Evalueringssystem for en-skrue ekstruder tilpasningsevne til forskjellige materialer (PP/PS/PE/PLA)

I. INNLEDNING: Materialbehandlingsutfordringer i ekstrudering av enkeltskrue

De enkeltskrue plastark ekstrudering termoforming maskin E, som kjerneutstyr for polymermaterialbehandling, bestemmer dets tilpasningsevne til forskjellige polymerer direkte produktkvalitet og produksjonseffektivitet. Pp (polypropylen), PS (polystyren), PE (polyetylen) og PLA (polylaktsyre) viser distinkt reologisk atferd og termiske stabilitetskrav under ekstrudering på grunn av deres signifikante forskjeller i molekylstruktur og fysiske egenskaper. Evaluering av prosesseringsevnen til en-skrue ekstrudere krever konstruksjon av et vitenskapelig evalueringssystem fra fire dimensjoner: materialkarakteristisk analyse, matching av utstyrsstruktur, prosessparameterkoordinering og korrelasjon av produktkvalitet.

Ii. Grunnleggende korrelasjon mellom materialegenskaper og ekstruderingsprosessering

(A) Forskjeller av iboende egenskaper av polymermaterialer

(B) Kjernevirkninger av materialegenskaper på ekstruderingsprosessen

• PP : Den høye krystalliseringshastigheten fører til en stor krympingshastighet når smelten er avkjølt, og oppmerksomheten skal rettes mot skruekomprimeringsforholdet og temperaturgradientkontrollen av avkjølings- og formingsseksjonen; Skjærfortynningsegenskapene krever koordinert justering av skruehastigheten og mottrykket for å unngå smeltebrudd.
• PS : Den stive molekylkjeden gjør smelteelastisitet fremtredende, utsatt for smeltebrudd under ekstrudering, og krever optimalisering av skruemikdeseksjonsstrukturen for å redusere lagring av elastisk energi; Dårlig termisk stabilitet krever temperaturkontrollnøyaktighet innen ± 2 ° C.
• PE : Smelte med lav viskositet er utsatt for lekkasjestrømning, og krever en økning i forholdet mellom skruelengde-diameter (L/D ≥28) for å forlenge oppholdstiden og sikre jevn plastisering; Forskjellen i smelteområdet mellom HDPE og LDPE krever matching av forskjellige skruegroovdybdesign.
• PLA : Sterk hygroskopisitet (vanninnhold må være <0,02%), og krever før-tørkende behandling; Lav smeltestyrke og følsom for skjær, ekstrudering bør unngå høy rotasjonshastighet (anbefalt <100 rpm) og bruke et lavt kompresjonsforhold (1,8-2,2) skrue for å redusere skjærvarmen.

Iii. Evalueringsindikatorer for tilpasningsevne for utstyrsstruktur til materialer

(A) Matching av skrueometriske parametere

1. Lengde-diameterforhold (L/D)

   • PP/PE-prosessering krever L/D = 25-30; Utilstrekkelig L/D vil føre til utilstrekkelig plastisering av krystallinske polymerer, noe som forårsaker krystallpunkter i produkter;
   • PLA-prosessering er egnet for L/D = 20-24; En altfor lang skrue vil øke smelteoppholdstiden og forverre termo-oksidativ nedbrytning.

2. Kompresjonsforhold

   • PP (komprimeringsforhold 2,5-3,0): Høy kompresjonsforhold fremmer krystalliseringsstruktur regularisering og reduserer toleransen for arktykkelse;
   • PS (komprimeringsforhold 1,8-2.2): Lav kompresjonsforhold reduserer smelte elastisk akkumulering og hemmer ekstruderingssvelling;
   • PLA (komprimeringsforhold 1,8-2.0): Unngå overdreven kompresjonsforhold som forårsaker lokal overoppheting, kombinert med en gradientskruestruktur (skruegroovdybde avtar lineært fra fôringsseksjonen til homogeniserende del).

3. Blandingselementdesign

   • For de lavviskositetsegenskapene til PE kan blandingspinnene av barrieretypen settes i skruehomogeniseringsdelen for å forbedre smelte riving og distribusjonsblanding;
   • PS/PLA-prosessering krever skjærfrie eller lite skjærblandingsstrukturer (for eksempel DIS-skruelementer) for å forhindre brudd på molekylkjeden.

(B) Tilpasningsevne av støping av dies og hjelpemaskiner

• Die Flow Channel Design :
  PP-arkekstrudering er egnet for fiskehale-dør (ekspansjonsvinkel 30 ° -45 °) for å redusere smelteoppholdstid i strømningskanalen; PLA krever strømlinjeformet dødvinkelfrie dies (overflateuhet RA <0,2μm) for å unngå smelte klistrering og nedbrytning.
• Kjøling og formingssystem :
  PE-ark krever slukking av ruller (temperatur 30-50 ° C) for å hemme overdreven krystallvekst; PLA krever avkjøling av middels temperatur (60-80 ° C) for å forhindre innvendig stresssprekker forårsaket av rask avkjøling.

