Bewertungssystem der Anpassungsfähigkeit eines Einzelstreifens an verschiedene Materialien (PP/PS/PE/PLA)

I. EINLEITUNG: Materiellesverarbeitungsherausforderungen in der Extrusion mit einem Schrauben

Der Thermoformierung von Plastikbleche Extrusionen mit einem Schrauben E als Kernausrüstung für die Verarbeitung von Polymermaterial bestimmen seine Anpassungsfähigkeit an verschiedene Polymere direkt die Produktqualität und die Produktionseffizienz. Pp (Polypropylen), Ps (Polystyrol), Pe (Polyethylen) und PLA (Polyltinsäure) weisen aufgrund ihrer signifikanten Unterschiede in der molekularen Struktur und der physikalischen Eigenschaften unterschiedliche rheologische Verhaltensweisen und thermische Stabilitätsanforderungen auf. Bei der Bewertung der Verarbeitungsanpassungsfähigkeit von Einzel-Screw-Extrudern muss ein wissenschaftliches Bewertungssystem aus vier Dimensionen erstellt werden: Materialcharakteristische Analyse, Gerätestrukturanpassung, Prozessparameterkoordination und Produktqualitätskorrelation.

Ii. Grundlegende Korrelation zwischen Materialeigenschaften und Extrusionsverarbeitung

(A) Intrinsische Eigenschaftsunterschiede von Polymermaterialien

(B) Kernauswirkungen von Materialeigenschaften auf den Extrusionsprozess

• PP : Die hohe Kristallisationsrate führt beim Abkühlen der Schmelze zu einer großen Schrumpfungsrate, und die Aufmerksamkeit sollte auf das Verhältnis von Schraubenkompression und die Steuerung des Temperaturgradienten der Kühl- und Formabschnitt geschenkt werden. Die Scherverdünnungseigenschaften erfordern die koordinierte Einstellung der Schraubengeschwindigkeit und des Rückdrucks, um eine Schmelzbrüche zu vermeiden.
• PS : Die starre molekulare Kette macht die Schmelzelastizität herausragend, anfällig für Schmelzfrakturen während der Extrusion, die eine Optimierung der Struktur des Schraubenmischungsabschnitts erfordert, um die elastische Energiespeicherung zu verringern. Eine schlechte thermische Stabilität erfordert die Genauigkeit der Temperaturkontrolle innerhalb von ± 2 ° C.
• PE : Die Schmelze mit niedriger Viskosität ist anfällig für Leckagefluss und erfordert eine Erhöhung des Verhältnisses des Schraubenlängendodiers (l/d ≥ 28), um die Verweilzeit zu verlängern und eine gleichmäßige Plastizierung sicherzustellen. Der Unterschied im Schmelzbereich zwischen HDPE und LDPE erfordert die Anpassung an unterschiedliche Schraubnut -Tiefendesigns.
• PLA : Starke Hygroskopizität (Wassergehalt muss <0,02%betragen), was eine vorhersehende Behandlung erfordert. Niedrige Schmelzenfestigkeit und empfindlich gegen Scherung, die Extrusion sollte eine hohe Drehzahl (empfohlen <100 U / min) vermeiden und ein niedriges Kompressionsverhältnis (1,8-2,2) verwenden, um die Scherwärme zu reduzieren.

III. Bewertungsindikatoren für die Anpassungsfähigkeit der Gerätestruktur an Materialien

(A) Anpassung der geometrischen Schraubenparameter

1. Verhältnis von Längedometer (l/d)

   • Die PP/PE-Verarbeitung erfordert l/d = 25-30; Eine unzureichende L/D führt zu einer unzureichenden Plastizisierung kristalliner Polymere, was zu Kristallpunkten in Produkten führt.
   • Die PLA-Verarbeitung ist für l/d = 20-24 geeignet; Eine übermäßig lange Schraube erhöht die Meltverwaltung und verschlimmert den thermoxidativen Abbau.

2. Kompressionsverhältnis

   • PP (Kompressionsverhältnis 2,5-3,0): Das hohe Kompressionsverhältnis fördert die Regularisierung der Kristallisationsstruktur und reduziert die Toleranz der Blechdicke.
   • PS (Kompressionsverhältnis 1,8-2.2): Niedriges Kompressionsverhältnis verringert die elastische Akkumulation der Schmelze und hemmt die Extrusionsschwellung;
   • PLA (Kompressionsverhältnis 1,8-2.0): Vermeiden Sie das übermäßige Kompressionsverhältnis, das eine lokale Überhitzung verursacht, kombiniert mit einer Gradientenschraubenstruktur (Schraubenrillentiefe nimmt linear vom Fütterungsabschnitt zum homogenisierenden Abschnitt ab).

