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尼龍塑料擠出加工的11項(xiàng)基本原則
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發(fā)表時(shí)間：2022-12-30 14:38:22
尼龍（，PA612，PA12，PA1010，PA1012，PA66，PA6）塑料擠出加工的11項(xiàng)基本原則 ： 
熱原則
可擠出的塑料是熱塑料——它們在加熱時(shí)熔化并在冷卻時(shí)再次凝固。熔化塑料的熱量從何而來？進(jìn)料預(yù)熱和筒體/模具加熱器可能起作用而且在啟動(dòng)時(shí)非常重要，但是，電機(jī)輸入能量——電機(jī)克服粘稠熔體的阻力轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿時(shí)生成于筒體內(nèi)的摩擦熱量——是所有塑料最重要的熱源，小系統(tǒng)、低速螺桿、高熔體溫度塑料和擠出涂層應(yīng)用除外。
在進(jìn)料區(qū)內(nèi)，粘到筒體上滑到螺桿上
為了使一臺(tái)單螺桿擠出機(jī)光滑筒體進(jìn)料區(qū)的固體顆粒輸送量到達(dá)最大，顆粒應(yīng)該粘在筒體上并滑到螺桿上。如果顆粒粘在螺桿根部，沒有什么東西能把它們拉下來；通道體積和固體的入口量就減少了。在根部粘附不好的另一個(gè)原因是塑料可能會(huì)在此處熱煉并產(chǎn)生凝膠和類似污染顆粒，或者隨輸出速度的變化間歇粘附并中斷。
電機(jī)與筒體對立，筒體與電機(jī)對立
為什么筒體的控制效果并非總是和期望的一樣，特別是在測量區(qū)內(nèi)？如果對筒體加熱，筒壁處的材料層粘度變小，電機(jī)在這個(gè)更加光滑的筒體內(nèi)運(yùn)行需要的能量更少。電機(jī)電流（安培數(shù)）下降。相反地，如果筒體冷卻，筒壁處的熔體粘度增大，電機(jī)必須更加用力地轉(zhuǎn)動(dòng)，安培數(shù)增加，通過筒體時(shí)除去的一些熱量又被電機(jī)送回。通常，筒體調(diào)節(jié)器的確對熔體產(chǎn)生效果，這是我們所期望的，但是任何地方的效果都沒有區(qū)域變量大。最好是測量熔體溫度來真正了解發(fā)生了什么情況。
材料的花費(fèi)最大
在某些情況下，材料成本可以占到產(chǎn)成本的80%——多于其他所有因素之和——除過少數(shù)質(zhì)量和包裝特別重要的產(chǎn)品比如醫(yī)用導(dǎo)管。這個(gè)原則自然引出兩個(gè)結(jié)論：加工商應(yīng)該盡可能多地重復(fù)使用邊角料和廢品來代替原材料，并盡可能嚴(yán)格地遵守容差以免背離目標(biāo)厚度及產(chǎn)品出現(xiàn)問題。
機(jī)械原則
擠出的基本機(jī)理很簡單——一個(gè)螺桿在筒體中轉(zhuǎn)動(dòng)并把塑料向前推動(dòng)。螺桿實(shí)際上是一個(gè)斜面或者斜坡，纏繞在中心層上。其目的是增加壓力以便克服較大的阻力。就一臺(tái)擠出機(jī)而言，有3種阻力需要克服：固體顆粒（進(jìn)料）對筒壁的摩擦力和螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)前幾圈時(shí)（進(jìn)料區(qū)）它們之間的相互摩擦力；熔體在筒壁上的附著力；熔體被向前推動(dòng)時(shí)其內(nèi)部的物流阻力。
剪切率在粘度中起主要作用
