作者:   發(fā)布時(shí)間:2017/5/20 9:24:12   瀏覽次數(shù):3904

根據(jù)各個(gè)加熱段具體職能，用錐形雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行PVC-U擠出生產(chǎn)，其整個(gè)過(guò)程大致可分為加溫、恒溫、保溫等三個(gè)區(qū)域。加溫與恒溫主要在擠出機(jī)內(nèi)，以排氣孔為界，劃分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的部分，保溫區(qū)過(guò)程由合流芯、擠出模體及擠出口模等部分構(gòu)成。在這里大家首先應(yīng)清楚PVC-U擠出過(guò)程中有兩種熱源，一種是電加熱器提供的外熱，一種是由雙螺桿對(duì)PVC-U物料進(jìn)行剪切、壓延和摩擦作用，以及PVC-U自身分之間的摩擦作用所產(chǎn)生的內(nèi)熱。兩種熱源在擠出的不同階段發(fā)揮著不同的作用。溫控裝置控制的僅是外熱。沒有內(nèi)熱存在的擠出機(jī)頭、口模部分的溫度一般都容易控制(部分參數(shù)設(shè)計(jì)超常規(guī)的擠出模具，也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)熱);有內(nèi)熱存在，剪切作用較強(qiáng)，但尚未超越物料塑化需求的壓縮段和主要為排氣服務(wù)的熔融段，相對(duì)亦比較穩(wěn)定，也較易控制。剪切相對(duì)比較薄弱，主要依賴外加熱，但外加熱難以滿足物料塑化需求的給料段(外加熱功率配置較低的擠出機(jī)尤為突出);剪切熱已超越物料塑化需求的計(jì)量段往往也不受溫控裝置的控制。因此在整個(gè)擠出過(guò)程的溫度控制中，給料段、計(jì)量段是溫度控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。擠出控制主體是物料溫度，而不是螺筒和模具的溫度。設(shè)定溫度僅是手段，而顯示溫度在不同工況條件下，和物料溫度又有不同的對(duì)應(yīng)(給料段物料溫度低于顯示溫度，計(jì)量段物料溫度高于顯示溫度)關(guān)系，加上熱電偶安裝位置的關(guān)系，顯示溫度僅能部分反映物料溫度，只是設(shè)定溫度的依據(jù)和基準(zhǔn)。下面具體說(shuō)下各段的溫度設(shè)置機(jī)理與重點(diǎn)。

