在擠出過程中,需要從熔料中排出氣體,這些氣體如不能排出,制品表面或內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)孔隙、氣泡及表面晦暗等缺陷,嚴(yán)重地可影響到制品的物理機(jī)械性能、化學(xué)性能和電性能。在喂料口與機(jī)頭之間設(shè)置1～2個(gè)排氣口可除去熔融擠出物料中的水分及其他揮發(fā)份。但鋼筒開口常常會(huì)出現(xiàn)一些,最常見的問題是從排氣口冒料,少量的料會(huì)影響揮發(fā)份的排出,使產(chǎn)品質(zhì)量受到影響;大量冒料就會(huì)堵塞排氣口,甚至導(dǎo)致停機(jī)。
冒料一般有兩個(gè)原因,一是螺桿設(shè)計(jì)不合理,導(dǎo)致排氣口處物料倒流;二是排氣口設(shè)計(jì)不合理,在熔融物料通過排氣口時(shí)被“掛住”。查找原因首先從排氣口看螺桿中的物料是否倒流,在大多排氣式擠出機(jī)中,都能看到螺桿中旋轉(zhuǎn)著向前運(yùn)動(dòng)的熔體。一般情況下,螺槽充滿物料的程度不超過50%,如果超過了,不僅影響排氣效果,還可能引起排氣口冒料;小于50%時(shí),螺桿可正常工作。冒料可能是由于排氣口或分流元件設(shè)計(jì)不合理引起。
影響冒料因素及解決辦法
1.螺桿因素
排氣式螺桿多采用多階設(shè)計(jì),此設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于排氣口處為常壓,物料不致流出。有一個(gè)排氣口的擠出機(jī)要求有2階螺桿,有2個(gè)排氣口需要3階螺桿。每1階有常壓段、壓縮段及計(jì)量段,第1階起始段為常壓加料段,第2階為常壓排氣段,也就是排氣口所在的位置。對于排氣式擠出機(jī)螺桿設(shè)計(jì)有2個(gè)主要的問題:第一,在到達(dá)排氣段時(shí),物料必須全部熔融,以排出揮發(fā)份;第二,第2階螺桿的送料量必須大于第1階螺桿,以使第2階起始處螺槽未充滿,這樣就可使排氣口處保持常壓。當(dāng)?shù)?階螺桿的送料量比第2階螺桿大時(shí),擠出機(jī)中的熔體就會(huì)發(fā)生倒流。要解此決此問題,就得減少第1階的送料量或增加第2階的送料量。
2.工藝條件
解決冒料的最簡便快速的方法就是改變工藝條件。如降溫、增大沿鋼筒或螺桿的摩擦及剪切應(yīng)力以及增大沿鋼筒表面的摩擦或粘度以增加輸料量。
第1階的送料量可通過以下幾種方式來降低:(1)升高鋼筒2區(qū)及3區(qū)的溫度。(2)冷卻第一階螺桿。(3)采用饑餓法喂料。(4)調(diào)節(jié)喂料倉的溫度(需反復(fù)實(shí)驗(yàn))。增加第2階的送料量可采用如下方法:(1)降低第2階鋼筒的溫度。(2)升高第2階螺桿的溫度。(3)升高機(jī)頭溫度。(4)增大機(jī)頭間隙或減少機(jī)頭阻力。(5)減少過濾網(wǎng)的數(shù)量。(6)使用空隙較大的過濾網(wǎng)。
如果改變加工條件仍不能解決問題,就得采用其他方法,如重新設(shè)計(jì)螺桿,降低機(jī)頭阻力,加長螺桿及鋼筒或在擠出機(jī)及機(jī)頭之間安裝一個(gè)齒輪泵。安裝齒輪泵可以解決冒料問題,但它比新螺桿的成本更高。
3.排氣口
如果排氣口處的螺桿僅部分充滿,排氣口仍然冒料,那么排氣口的設(shè)計(jì)就存在一定的問題。排氣口應(yīng)該比滾動(dòng)的料流要寬,以確保排氣口不被熔體堵塞。同時(shí),排氣口的開度也不應(yīng)太大,這樣可減少熔體停留時(shí)間以及料流的膨脹時(shí)間。在正常操作情況下,螺槽半充滿,這時(shí)排氣口為常壓,事實(shí)上滾動(dòng)熔料中仍有壓力,壓力約為0.21～0.35MPa或者更高,足以使排氣口處的熔料膨脹。這樣排氣口在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮到物料正常的粘彈性膨脹,否則,部分滾動(dòng)的料流就會(huì)被“掛住”,堆積在分流元件處。熔體料流膨脹多少由它通過排氣口的時(shí)間來決定。停留時(shí)間長,膨脹大。停留時(shí)間又由螺桿轉(zhuǎn)速及排氣口的大小來控制,提高螺桿轉(zhuǎn)速可減少停留時(shí)間。這就是低速擠出比高速擠出冒料嚴(yán)重的原因。不過,排氣口開度越大,停留時(shí)間也越長。當(dāng)熔體在排氣口堆積時(shí),它將堵塞排氣口,解決的辦法就是改變排氣口的開度以滿足熔體在排氣口處的正常膨脹。如果滾動(dòng)料流膨脹5～10mm,則排氣口所開的深度應(yīng)至少為5～10mm。
4.排氣口的分流元件
舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的例子,用150mm剛打磨過的帶排氣口的單螺桿擠出機(jī)擠出片材時(shí)嚴(yán)重冒料,無法生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。操作工想檢查一下排氣口處螺槽中熔料情況,但根本無法看到螺桿,這就說明分流元件的設(shè)計(jì)存在很大的問題,操作工不得不取下分流元件來檢查螺槽的充滿程度。檢查后發(fā)現(xiàn)螺槽僅充滿了40%,說明螺桿設(shè)計(jì)是合理的。
那么故障的焦點(diǎn)便集中在分流元件上。盡管這是一家著名的擠出機(jī)制造商,但其分流元件的設(shè)計(jì)存在著嚴(yán)重的缺陷。在檢查分流元件時(shí),發(fā)現(xiàn)排氣口不僅在上階設(shè)有可使物料正常膨脹的底切口,而且在下階同樣設(shè)有此口。上階螺桿完全沒有必要設(shè)計(jì)底切口,而且設(shè)置此切口是極為不利的,因?yàn)樗黾恿巳鄢卦谂艢饪谔幍耐Ａ魰r(shí)間而且使熔池膨脹得更多,增加了排氣口處的熔體壓力累積。另外一個(gè)問題就是平口形及矩形排氣口,這比直口形更難清潔。
如果分流元件設(shè)計(jì)合理,排氣口應(yīng)與鋼筒半徑相垂直。通過以上分析,分流元件就可采用以下兩種方式進(jìn)行修補(bǔ):第一,將上階底切口填滿金屬;第二,矩形開口改成徑向,可使操作工看到螺桿中的熔料情況。經(jīng)上述方式的改進(jìn),解決了冒料問題,并生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
結(jié)論
排氣式螺桿是否冒料,與擠出工藝、塑料性能以及螺桿及排氣口的設(shè)計(jì)有直接的關(guān)系,所以生產(chǎn)商在使用排氣式擠出機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)加工時(shí),要對加工工藝、樹脂特性以及設(shè)備性能作詳盡的了解,才能使排氣式擠出機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行。
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