Sistema ng pagsusuri ng single-screw extruder adaptability sa iba't ibang mga materyales (pp/ps/PE/PLA)

I. Panimula: Mga hamon sa pagproseso ng materyal sa pag-extrusion ng single-screw

Ang Single-screw plastic sheet extrusion thermoforming machin E, bilang ang pangunahing kagamitan para sa pagproseso ng materyal na polymer, ang kakayahang umangkop sa iba't ibang mga polimer ay direktang tumutukoy sa kalidad ng produkto at kahusayan sa paggawa. Ang Pp (polypropylene), PS (polystyrene), Pe (polyethylene), at Pla (polylactic acid) ay nagpapakita ng natatanging pag -uugali ng rheological at mga kinakailangan sa thermal na katatagan sa panahon ng extrusion dahil sa kanilang mga makabuluhang pagkakaiba sa molekular na istraktura at pisikal na mga katangian. Ang pagsusuri sa pagpoproseso ng kakayahang umangkop ng mga solong-screw extruder ay nangangailangan ng pagtatayo ng isang sistema ng pagsusuri sa agham mula sa apat na sukat: Pagtatasa ng Katangian ng Kagamitan, Pagtutugma ng Kagamitan sa Kagamitan, Coordination ng Proseso ng Proseso, at Pag-ugnay sa Kalidad ng Produkto.

Ii. Pangunahing ugnayan sa pagitan ng mga materyal na katangian at pagproseso ng extrusion

(A) Mga pagkakaiba -iba ng intrinsikong pag -aari ng mga materyales na polimer

(B) Ang mga pangunahing epekto ng mga materyal na katangian sa proseso ng extrusion

• PP : Ang mataas na rate ng pagkikristal ay humahantong sa isang malaking rate ng pag -urong kapag ang natutunaw ay pinalamig, at ang pansin ay dapat bayaran sa ratio ng compression ng tornilyo at ang control gradient control ng seksyon ng paglamig at paghubog; Ang mga katangian ng pagnipis ng paggugupit ay nangangailangan ng coordinated na pagsasaayos ng bilis ng tornilyo at presyon sa likod upang maiwasan ang pagtunaw ng pagkalagot.
• PS : Ang mahigpit na molekular na kadena ay gumagawa ng matunaw na pagkalastiko na kilalang, madaling kapitan ng pagtunaw ng bali sa panahon ng extrusion, na nangangailangan ng pag -optimize ng istraktura ng seksyon ng paghahalo ng tornilyo upang mabawasan ang nababanat na pag -iimbak ng enerhiya; Ang mahinang katatagan ng thermal ay nangangailangan ng kawastuhan ng kontrol sa temperatura sa loob ng ± 2 ° C.
• PE : Ang mababang-viscosity matunaw ay madaling kapitan ng daloy ng pagtagas, na nangangailangan ng pagtaas sa ratio ng haba ng diameter ng tornilyo (L/D ≥28) upang mapalawak ang oras ng paninirahan at matiyak ang pantay na plasticization; Ang pagkakaiba sa hanay ng pagtunaw sa pagitan ng HDPE at LDPE ay nangangailangan ng pagtutugma ng iba't ibang mga disenyo ng lalim ng tornilyo.
• PLA : Malakas na hygroscopicity (ang nilalaman ng tubig ay kailangang maging <0.02%), na nangangailangan ng pre-drying treatment; Mababang lakas ng matunaw at sensitibo sa paggupit, ang extrusion ay dapat maiwasan ang mataas na bilis ng pag-ikot (inirerekumenda <100rpm), at gumamit ng isang mababang ratio ng compression (1.8-2.2) na tornilyo upang mabawasan ang init ng paggupit.

III. Mga tagapagpahiwatig ng pagsusuri ng istraktura ng kagamitan na umaangkop sa mga materyales

(A) Pagtutugma ng mga parameter ng geometriko ng tornilyo

1. Haba-diameter ratio (l/d)

   • Ang pagproseso ng PP/PE ay nangangailangan ng L/D = 25-30; Ang hindi sapat na L/D ay hahantong sa hindi sapat na plasticization ng crystalline polymers, na nagiging sanhi ng mga puntos ng kristal sa mga produkto;
   • Ang pagproseso ng PLA ay angkop para sa l/d = 20-24; Ang isang labis na mahabang tornilyo ay magpapataas ng matunaw na oras ng paninirahan at magpalala ng thermo-oxidative marawal na kalagayan.

2. Ratio ng compression

   • PP (Compression Ratio 2.5-3.0): Ang mataas na ratio ng compression ay nagtataguyod ng regularization na istraktura ng crystallization at binabawasan ang pagpapaubaya ng kapal ng sheet;
   • PS (Compression Ratio 1.8-2.2): Ang mababang ratio ng compression ay binabawasan ang natutunaw na nababanat na akumulasyon at pinipigilan ang extrusion swell;
   • PLA (Compression Ratio 1.8-2.0): Iwasan ang labis na ratio ng compression na nagdudulot ng lokal na sobrang pag-init, na sinamahan ng isang istraktura ng gradient screw (lalim ng groove ng tornilyo nang magkakasunod mula sa seksyon ng pagpapakain hanggang sa seksyon ng homogenizing).

