Farklı malzemelere tek vidalı ekstrüder uyarlanabilirliğinin değerlendirme sistemi (PP/PS/PE/PLA)

I. Giriş: Tek vidalı ekstrüzyonda malzeme işleme zorlukları

. tek vidalı plastik tabakalı ekstrüzyon termoform makine E, polimer malzeme işleme için çekirdek ekipman olarak, farklı polimerlere uyarlanabilirliği doğrudan ürün kalitesini ve üretim verimliliğini belirler. PP (polipropilen), Ps (polistiren), Pe (polietilen) ve Pla (polilaktik asit), moleküler yapı ve fiziksel özelliklerdeki anlamlı farklılıkları nedeniyle ekstrüzyon sırasında farklı reolojik davranışlar ve termal stabilite gereksinimleri sergiler. Tek vidalı ekstrüderlerin işleme uyarlanabilirliğini değerlendirme, dört boyuttan bilimsel bir değerlendirme sistemi oluşturulmasını gerektirir: malzeme karakteristik analizi, ekipman yapısı eşleştirme, proses parametresi koordinasyonu ve ürün kalitesi korelasyonu.

İi. Malzeme özellikleri ve ekstrüzyon işleme arasındaki temel korelasyon

(A) Polimer malzemelerin içsel özellik farklılıkları

(B) Malzeme özelliklerinin ekstrüzyon işlemi üzerindeki temel etkileri

• PP : Yüksek kristalizasyon hızı, eriyik soğuduğunda büyük bir büzülme oranına yol açar ve vidalı sıkıştırma oranına ve soğutma ve şekillendirme bölümünün sıcaklık gradyan kontrolüne dikkat edilmelidir; Kesme inceltme özellikleri, eriyik rüptürünü önlemek için vida hızının ve geri basıncının koordineli ayarlanmasını gerektirir.
• PS : Rijit moleküler zincir, ekstrüzyon sırasında kırılmaya eğilimli, elastik enerji depolamayı azaltmak için vida karıştırma bölümü yapısının optimizasyonunu gerektiren eriyik elastikiyetini belirgin hale getirir; Kötü termal stabilite ± 2 ° C içinde sıcaklık kontrol doğruluğu gerektirir.
• PE : Düşük viskoziteli eriyik sızıntı akışına eğilimlidir, kalma süresini uzatmak ve homojen plastikleşmeyi sağlamak için vida uzunluğu çapında (l/d ≥28) bir artış gerektirir; HDPE ve LDPE arasındaki eritme aralığındaki fark, farklı vidalı oluk derinliği tasarımlarının eşleşmesini gerektirir.
• PLA : Güçlü higroskopiklik (su içeriğinin <%0.02 olması gerekir), ön kuru tedavi gerektirir; Düşük eriyik mukavemeti ve kesime duyarlı olan ekstrüzyon, yüksek dönüş hızını (önerilen <100RPM) önlemeli ve kesme ısısını azaltmak için düşük sıkıştırma oranı (1.8-2.2) vida kullanmalıdır.

III. Ekipman yapısının değerlendirme göstergeleri Malzemelere uyarlanabilirlik

(A) Vida geometrik parametrelerinin eşleştirilmesi

1. Uzunluk çapı oranı (l/d)

   • PP/PE işleme l/d = 25-30 gerektirir; Yetersiz L/D, kristal polimerlerin yetersiz plastikleşmesine yol açarak ürünlerde kristal noktalara neden olacaktır;
   • PLA işleme L/D = 20-24 için uygundur; Aşırı uzun bir vida eriyik kalma süresini artıracak ve termo-oksidatif bozulmayı ağırlaştıracaktır.

2. Sıkıştırma oranı

   • PP (sıkıştırma oranı 2.5-3.0): Yüksek sıkıştırma oranı kristalizasyon yapısı düzenlemesini teşvik eder ve tabaka kalınlığı toleransını azaltır;
   • PS (sıkıştırma oranı 1.8-2.2): Düşük sıkıştırma oranı eriyik elastik birikimini azaltır ve ekstrüzyon şişmesini engeller;
   • PLA (sıkıştırma oranı 1.8-2.0): Aşırı sıkıştırma oranından kaçının, lokal aşırı ısınmaya neden olur, gradyan vidalı bir yapı ile birleştirilir (vida oluk derinliği, besleme bölümünden homojenleştirici bölüme doğrusal olarak azalır).