所有普通塑料都有剪力下降特性，意思是在塑料運(yùn)動(dòng)得越來越快時(shí)粘度變低。一些塑料的這個(gè)效果表示得特別明顯。例如一些PVCs在推力增加一倍時(shí)流速會(huì)增加10倍或更多。相反，LLDPE剪力下降得不是太多，推理增加一倍時(shí)其流速只增加3到4倍。減少了的剪力降低效果意味著擠出條件下的高粘度，這反過來又意味著需要更多的電機(jī)功率。
這可以解釋為什么LLDPE運(yùn)行時(shí)溫度比LDPE高。流量以剪切率表示，在螺桿通道中時(shí)大約是100s-1，在多數(shù)模具口型中是100和100s-1之間，在螺紋與筒壁間隙和一些小模具間隙中大于100s-1。
熔體系數(shù)是粘度的一個(gè)常用的測量方法但卻是顛倒的（比如是流量/推力而不是推力/流量）?？上?，其測量是在剪切率在10s-1或更小時(shí)而且在熔體流速很快的擠出機(jī)中可能不是一個(gè)真實(shí)的測量值。
螺桿末端的壓力很重要
這個(gè)壓力反映螺桿下游所有物體的阻力：過濾網(wǎng)和污染扎碎機(jī)板、適配器輸送管、固定攪拌器（如果有）以及模具自身。它不但依賴于這些組件的幾何圖形還依賴于系統(tǒng)中的溫度，這反過來又影響樹脂粘度和通過速度。它不依賴于螺桿設(shè)計(jì)，它影響溫度、粘度和通過量時(shí)除外。就安全原因來說，測量溫度是很重要的——如果它太高，模頭和模具可能爆炸并傷害附近人員或機(jī)器。
能源成本相對來說并不重要
盡管一個(gè)工廠的吸引力和真正問題和上升的能源成本在同一水平線上，運(yùn)行一臺(tái)擠出機(jī)所需的能源仍然是總生產(chǎn)成本中很少一部分。情況總是這樣的因?yàn)椴牧铣杀痉浅８?，擠出機(jī)是一個(gè)有效的系統(tǒng)，如果引入了過多能量那么塑料就會(huì)很快變得非常熱以致于無法正常加工。
輸出=最后一個(gè)螺紋的位移+/-壓力物流和泄漏
最后一個(gè)螺紋的位移叫做正流，只依賴于螺桿的幾何形狀、螺桿速度和熔體密度。它由壓力物流調(diào)節(jié)，實(shí)際上包括了減少輸出量的阻力效果（由最高壓力表示）和增加輸出量的進(jìn)料中的任何過咬合效果。螺紋上的泄漏可能是兩個(gè)方向中的任意一個(gè)方向。
計(jì)算每個(gè)rpm（轉(zhuǎn)）的輸出量也是有用的，因?yàn)檫@表示某時(shí)間螺桿的泵出能力的任何下降。另外一個(gè)相關(guān)的計(jì)算是所用每馬力或千瓦的輸出量。這表示效率并能夠估計(jì)一臺(tái)給定電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)能力。 
減速原則
在多數(shù)擠出機(jī)中，螺桿速度的變化通過調(diào)整電機(jī)速度實(shí)現(xiàn)。電機(jī)通常以大約1750rpm的全速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是這對一個(gè)擠出機(jī)螺桿來說太快了。如果以如此快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生太多的摩擦熱量而且塑料的滯留時(shí)間也太短而不能制備均勻的、很好攪拌的熔體。典型的減速比率在10：1到20：1之間。第一階段既可以用齒輪也可以滑輪組，但是第二階段都用齒輪而且螺桿定位在最后一個(gè)大齒輪中心。
進(jìn)料擔(dān)當(dāng)冷卻劑
擠出是把電機(jī)的能量——有時(shí)是加熱器的——傳送到冷塑料上，從而把它從固體轉(zhuǎn)換成熔體。輸入進(jìn)料比給料區(qū)中的筒體和螺桿表面溫度低。然而，給料區(qū)中的筒體表面幾乎總是在塑料熔化范圍之上。它通過與進(jìn)料顆粒接觸而冷卻，但熱量由熱前端向后傳遞的熱量以及可控制加熱而保持。甚至當(dāng)前端熱量由粘性摩擦保持并且不需要筒體熱量輸入時(shí)，可能需要開后加熱器。最重要的例外是槽型進(jìn)料筒，幾乎專用于HDPE。