3. Mischelement -Design

   • Für die Merkmale der niedrigen Viskosität von PE können die Mischstifte vom Barriere im Schraubabschnitt eingestellt werden, um die Schmelzriss und Verteilungsmischung zu verbessern.
   • Die PS/PLA-Verarbeitung erfordert scherfreie oder schlechte Mischstrukturen (z. B. DIS-Schraubenelemente), um eine molekulare Kettenfraktur zu verhindern.

(B) Anpassungsfähigkeit von Formstirten und Hilfsmaschinen

• Die Flow -Kanal -Konstruktion :
  Die PP-Blatt-Extrusion eignet sich für Fischschwanzstimmungen (Expansionswinkel 30 ° -45 °), um die Schmelzverwaltungzeit im Durchflusskanal zu verkürzen. PLA erfordert stromlinienförmige totenwinkelfreie Würfel (Oberflächenrauheit RA <0,2 μm), um zu vermeiden, dass Schmelzstärke und Abbauverlagerungen sind.
• Kühl- und Formungssystem :
  PE-Blätter erfordern das Löschen von Rollen (Temperatur 30-50 ° C), um übermäßiges Kristallwachstum zu hemmen. PLA erfordert eine mittlere Temperaturkühlung (60-80 ° C), um eine durch schnelle Abkühlung verursachte interne Spannungsrisse zu verhindern.

Iv. Bewertungsmethoden für die kollaborative Optimierung von Prozessparametern

(A) Strategien zur Temperaturregelung

1. Dreizonen-Temperatur-Partitionsprinzip
   • Fütterungsabschnitt: PP/PE muss die Lauftemperatur 10-20 ° C niedriger als der Schmelzpunkt (z. B. PP-Fütterungsabschnitt 150 ° C) aufrechterhalten, um zu verhindern, dass Material an der Wand klebt; Der PLA -Fütterungsabschnitt muss mit trockener Luft (Taupunkt <-40 ° C) geliefert werden, um die Feuchtigkeitsinfiltration zu vermeiden.
   • Druckabschnitt: Die Temperatur des PS-Kompressionsabschnitts muss bei 200-220 ° C gesteuert werden. Das mehr als 240 ° C verursacht Benzolring -Oxidation und vergilbt; Die obere Grenze der PLA -Kompressionsabschnitte beträgt 175 ° C, und es ist ein erzwungenes Luftkühlgerät erforderlich.
   • Homogenisierender Abschnitt: Die PE-Homogenisierungsabschnittstemperatur muss 20-30 ° C höher sein als der Schmelzpunkt (z. B. HDPE-Homogenisierungsabschnitt 150-160 ° C), um die Schmelzfluidität zu gewährleisten; Die PP-Homogenisierungsabschnittstemperatur beträgt 180-190 ° C, wodurch die Plastikisierung und den Energieverbrauch ausbalanciert werden.

(B) Druck- und Drehgeschwindigkeitsregulation

• Rückendruckeinstellung :
  Der PP-Extrusions-Rückdruck beträgt 0,5-1,0 mPa, um die Schmelzkompaktheit zu verbessern und Blasenblasen zu reduzieren. PLA -Rückdruck ≤ 0,3 mPa, um einen plötzlichen Anstieg der Schmelzviskosität durch hohen Druck zu vermeiden.
• Schraubendrehzahl :
  PE (niedrige Dichte) kann eine hohe Drehzahl (150-200 U / min) einnehmen, um den Ausgang zu erhöhen. Die PLA-Rotationsgeschwindigkeit muss <80 U / min sein, kombiniert mit einem hohen Torque-Motor mit niedriger Geschwindigkeit (Drehmomentschwankung ≤ 5%).