3. Eleman Tasarımı Karıştırma

   • PE'nin düşük viskoziteli özellikleri için, eriyik yırtılmasını ve dağıtıcı karıştırmayı arttırmak için vida homojenleştirici bölümüne bariyer tipi karıştırma pimleri ayarlanabilir;
   • PS/PLA işleme, moleküler zincir kırılmasını önlemek için kesilmemiş veya düşük kayma karıştırma yapıları (dis vid elemanları gibi) gerektirir.

(B) Kalıp kalıplarının ve yardımcı makinelerin uyarlanabilirliği

• Die Flow kanalı tasarımı :
  PP tabakası ekstrüzyonu, akış kanalındaki eriyik kalma süresini azaltmak için balık kuyruklu kalıplar (genişleme açısı 30 ° -45 °) için uygundur; PLA, eriyik yapışmasını ve bozulmayı önlemek için aerodinamik ölü açılı kalıplar (yüzey pürüzlülüğü RA <0.2μm) gerektirir.
• Soğutma ve şekillendirme sistemi :
  PE tabakaları aşırı kristal büyümesini inhibe etmek için söndürme ruloları (30-50 ° C sıcaklık) gerektirir; PLA, hızlı soğutmanın neden olduğu iç stres çatlamasını önlemek için orta sıcaklık soğutma (60-80 ° C) gerektirir.

IV. Proses parametresi işbirlikçi optimizasyon için değerlendirme yöntemleri

(A) Sıcaklık kontrol stratejileri

1. Üç bölgeli sıcaklık bölme prensibi
   • Besleme Bölümü: PP/PE, malzemenin duvara yapışmasını önlemek için erime noktasından 10-20 ° C daha düşük bir şekilde korunmalıdır (örn. PP Besleme Bölümü 150 ° C); Nem infiltrasyonunu önlemek için PLA besleme bölümünün kuru hava (çiğ noktası <-40 ° C) sağlanması gerekir.
   • Sıkıştırma bölümü: PS sıkıştırma bölümü sıcaklığının 200-220 ° C'de kontrol edilmesi gerekir; 240 ° C'yi aşan benzen halkası oksidasyonuna ve sararmaya neden olacaktır; PLA sıkıştırma bölümü sıcaklık üst sınırı 175 ° C'dir ve zorla hava soğutma cihazı gereklidir.
   • Homojenleştirme Bölümü: PE homojenleştirici bölüm sıcaklığının eriyen akışkanlığı sağlamak için erime noktasından 20-30 ° C daha yüksek olması gerekir (örn. HDPE homojenleştirme Bölüm 150-160 ° C); PP homojenleştirici bölüm sıcaklığı 180-190 ° C'dir, plastikleşme ve enerji tüketimi dengelemektedir.

(B) Basınç ve dönüş hızı düzenlemesi

• Geri Basınç Ayarı :
  PP ekstrüzyon geri basıncı, eriyik kompaktlığını artırmak ve sac baloncuklarını azaltmak için 0.5-1.0MPA'dır; Yüksek basıncın neden olduğu eriyik viskozitesinde ani artışı önlemek için pla geri basıncı ≤0.3MPA.
• Vidalı dönüş hızı :
  PE (düşük yoğunluk) çıkışı artırmak için yüksek dönme hızı (150-200rpm) benimseyebilir; PLA rotasyon hızının düşük hızlı bir yüksek tork motoru (tork dalgalanması ≤%5) ile birlikte <80rpm olması gerekir.

© gerilim ve gerilme oranı kontrolü

• PP tabaka gerilim oranı 1.2-1.5, germe oranı 2-3, senkron bir hız düzenleme gerginlik makinesine uyması gerekir;
• Yüksek gerginlik hızının neden olduğu eriyik kırığından kaçınmak için PLA tabakası gerilim oranı ≤1.2 ve eriyik mukavemetini artırmak için gerilim rulo sıcaklığının 50-60 ° C'de tutulması gerekir.