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可擠出的塑料是熱塑料——它們在加熱時(shí)熔化并在冷卻時(shí)再次凝固。熔化塑料的熱量從何而來？進(jìn)料預(yù)熱和筒體/模具加熱器可能起作用而且在啟動(dòng)時(shí)非常重要，但是，電機(jī)輸入能量——電機(jī)克服粘稠熔體的阻力轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿時(shí)生成于筒體內(nèi)的摩擦熱量——是所有塑料最重要的熱源，小系統(tǒng)、低速螺桿、高熔體溫度塑料和擠出涂層應(yīng)用除外。
在進(jìn)料區(qū)內(nèi)，粘到筒體上滑到螺桿上
為了使一臺(tái)單螺桿擠出機(jī)光滑筒體進(jìn)料區(qū)的固體顆粒輸送量到達(dá)最大，顆粒應(yīng)該粘在筒體上并滑到螺桿上。如果顆粒粘在螺桿根部，沒有什么東西能把它們拉下來；通道體積和固體的入口量就減少了。在根部粘附不好的另一個(gè)原因是塑料可能會(huì)在此處熱煉并產(chǎn)生凝膠和類似污染顆粒，或者隨輸出速度的變化間歇粘附并中斷。
電機(jī)與筒體對立，筒體與電機(jī)對立
為什么筒體的控制效果并非總是和期望的一樣，特別是在測量區(qū)內(nèi)？如果對筒體加熱，筒壁處的材料層粘度變小，電機(jī)在這個(gè)更加光滑的筒體內(nèi)運(yùn)行需要的能量更少。電機(jī)電流（安培數(shù)）下降。相反地，如果筒體冷卻，筒壁處的熔體粘度增大，電機(jī)必須更加用力地轉(zhuǎn)動(dòng)，安培數(shù)增加，通過筒體時(shí)除去的一些熱量又被電機(jī)送回。通常，筒體調(diào)節(jié)器的確對熔體產(chǎn)生效果，這是我們所期望的，但是任何地方的效果都沒有區(qū)域變量大。最好是測量熔體溫度來真正了解發(fā)生了什么情況。
材料的花費(fèi)最大
在某些情況下，材料成本可以占到產(chǎn)成本的80%——多于其他所有因素之和——除過少數(shù)質(zhì)量和包裝特別重要的產(chǎn)品比如醫(yī)用導(dǎo)管。這個(gè)原則自然引出兩個(gè)結(jié)論：加工商應(yīng)該盡可能多地重復(fù)使用邊角料和廢品來代替原材料，并盡可能嚴(yán)格地遵守容差以免背離目標(biāo)厚度及產(chǎn)品出現(xiàn)問題。
機(jī)械原則
擠出的基本機(jī)理很簡單——一個(gè)螺桿在筒體中轉(zhuǎn)動(dòng)并把塑料向前推動(dòng)。螺桿實(shí)際上是一個(gè)斜面或者斜坡，纏繞在中心層上。其目的是增加壓力以便克服較大的阻力。就一臺(tái)擠出機(jī)而言，有3種阻力需要克服：固體顆粒（進(jìn)料）對筒壁的摩擦力和螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)前幾圈時(shí)（進(jìn)料區(qū)）它們之間的相互摩擦力；熔體在筒壁上的附著力；熔體被向前推動(dòng)時(shí)其內(nèi)部的物流阻力。
剪切率在粘度中起主要作用
所有普通塑料都有剪力下降特性，意思是在塑料運(yùn)動(dòng)得越來越快時(shí)粘度變低。一些塑料的這個(gè)效果表示得特別明顯。例如一些PVCs在推力增加一倍時(shí)流速會(huì)增加10倍或更多。相反，LLDPE剪力下降得不是太多，推理增加一倍時(shí)其流速只增加3到4倍。減少了的剪力降低效果意味著擠出條件下的高粘度，這反過來又意味著需要更多的電機(jī)功率。