3. Paghahalo ng disenyo ng elemento

   • Para sa mga mababang katangian ng Viscosity ng PE, ang mga barrier-type na paghahalo ng mga pin ay maaaring itakda sa seksyon ng homogenizing ng tornilyo upang mapahusay ang matunaw na luha at pamamahagi ng paghahalo;
   • Ang pagproseso ng PS/PLA ay nangangailangan ng paggugupit o walang mababang mga istraktura ng paghahalo (tulad ng mga elemento ng DIS screw) upang maiwasan ang bali ng molekular na kadena.

(B) Ang kakayahang umangkop ng paghubog ay namatay at mga pantulong na makina

• Die Flow Channel Design :
  Ang PP sheet extrusion ay angkop para sa mga isda-buntot na namatay (anggulo ng pagpapalawak 30 ° -45 °) upang mabawasan ang oras ng pagtunaw sa oras ng daloy; Ang PLA ay nangangailangan ng naka-streamline na patay-anggulo na walang namatay (ibabaw ng pagkamagaspang ra <0.2μm) upang maiwasan ang matunaw na malagkit at pagkasira.
• Ang paglamig at paghuhubog ng system :
  Ang mga sheet ng PE ay nangangailangan ng mga quenching roll (temperatura 30-50 ° C) upang mapigilan ang labis na paglaki ng kristal; Ang PLA ay nangangailangan ng medium-temperatura na paglamig (60-80 ° C) upang maiwasan ang panloob na pag-crack ng stress na sanhi ng mabilis na paglamig.

Iv. Mga pamamaraan ng pagsusuri para sa proseso ng pag -optimize ng pakikipagtulungan ng parameter

(A) Mga diskarte sa kontrol sa temperatura

1. Prinsipyo ng three-zone temperatura ng pagkahati
   • Seksyon ng pagpapakain: Kailangang mapanatili ng PP/PE ang temperatura ng bariles na 10-20 ° C na mas mababa kaysa sa natutunaw na punto (hal. Ang seksyon ng pagpapakain ng PLA ay kailangang ibigay ng dry air (dew point <-40 ° C) upang maiwasan ang paglusot ng kahalumigmigan.
   • Seksyon ng Compression: Ang temperatura ng seksyon ng PS compression ay kailangang kontrolin sa 200-220 ° C; Ang paglampas sa 240 ° C ay magiging sanhi ng benzene ring oxidation at yellowing; Ang temperatura ng seksyon ng PLA compression sa itaas na limitasyon ay 175 ° C, at kinakailangan ang isang sapilitang aparato ng paglamig ng hangin.
   • Seksyon ng Homogenizing: Ang temperatura ng seksyon ng PE homogenizing ay kailangang 20-30 ° C na mas mataas kaysa sa natutunaw na punto (hal. Ang temperatura ng seksyon ng homogenizing ng PP ay 180-190 ° C, pagbabalanse ng plasticization at pagkonsumo ng enerhiya.

(B) Ang regulasyon ng bilis ng presyon at pag -ikot

• Setting ng presyon sa likod :
  Ang PP extrusion back pressure ay 0.5-1.0MPa upang mapabuti ang matunaw na compactness at bawasan ang mga bula ng sheet; PLA back pressure ≤0.3MPa upang maiwasan ang biglaang pagtaas ng matunaw na lagkit na dulot ng mataas na presyon.
• Bilis ng pag -ikot ng tornilyo :
  Ang PE (mababang density) ay maaaring magpatibay ng mataas na bilis ng pag-ikot (150-200rpm) upang madagdagan ang output; Ang bilis ng pag-ikot ng PLA ay kailangang maging <80rpm, na sinamahan ng isang mababang bilis na high-torque motor (pagbabagu-bago ng metalikang kuwintas ≤5%).

© Pag -igting at Pag -uunat ng Ratio ng Ratio

• Ratio ng pag-igting ng sheet ng PP 1.2-1.5, ang pag-uunat ng ratio 2-3, na kailangang tumugma sa isang magkakasabay na bilis ng pag-aayos ng bilis;
• Ang ratio ng pag-igting ng sheet ng PLA ≤1.2 upang maiwasan ang matunaw na bali na dulot ng mataas na bilis ng pag-igting, at ang temperatura ng pag-igting roll ay kailangang mapanatili sa 50-60 ° C upang mapabuti ang lakas ng matunaw.