V. Ürün kalitesi ve işleme uyarlanabilirliği arasındaki korelasyon değerlendirmesi

(A) Anahtar Performans Test Göstergeleri

1. Fiziksel Özellikler

   • Kalınlık tekdüzeliği: PP/PE sac toleransının ≤ ±% 3, PLA ≤ ±% 5 olması gerekir (eriyik mukavemeti ile sınırlı);
   • Mekanik Özellikler: PS tabakası gerilme mukavemetinin ≥40MPa olması, kırılmada ≥%2 olması gerekir; Ekstrüzyon sırasında kesme aşırı ise, kırılmada uzama%1'in altına düşecektir.

2. Mikroyapı

   • PP sac kristalliği%55-%65 olarak kontrol edilmelidir; Çok yüksek, artan sac kırıntısına yol açacaktır;
   • PLA tabakalarının moleküler zincir oryantasyon derecesinin <%15 olması gerekir, bu da bir polarizasyon mikroskobu ile çift kırma fenomenleri gözlemlenerek değerlendirilebilir.

(B) Tipik kusurlar ve ekipman uyarlanabilirliği korelasyonu

• Eriyik kırığı (PS/PLA'da yaygın) :
  Neden çok yüksek vidalı kesme hızı (PS kesme hızı> 1000s⁻) veya çok büyük kalıp giriş açısı olabilir, bu da dönüş hızını azaltma ve kalıp yakınsama kesit açısını 15 ° -20 ° 'ye optimize eder.
• Sac Sararma (PS/PLA'da yaygın) :
  Homojenleştirici bölüm sıcaklığının 240 ° C'lik PS üst sınırını aşıp aşmadığını veya PLA varilinde (termokupl arızası gibi) yerel bir aşırı ısınma alanı olup olmadığını kontrol etmeyi gerektiren termal bozunma oluşumunu gösterir.

VI. Sürdürülebilir işleme uyarlanabilirliğinin genişletilmiş değerlendirilmesi

PLA gibi biyo -tabiat malzemeleri için, geleneksel işleme göstergelerine ek olarak, şunlara da dikkat edilmelidir:

• Enerji verimliliği : PLA ekstrüzyon enerji tüketimi, vida ısıtma gücü ve soğutma verimliliği arasındaki eşleşmenin değerlendirilmesini gerektiren PP'nin yaklaşık 1.3-1.5 katıdır (önerilen ısıtma gücü yoğunluğu ≤0.3kw/kg · h);
• Temiz Üretim : PLA işlemeden sonra ekipmandaki artık malzemeler, diğer malzemelerle çapraz kontaminasyonu önlemek için vidanın sökme rahatlığını (hızlı salınım flanşı yapısı gibi) değerlendirmek için özel temizleme maddeleri (izopropil alkol gibi) ile temizlenmelidir.

Vii. Çok boyutlu bir uyarlanabilirlik değerlendirme modelinin oluşturulması

PP/PS/PE/PLA'ya tek vidalı ekstrüder adaptasyonunun değerlendirilmesinin, “malzeme özellikleri-quipment-ine-işlem-ürün-ürün kalitesi” nin mantıksal zincirini, özelleştirilmiş vida geometrik parametreleri (PLA için yüksek sıkıştırma oranı gibi yüksek sıkıştırma oranı gibi), işbirliği için yüksek sıkıştırma bölümü, işbirliği için yüksek sıkıştırma bölümü, düşük kılıflı karıştırma bölümü oluşturması gerekir, düşük kılıflı karıştırma bölümünü oluşturmalıdır, PS için düşük sıcaklıkta düşük basılı basınç stratejisi), ürün mikroyapısının ve fiziksel özelliklerin gerçek zamanlı izlenmesi ile birlikte. Yeni materyaller (PLA gibi) için, sürdürülebilir işleme göstergeleri de değerlendirme çerçevesine dahil edilmeli ve “tek malzemeli adaptasyondan” “çok malzemeli uyumluluk yeşil üretimine” yükseltilen ekipmanı teşvik etmelidir. Bu değerlendirme sisteminin oluşturulması sadece tabaka ekstrüzyon süreci optimizasyonu için teorik destek sağlamakla kalmaz, aynı zamanda tek vidalı ekstrüzyon ekipmanlarının modüler tasarımı için teknik temel sağlar. .