1. 給料段溫度：給料段是電加熱器傳遞熱給螺筒、顯示的溫度是該段螺筒的溫度，并非是物料溫度。物料溫度往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于顯示溫度。當(dāng)物料通過(guò)給料螺桿剛進(jìn)入擠出機(jī)時(shí)，溫度僅有30℃—40℃左右，而螺桿產(chǎn)生的剪切熱帶來(lái)的物料溫升距塑化(玻璃化)溫度亦有很大的差距，同時(shí)物料經(jīng)由壓縮段，將通過(guò)排氣孔，需要物料在加溫區(qū)域完成由玻璃態(tài)向粘流態(tài)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，要求基本呈“橘皮狀”，沒有粉狀物質(zhì)存在，并緊緊包覆于螺槽表面，方不至被真空從排氣孔抽出或堵塞排氣孔，因此給料段的職能是重在外加熱，設(shè)定溫度應(yīng)盡量高一些，以便電加熱圈給物料提供足夠的外熱。此時(shí)電加熱器啟閉比較頻繁，甚至不停頓工作。由于物料進(jìn)入給料段，距離從口模擠出還有一段時(shí)間，加上為預(yù)防物料在加料口“架橋”或在機(jī)內(nèi)“粘壁”，設(shè)定溫度也不宜過(guò)高，應(yīng)以顯示溫度185℃以上為宜。雖然給料段設(shè)定溫度低一些，比如溫度設(shè)定為170℃左右甚至更低，也能生產(chǎn)出內(nèi)在質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。但由于供給的外熱比較少，過(guò)多依賴剪切熱來(lái)提升熔體溫度，對(duì)螺筒的磨損加大，會(huì)影響擠出機(jī)螺桿螺筒的使用壽命，是得不償失的。通過(guò)我們長(zhǎng)期在擠出設(shè)備維護(hù)中觀察發(fā)現(xiàn)，僅經(jīng)過(guò)一兩年(有的甚至不到一年)使用，螺筒就發(fā)會(huì)生嚴(yán)重磨損，磨損大多都集中在壓縮比比較大的雙頭螺綾過(guò)后的第一道單頭螺綾或第二道單頭螺綾部位以及計(jì)量段等較寬的工作區(qū)域，最大磨損量達(dá)2 mm～3mm，這時(shí)候擠出生產(chǎn)會(huì)出現(xiàn)黃線(因物料回流，在高溫狀態(tài)下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成)，如對(duì)間隙進(jìn)行調(diào)整，又會(huì)因螺桿與螺筒局部尖點(diǎn)摩擦，制品出現(xiàn)黑線和設(shè)備發(fā)出異常響聲，無(wú)法正常工作，只得更換螺筒與螺桿。這種現(xiàn)象的發(fā)生，分析起來(lái)盡管和制造廠家采用的鋼材和熱處理方法不當(dāng)有密切的關(guān)系，但其重要要的一點(diǎn)原因也是因擠出溫度設(shè)定過(guò)低，致使這些部位的剪切作用比較強(qiáng)而加劇磨損所致。給料段采用較高設(shè)定溫度不僅有利于物料熔化，而且可以充分利用外熱來(lái)減少剪切作用對(duì)擠出機(jī)的磨損。大量實(shí)踐證明，在給料、擠出速度和計(jì)量段設(shè)定溫度不變前提下，適當(dāng)提高給料段的設(shè)定溫度，可有效降低計(jì)量段顯示溫度與設(shè)定溫度之間的溫差，充分說(shuō)明給料段溫度在一定程度上發(fā)揮著調(diào)整剪切熱的作用。

2. 壓縮段溫度：物料進(jìn)入剪切作用較大的壓縮段，在螺桿剪切力作用下，升溫較快。設(shè)定溫度高一些，有助于降低物料粘度，加快流動(dòng)性，同給料段一樣，可以減少剪切熱的危害。

 3. 熔融段溫度：熔融段的物料基本熔化，因螺槽容積的變化，(一般壓縮比小于1 )，熔壓驟然降低，可以發(fā)揮充分恒溫和排氣的職能。設(shè)定溫度和壓縮段保持一致或略高，有助于防止熔體降溫，因熔體壓力的降低會(huì)使熔體溫度也呈下降的趨勢(shì)。

4 .計(jì)量段溫度：計(jì)量段顯示的溫度不是物料溫度。僅是物料在剪切熱作用下傳遞給螺筒的溫度，物料溫度往往高于顯示溫度。設(shè)定溫度的目的不是為了提供外熱，而主要是為了及時(shí)停止外加熱，并利用螺筒冷卻裝置和螺桿油溫度的適當(dāng)調(diào)節(jié)來(lái)轉(zhuǎn)移多余的熱量，防止物料分解。有的磨損嚴(yán)重的螺筒這段的冷卻裝置，在設(shè)備開機(jī)不久就會(huì)處于長(zhǎng)期工作狀態(tài)才能勉強(qiáng)保持溫度不上升。因此設(shè)定溫度不宜過(guò)高，以顯示溫度≤l 85℃為宜。當(dāng)擠出量過(guò)小，顯示溫度過(guò)低時(shí)，又可視情況適時(shí)提高螺筒、螺桿設(shè)定溫度或給料速度以增加剪切。