© Spannungs- und Dehnungsverhältnissteuerung

• PP-Blattspannungsverhältnis 1,2-1,5, Dehnungsverhältnis 2-3, der mit einer synchronen Geschwindigkeitsregulierungsspannungsmaschine übereinstimmt;
• Das Pla-Blech-Spannungsverhältnis ≤ 1,2, um eine durch hohe Spannungsgeschwindigkeit verursachte Schmelzfraktur zu vermeiden, und die Spannungsrollentemperatur muss bei 50-60 ° C gehalten werden, um die Schmelzfestigkeit zu verbessern.

V. Korrelationsbewertung zwischen Produktqualität und Anpassungsfähigkeit der Verarbeitung

(A) wichtige Leistungstestindikatoren

1. Physische Eigenschaften

   • Gleichmäßigkeit der Dicke: Die PP/PE -Blech -Toleranz muss ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (begrenzt durch Schmelzenfestigkeit) sein;
   • Mechanische Eigenschaften: Die PS -Blattzugfestigkeit muss ≥40 mPa sein, Dehnung bei Bruch ≥ 2%; Wenn die Scherung während der Extrusion zu übermäßig ist, sinkt die Dehnung bei der Pause auf unter 1%.

2. Mikrostruktur

   • Die PP-Blechkristallinität sollte mit 55%-65%gesteuert werden. Zu hoch führt zu erhöhtem Blatt Brödeln;
   • Der Grad von PLA -Blättern der molekularen Kettenorientierung muss <15%betragen, was durch Beobachtung von Doppelbrechungsphänomenen mit einem polarisierenden Mikroskop bewertet werden kann.

(B) Typische Korrelation für Defekte und Geräteanpassungsfähigkeit

• Schmelzenfraktur (häufig in PS/PLA) :
  Die Ursache kann eine zu hohe Schraubschergeschwindigkeit (PS-Schergeschwindigkeit> 1000s⁻¹) oder zu großer Stempeleinlasswinkel sein, was eine Reduzierung der Drehzahl und die Optimierung des Abschnitts der Würfelkonvergenz auf 15 ° -20 ° erfordert.
• Blechgelbierung (häufig in PS/PLA) :
  Zeigt das Auftreten des thermischen Abbaus an und muss prüfen, ob die homogenisierende Abschnittstemperatur die obere PS -Obergrenze von 240 ° C überschreitet oder ob im PLA -Fass eine lokale Überhitzungsfläche vorliegt (z. B. Thermoelementversagen).

Vi. Erweiterte Bewertung der Anpassungsfähigkeit der nachhaltigen Verarbeitung

Für biobasierte Materialien wie PLA sollte neben herkömmlichen Verarbeitungsindikatoren auch auf die Aufmerksamkeit geschenkt werden:

• Energieeffizienz : PLA-Extrusionsenergieverbrauch beträgt das 1,3-1,5-fache des PP und erfordert die Bewertung der Übereinstimmung zwischen Schraubheizleistung und Kühlungseffizienz (empfohlene Heizleistungsdichte ≤ 0,3 kW/kg · h);
• Saubere Produktion : Restmaterialien in Geräten nach der PLA-Verarbeitung müssen mit speziellen Reinigungsmitteln (z. B. Isopropylalkohol) gereinigt werden, um eine Kreuzkontamination mit anderen Materialien zu vermeiden, wodurch die Bequemlichkeit der Schraube (z. B. Flanschstruktur der Schnellveröffentlichung) bewertet wird.

Vii. Erstellung eines mehrdimensionalen Anpassungsfähigkeitsbewertungsmodells

Die Bewertung der Anpassungsfähigkeit eines Einzelstreifen-Extruders an pp/ps/pe/pLA muss die logische Kette der Qualität der „Materialmerkmale-Ausstattungsstruktur-Prozess-Produkte“ als Kern einnehmen. Niedertemperatur-Druckstrategie mit niedriger Rücken-Druck für PS), kombiniert mit der Echtzeitüberwachung der Produktmikrostruktur und der physikalischen Eigenschaften. Für neue Materialien (z. B. PLA) sollten nachhaltige Verarbeitungsindikatoren auch in das Bewertungsrahmen aufgenommen werden, wodurch die Verbesserung der Geräte von „Einmaterial-Anpassung“ zur „Multi-Materials-Kompatibilität Green Production“ fördert. Die Einrichtung dieses Bewertungssystems bietet nicht nur theoretische Unterstützung für die Optimierung des Blatt-Extrusionsprozesses, sondern bietet auch eine technische Grundlage für die modulare Gestaltung von Extrusionsausrüstungen mit einem Schrauben.