Температура гомогенизации PP составляет 180-190 ° C, балансируя пластификацию и потребление энергии.

(Б) Регуляция скорости давления и вращения

• Настройка обратного давления :
  ПП Экструзия обратного давления составляет 0,5-1,0 МПа для улучшения компактности расплава и уменьшения пузырьков листа; Обратное давление PLA ≤0,3 МПа, чтобы избежать внезапного увеличения вязкости расплава, вызванного высоким давлением.
• Скорость вращения винта :
  PE (низкая плотность) может принять высокую скорость вращения (150-200 об / мин), чтобы увеличить выход; Скорость вращения PLA должна быть <80 об / мин в сочетании с низкоскоростным моторным двигателем (колебания крутящего момента ≤5%).

© контроль коэффициента натяжения и растяжения

• Коэффициент натяжения листа PP 1,2-1,5, коэффициент растяжения 2-3, необходимый для соответствия синхронной машине с регуляцией скорости;
• Коэффициент натяжения листа PLA ≤1,2, чтобы избежать перелома расплава, вызванного высокой скоростью натяжения, и температура рулона натяжения необходимо поддерживать при 50-60 ° C, чтобы улучшить прочность расплава.

V. Оценка корреляции между качеством продукта и адаптацией обработки

(А) Ключевые показатели тестирования производительности

1. Физические свойства

   • Уорленность толщины: толерантность к листам PP/PE должна быть ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (ограничено прочностью расплава);
   • Механические свойства: прочность на растяжение листа PS должна быть ≥40 МПа, удлинение при разрыве ≥2%; Если сдвиг чрезмерный во время экструзии, удлинение при перерыве упадет до ниже 1%.

2. Микроструктура

   • Кристалличность ПП должна контролироваться на уровне 55%-65%; Слишком высокий приведет к увеличению листовой хрупкости;
   • Степень ориентации молекулярной цепи, степень листа PLA, должна составлять <15%, что может быть оценено путем наблюдения за явлением бир -сильзитрой с поляризационным микроскопом.

(Б) Типичные дефекты и корреляция адаптации оборудования

• Перелом расплава (общий в PS/PLA) :
  Причиной может быть слишком высокая скорость сдвига винта (скорость сдвига PS> 1000S⁻) или слишком большой угол на входе, что требует снижения скорости вращения и оптимизации угла сходимости отклонений до 15 ° -20 °.
• Листовый пожелток (общий в PS/PLA) :
  Указывает возникновение теплового деградации, необходимое для проверки того, превышает ли температура гомогенизации секции верхний предел PS 240 ° C или существует локальная площадь перегрева в счете PLA (например, сбой термопара).

VI Расширенная оценка устойчивой адаптивности обработки

Для биологических материалов, таких как PLA, в дополнение к традиционным индикаторам обработки, внимание также должно быть уделено:

• Энергоэффективность : Потребление энергии экструзии PLA примерно в 1,3-1,5 раза больше, чем у PP, требуя оценки соответствия между мощностью нагревания винта и эффективностью охлаждения (рекомендуемая плотность мощности нагревания ≤0,3 кВт/кг · ч);
• Чистое производство : Остаточные материалы в оборудовании после обработки PLA должны быть очищены специальными чистящими средствами (такими как изопропиловый спирт), чтобы избежать перекрестного загрязнения с другими материалами, оценка удобства разборки винта (например, структура фланки быстроразделения).

VII. Создание многомерной модели оценки адаптации

The evaluation of single-screw extruder adaptability to PP/PS/PE/PLA needs to take the logical chain of “material characteristics-equipment structure-process parameters-product quality” as the core, form a closed-loop evaluation system through customized screw geometric parameters (such as high compression ratio for PP, low-shear mixing section for PLA), collaborative optimization of temperature-pressure-rotation speed (such as Низкотемпературная стратегия давления с низким содержанием спины для PS) в сочетании с мониторингом микроструктуры продукта в режиме реального времени и физических свойств. Для новых материалов (таких как PLA) индикаторы устойчивой обработки также должны быть включены в структуру оценки, способствуя обновлению оборудования с «адаптации с одним материалом» до «зеленой производства многообразования». Создание этой системы оценки не только обеспечивает теоретическую поддержку оптимизации процесса экструзии листа, но и предлагает техническую основу для модульной конструкции оборудования для однокварного экструзии. .