這可以解釋為什么LLDPE運(yùn)行時(shí)溫度比LDPE高。流量以剪切率表示，在螺桿通道中時(shí)大約是100s-1，在多數(shù)模具口型中是100和100s-1之間，在螺紋與筒壁間隙和一些小模具間隙中大于100s-1。
熔體系數(shù)是粘度的一個(gè)常用的測量方法但卻是顛倒的（比如是流量/推力而不是推力/流量）?？上?，其測量是在剪切率在10s-1或更小時(shí)而且在熔體流速很快的擠出機(jī)中可能不是一個(gè)真實(shí)的測量值。
螺桿末端的壓力很重要
這個(gè)壓力反映螺桿下游所有物體的阻力：過濾網(wǎng)和污染扎碎機(jī)板、適配器輸送管、固定攪拌器（如果有）以及模具自身。它不但依賴于這些組件的幾何圖形還依賴于系統(tǒng)中的溫度，這反過來又影響樹脂粘度和通過速度。它不依賴于螺桿設(shè)計(jì)，它影響溫度、粘度和通過量時(shí)除外。就安全原因來說，測量溫度是很重要的——如果它太高，模頭和模具可能爆炸并傷害附近人員或機(jī)器。
能源成本相對來說并不重要
盡管一個(gè)工廠的吸引力和真正問題和上升的能源成本在同一水平線上，運(yùn)行一臺(tái)擠出機(jī)所需的能源仍然是總生產(chǎn)成本中很少一部分。情況總是這樣的因?yàn)椴牧铣杀痉浅８?，擠出機(jī)是一個(gè)有效的系統(tǒng)，如果引入了過多能量那么塑料就會(huì)很快變得非常熱以致于無法正常加工。
輸出=最后一個(gè)螺紋的位移+/-壓力物流和泄漏
最后一個(gè)螺紋的位移叫做正流，只依賴于螺桿的幾何形狀、螺桿速度和熔體密度。它由壓力物流調(diào)節(jié)，實(shí)際上包括了減少輸出量的阻力效果（由最高壓力表示）和增加輸出量的進(jìn)料中的任何過咬合效果。螺紋上的泄漏可能是兩個(gè)方向中的任意一個(gè)方向。
計(jì)算每個(gè)rpm（轉(zhuǎn)）的輸出量也是有用的，因?yàn)檫@表示某時(shí)間螺桿的泵出能力的任何下降。另外一個(gè)相關(guān)的計(jì)算是所用每馬力或千瓦的輸出量。這表示效率并能夠估計(jì)一臺(tái)給定電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)能力。
在多數(shù)擠出機(jī)中，螺桿速度的變化通過調(diào)整電機(jī)速度實(shí)現(xiàn)。電機(jī)通常以大約1750rpm的全速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是這對一個(gè)擠出機(jī)螺桿來說太快了。如果以如此快的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生太多的摩擦熱量而且塑料的滯留時(shí)間也太短而不能制備均勻的、很好攪拌的熔體。典型的減速比率在10：1到20：1之間。第一階段既可以用齒輪也可以滑輪組，但是第二階段都用齒輪而且螺桿定位在最后一個(gè)大齒輪中心。
進(jìn)料擔(dān)當(dāng)冷卻劑
擠出是把電機(jī)的能量——有時(shí)是加熱器的——傳送到冷塑料上，從而把它從固體轉(zhuǎn)換成熔體。輸入進(jìn)料比給料區(qū)中的筒體和螺桿表面溫度低。然而，給料區(qū)中的筒體表面幾乎總是在塑料熔化范圍之上。它通過與進(jìn)料顆粒接觸而冷卻，但熱量由熱前端向后傳遞的熱量以及可控制加熱而保持。甚至當(dāng)前端熱量由粘性摩擦保持并且不需要筒體熱量輸入時(shí)，可能需要開后加熱器。最重要的例外是槽型進(jìn)料筒，幾乎專用于HDPE。
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