 5 .合流芯及擠出模體溫度：熔體進(jìn)入合流芯，已完全呈熔體狀態(tài)，并開始由變速變壓的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)口模建立熔體壓力，使溫度、粘度和流動(dòng)速度更趨均勻，為制品成型做最后的準(zhǔn)備。由于改變運(yùn)動(dòng)方向，建立熔體壓力需犧牲一定的能量為代價(jià)，同時(shí)該區(qū)域由剪切作用產(chǎn)生的內(nèi)熱已不復(fù)存在。因此溫度設(shè)定宜高一些，以減緩物料的熱損失。從本人查閱的大量行業(yè)文獻(xiàn)來(lái)看，行業(yè)中對(duì)合流芯溫度設(shè)定的意見分歧較大，有的人主張將合流芯溫度設(shè)定在1 65℃～175℃之間，認(rèn)為提高合流芯設(shè)定溫度，會(huì)導(dǎo)致主機(jī)功率和型坯熔壓降低，從而影響擠出制品的理化性能。經(jīng)本人結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析和試驗(yàn)證明，其實(shí)那是一個(gè)誤區(qū)，因?yàn)樘峁┗蜉敵鰺崃颗c否并不完全由設(shè)定溫度高低來(lái)決定，主要和加熱對(duì)象的實(shí)際溫度和設(shè)定溫度的差值有關(guān)。當(dāng)設(shè)定溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物料溫度時(shí)，如給料段物料溫度那樣，提高設(shè)定溫度，可以給物料提供大量的外熱;當(dāng)設(shè)定溫度小于物料溫度時(shí)，不但沒給物料加熱，反而起著降溫的作用。前面已經(jīng)講過(guò)，經(jīng)過(guò)計(jì)量段的熔體實(shí)際溫度是高于顯示溫度的，如果顯示溫度在185℃左右，那么物料溫度也大致在190℃以上。合流芯及模體設(shè)定溫度的目的不是為了加熱，只是為了保護(hù)熔體熱量不因合流芯和模體溫度過(guò)低而被散失掉。同時(shí)熔體在機(jī)內(nèi)被擠出時(shí)，靠近螺筒附近的熔體因與螺筒內(nèi)壁摩擦，流動(dòng)速度會(huì)低于熔體中心速度，發(fā)生所謂的“邊際”效應(yīng)。所以設(shè)定溫度高一些，反而可有效調(diào)節(jié)熔體截面的流動(dòng)速度。當(dāng)設(shè)定溫度低于合流芯部位熔體實(shí)際溫度時(shí)，其熔體不僅得不到外熱，反而會(huì)處于完全散熱狀態(tài)，表面熔體流動(dòng)速度則會(huì)減慢，與芯部熔體發(fā)生不均衡流動(dòng)，則會(huì)影響口模擠出制品成型質(zhì)量。甚至在模具分流錐流通截面阻力大的部位，因物料滯留出現(xiàn)黃線。當(dāng)然提高合流芯設(shè)定溫度是針對(duì)計(jì)量段熔體溫度而言的。合流芯設(shè)定溫度過(guò)高，表面熔體流動(dòng)過(guò)快，也會(huì)使截面流動(dòng)速度不均衡。還有人認(rèn)為(我公司大部分操作人員也是如此認(rèn)為的)：合流芯溫度設(shè)定高一些，會(huì)導(dǎo)致合流芯“糊料”。實(shí)際上合流芯發(fā)生“糊料”，主要是合流芯內(nèi)壁光潔度過(guò)低，連接部位不平整或存在過(guò)渡抬肩，使物料發(fā)生滯留或者開機(jī)升溫后，沒有緊固連接螺栓，連接部位出現(xiàn)間隙造成的，并非設(shè)定溫度過(guò)高所致。為了防止合流芯糊料，有意降低合流芯設(shè)定溫度，無(wú)疑是不正確的，過(guò)低的合流芯溫度反而會(huì)使靠近合流芯壁的物料因降溫硬化而流動(dòng)減慢，邊角地方甚至不流動(dòng)，造成因受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而分解糊料，產(chǎn)生適得其反的效果。

 6.口模溫度：口模設(shè)定溫度主要是為成型和調(diào)整流速及表面光亮度服務(wù)的，由于熔體進(jìn)入口模，在分流錐導(dǎo)向下，已由圓柱體轉(zhuǎn)化為呈產(chǎn)品需要形狀的薄壁熔體，依靠外加熱，也可以將型坯熔體溫度均勻提升到最佳塑化度區(qū)域。因此、口模溫度直接關(guān)系到產(chǎn)品的外在成型質(zhì)量，值得指出的是，當(dāng)擠出制品輕微塑化不良時(shí)，還可以通過(guò)適當(dāng)提高口模溫度來(lái)解決。但當(dāng)擠出制品出現(xiàn)嚴(yán)重塑化不良時(shí)，過(guò)度依賴提高口模溫度來(lái)解決也是不當(dāng)?shù)?。?huì)因表面溫度過(guò)高，熔體從口模擠出，發(fā)生不均勻膨脹，同時(shí)也會(huì)因熔體壓力的降低而改變?cè)O(shè)備內(nèi)部的摩擦和剪切程度，反而加劇物料的塑化不良，這時(shí)候還是要通過(guò)螺筒各段的溫度綜合調(diào)節(jié)來(lái)解決。