V. Pagsusuri ng ugnayan sa pagitan ng kalidad ng produkto at kakayahang umangkop sa pagproseso

(A) Mga pangunahing tagapagpahiwatig ng pagsubok sa pagganap

1. Mga pisikal na katangian

   • Kapal ang pagkakapareho: Ang pagpapaubaya ng PP/PE sheet ay kailangang ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (limitado sa pamamagitan ng lakas ng matunaw);
   • Mga Katangian ng Mekanikal: Ang lakas ng sheet tensile ay kailangang ≥40MPa, pagpahaba sa break ≥2%; Kung ang paggupit ay labis sa panahon ng extrusion, ang pagpahaba sa pahinga ay bababa sa mas mababa sa 1%.

2. Microstructure

   • Ang PP sheet crystallinity ay dapat kontrolin sa 55%-65%; Masyadong mataas ay hahantong sa pagtaas ng sheet brittleness;
   • Ang molekular na chain orientation degree ng mga sheet ng PLA ay kailangang maging <15%, na maaaring masuri sa pamamagitan ng pag -obserba ng mga phenomena ng birefringence na may isang polarizing mikroskopyo.

(B) Karaniwang mga depekto at kagamitan sa kakayahang umangkop sa kagamitan

• Matunaw ang bali (karaniwan sa ps/pla) :
  Ang sanhi ay maaaring masyadong mataas na rate ng paggupit ng tornilyo (PS shear rate> 1000S⁻¹) o masyadong malaking anggulo ng die inlet, na nangangailangan ng pagbabawas ng bilis ng pag-ikot at pag-optimize ng anggulo ng seksyon ng tagpo ng tagpo sa 15 ° -20 °.
• Sheet Yellowing (Karaniwan sa PS/PLA) :
  Nagpapahiwatig ng paglitaw ng thermal degradation, na kailangang suriin kung ang temperatura ng homogenizing seksyon ay lumampas sa itaas na limitasyon ng PS na 240 ° C o kung mayroong isang lokal na overheating area sa PLA bariles (tulad ng pagkabigo ng thermocouple).

Vi. Pinalawak na pagsusuri ng napapanatiling kakayahang umangkop sa pagproseso

Para sa mga biobased na materyales tulad ng PLA, bilang karagdagan sa mga tradisyunal na tagapagpahiwatig ng pagproseso, ang pansin ay dapat ding bayaran sa:

• Kahusayan ng enerhiya : Ang pagkonsumo ng enerhiya ng PLA extrusion ay tungkol sa 1.3-1.5 beses na ng PP, na nangangailangan ng pagsusuri ng pagtutugma sa pagitan ng lakas ng pag-init ng tornilyo at kahusayan sa paglamig (inirerekumenda na pag-init ng lakas ng pag-init ≤0.3kW/kg · h);
• Malinis na produksiyon : Ang mga natitirang materyales sa kagamitan pagkatapos ng pagproseso ng PLA ay kailangang linisin ng mga espesyal na ahente ng paglilinis (tulad ng isopropyl alkohol) upang maiwasan ang kontaminasyon ng cross sa iba pang mga materyales, sinusuri ang disassembly na kaginhawaan ng tornilyo (tulad ng mabilis na paglabas ng flange na istraktura).

Vii. Ang pagtatayo ng isang modelo ng pagsusuri ng multi-dimensional na pagbagay

Ang pagsusuri ng kakayahang umangkop ng extruder ng single-screw sa PP/PS/PE/PLA ay kailangang kunin ang lohikal na kadena ng "materyal na katangian-equipment na istraktura-proseso ng mga parameter-product na kalidad" bilang core, bumubuo ng isang closed-loop na pagsusuri ng sistema sa pamamagitan ng pasadyang mga geometriko na mga parameter ng geometriko (tulad ng mataas na compression ratio para sa PP, bilis ng paghahalo ng seksyon para sa PLA), ang pakikipagtulungan ng pag-optimize ng temperatura-rotasyon-rotasyon na bilis (tulad ng tulad ng PLA), ang pakikipagtulungan ng pag-optimize ng temperatura. Ang mababang-temperatura na diskarte sa mababang-likod na presyon para sa PS), na sinamahan ng real-time na pagsubaybay ng microstructure ng produkto at mga pisikal na katangian. Para sa mga bagong materyales (tulad ng PLA), ang mga napapanatiling tagapagpahiwatig ng pagproseso ay dapat ding isama sa balangkas ng pagsusuri, na nagtataguyod ng pag-upgrade ng kagamitan mula sa "solong-materyal na pagbagay" hanggang sa "multi-material compatibility green production". Ang pagtatatag ng sistemang ito ng pagsusuri ay hindi lamang nagbibigay ng teoretikal na suporta para sa pag-optimize ng proseso ng extrusion ng sheet ngunit nag-aalok din ng mga teknikal na batayan para sa modular na disenyo ng mga kagamitan sa extrusion na single-screw.