IV. Evalueringsmetoder for prosessparameter samarbeidsoptimalisering

(A) Temperaturkontrollstrategier

1. Tre-sone temperaturpartisjonsprinsipp
   • Fôringsseksjon: PP/PE må opprettholde tønnemperaturen 10-20 ° C lavere enn smeltepunktet (f.eks. PP-fôring av seksjon 150 ° C) for å forhindre materiale som holder seg til veggen; PLA -fôringsseksjonen må leveres med tørr luft (duggpunkt <-40 ° C) for å unngå fuktighetsinfiltrasjon.
   • Kompresjonsseksjon: PS-kompresjonsavsnittstemperaturen må kontrolleres ved 200-220 ° C; Overskridende 240 ° C vil forårsake oksidasjon og gulning av benzenring; Øvre grense for PLA -komprimeringsseksjonstemperaturen er 175 ° C, og en tvangsluftkjølingsanordning er nødvendig.
   • Homogeniserende seksjon: PE-homogeniserende seksjonstemperaturen må være 20-30 ° C høyere enn smeltepunktet (f.eks. HDPE-homogeniserende seksjon 150-160 ° C) for å sikre smeltefluiditet; PP-homogeniserende seksjonstemperatur er 180-190 ° C, balanserende plastisering og energiforbruk.

(B) Regulering av trykk og rotasjonshastighet

• Baktrykksinnstilling :
  PP-ekstruderingskopi er 0,5-1,0MPa for å forbedre smelte-kompaktheten og redusere arkbobler; PLA baktrykk ≤0,3MPa for å unngå plutselig økning i smelteviskositet forårsaket av høyt trykk.
• Skru rotasjonshastighet :
  PE (lav tetthet) kan ta i bruk høy rotasjonshastighet (150-200 rpm) for å øke produksjonen; PLA-rotasjonshastighet må være <80 rpm, kombinert med en lavhastighets høy-dreiemotor (momentsvingning ≤5%).

© Spennings- og strekkforholdskontroll

• PP-arkspenningsforhold 1,2-1,5, strekkforhold 2-3, som trenger å matche en synkron hastighetsregulerende spenningsmaskin;
• PLA-arkspenningsforholdet ≤1.2 For å unngå smeltefraktur forårsaket av høy spenningshastighet, og spenningsrulltemperaturen må opprettholdes ved 50-60 ° C for å forbedre smeltestyrken.

V. Korrelasjonsevaluering mellom produktkvalitet og prosessering av tilpasningsevne

(A) Viktige ytelsestestingsindikatorer

1. Fysiske egenskaper

   • Tykkelse Ensartethet: PP/PE -arktoleranse må være ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (begrenset av smeltestyrke);
   • Mekaniske egenskaper: PS -strekkfasthet må være ≥40MPa, forlengelse ved brudd ≥2%; Hvis skjæret er overdreven under ekstrudering, vil forlengelsen ved brudd synke til under 1%.

2. Mikrostruktur

   • PP-arkkrystallinitet bør kontrolleres til 55%-65%; For høyt vil føre til økt arkbrithet;
   • Molekylkjedeorienteringsgraden av PLA -ark må være <15%, som kan evalueres ved å observere birefringence -fenomener med et polariserende mikroskop.

(B) Typiske feil og utstyr til tilpasningsevne korrelasjon

• Smeltbrudd (vanlig i PS/PLA) :
  Årsaken kan være for høy skrue-skjærhastighet (PS-skjærhastighet> 1000S⁻) eller for stor innløpsvinkel, noe som krever å redusere rotasjonshastigheten og optimalisere die-konvergens seksjonsvinkel til 15 ° -20 °.
• Ark guling (vanlig i PS/PLA) :
  Indikerer at forekomst av termisk nedbrytning, som trenger å sjekke om den homogeniserende seksjonstemperaturen overstiger PS øvre grense på 240 ° C eller om det er et lokalt overopphetingsområde i PLA -fatet (for eksempel termoelementfeil).

Vi. Utvidet evaluering av bærekraftig prosessering av tilpasningsevne

For biobaserte materialer som PLA, i tillegg til tradisjonelle prosesseringsindikatorer, bør det også være oppmerksom på:

• Energieffektivitet : PLA-ekstruderingsenergiforbruk er omtrent 1,3-1,5 ganger den for PP, noe som krever evaluering av samsvaret mellom skrueoppvarmingskraft og kjøleeffektivitet (anbefalt oppvarmingskrafttetthet ≤0,3 kW/kg · t);
• Ren produksjon : Restmaterialer i utstyr etter PLA-prosessering må rengjøres med spesielle rengjøringsmidler (for eksempel isopropylalkohol) for å unngå kryssforurensning med andre materialer, evaluere skruen til demonten av skruen (for eksempel hurtigutløsningsflensstruktur).

Vii. Konstruere en multimensjonal evalueringsmodell for tilpasningsevne

Evalueringen av en-skrue ekstruder tilpasningsevne til PP/PS/PE/PLA må ta den logiske kjeden av "materialkarakteristikk-egenskapstruktur-prosessparametere-produktkvalitet" som kjernen, danner en lukket sløyfe-evaluering av PP, lavskrue-blanding av PPP, lav-skjærblanding for PPP, lave skjær for PP, lavt skjær for PPP, lavt skjær for PPP, low-rot. som lavt temperatur lav-rygg-trykkstrategi for PS), kombinert med sanntidsovervåking av produktmikrostruktur og fysiske egenskaper. For nye materialer (for eksempel PLA), bør bærekraftige prosesseringsindikatorer også integreres i evalueringsrammen, og fremme utstyrsoppgradering fra "enkeltmateriell tilpasning" til "multimateriale kompatibilitetsgrønn produksjon". Etableringen av dette evalueringssystemet gir ikke bare teoretisk støtte for optimalisering av arkutrublandinger, men tilbyr også teknisk grunnlag for modulær utforming av en-skrue ekstruderingsutstyr.