7. 螺桿溫度：螺桿溫度的控制一般有兩種裝置，一種是螺桿自調(diào)溫，利用熱管對(duì)流原理，實(shí)施熱量在螺桿內(nèi)部的均衡交換，不用外加能量，但換熱效率較低。我國(guó)目前在5 5型以下的錐形雙螺桿擠出機(jī)大致都是這種配置;一種是外加熱與冷卻裝置，通過(guò)外加能量調(diào)節(jié)螺桿加熱區(qū)和恒溫區(qū)的溫度。螺桿溫度的的設(shè)定，主要依據(jù)加溫區(qū)和恒溫區(qū)的設(shè)定與顯示的溫差來(lái)確定。其主要職能是輔助給料段加溫或?yàn)橛?jì)量段降溫，平衡兩者的溫差(我們公司的雙螺桿都是采用的這種裝置)。從目前實(shí)際的擠出機(jī)情況和存在的問題來(lái)看，主要是發(fā)揮后者的作用。

 8. 工藝溫度控制機(jī)理小結(jié)：擠出溫度設(shè)定之所以要求為“馬鞍型”，主要是為確保物料和熔體溫度呈“階梯型”，由低到高，始終處于平穩(wěn)上升，均衡塑化狀態(tài)，而不至于因物料在加溫區(qū)域設(shè)定溫度太低，物料至排氣孔時(shí)還未能塑化，從排氣孔冒料;在恒溫區(qū)域因設(shè)定溫度過(guò)高，導(dǎo)致物料發(fā)生降解。行業(yè)文獻(xiàn)中有人主張將設(shè)定溫度呈“階梯型”設(shè)置，顯然是一個(gè)誤區(qū)。當(dāng)顯示溫度處于受控狀態(tài)時(shí)，外熱和內(nèi)熱是可以相互調(diào)節(jié)和平衡的。在設(shè)定溫度一定條件下，當(dāng)因剪切作用大，內(nèi)熱較高時(shí)，外加熱圈會(huì)自動(dòng)減少工作時(shí)間和加熱量，輔助以從外部提供風(fēng)冷(或油冷)，內(nèi)部提供油冷，進(jìn)行冷卻，以防止物料分解;當(dāng)因剪切作用小，內(nèi)熱較低時(shí)，外熱圈也會(huì)自動(dòng)增加工作時(shí)間，從而自動(dòng)保持所供熱量和所需熱量的平衡。提高設(shè)定溫度，在增加外供熱量的同時(shí)，因物料粘度減少，流動(dòng)性增加，導(dǎo)致剪切熱減少;反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果降低設(shè)定溫度，在減少外供熱量的同時(shí)，因物料粘度增加，流動(dòng)性減少，導(dǎo)致剪切熱增加。擠出機(jī)提供的能量總是和設(shè)定溫度保持協(xié)調(diào)一致。并不因擠出機(jī)剪切性能強(qiáng)弱，擠出量大小而變化。在較高的加工溫度、較低的剪切作用下，可獲得與較低加工溫度與較高的剪切作用下相同的塑化度。因此無(wú)論擠出機(jī)剪切性能強(qiáng)弱，擠出量大小，擠出工藝溫度的設(shè)定應(yīng)基本一致，不應(yīng)當(dāng)有太大的不同。這也是本人近期在參考了大量行業(yè)文獻(xiàn)和充分考慮物料塑化的同時(shí)，兼顧如何利用外加熱，減緩剪切熱，在確保擠出制品塑化質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少螺筒磨損，延長(zhǎng)其工作壽命的新思路。