Sistema di valutazione dell'adattabilità dell'estrUder a vite singolo a materiali diversi (PP/PS/PE/PLA)

I. Introduzione: sfide di elaborazione dei materiali nell'estrusione a vite singolo

IL macchina per estrusione di fogli di plastica singolo E, poiché l'attrezzatura principale per l'elaborazione dei materiali polimerici, la sua adattabilità a diversi polimeri determina direttamente la qualità del prodotto e l'efficienza della produzione. Pp (polipropilene), Ps (polistirene), PE (polietilene) e Pla (acido polilattico) presentano comportamenti reologici distinti e requisiti di stabilità termica durante l'estrusione a causa delle loro differenze significative nella struttura molecolare e nelle proprietà fisiche. La valutazione dell'adattabilità di elaborazione degli esplosioni a vite singolo richiede la costruzione di un sistema di valutazione scientifica da quattro dimensioni: analisi delle caratteristiche del materiale, corrispondenza della struttura delle apparecchiature, coordinamento dei parametri di processo e correlazione della qualità del prodotto.

Ii. Correlazione fondamentale tra proprietà dei materiali ed elaborazione dell'estrusione

(A) Differenze intrinseche della proprietà dei materiali polimerici

(B) Impatti fondamentali delle proprietà del materiale sul processo di estrusione

• PP : L'elevato tasso di cristallizzazione porta a una grande velocità di restringimento quando il fuso viene raffreddato e l'attenzione dovrebbe essere versata al rapporto di compressione della vite e al controllo del gradiente di temperatura della sezione di raffreddamento e modellatura; Le caratteristiche di diradamento a taglio richiedono la regolazione coordinata della velocità della vite e della pressione posteriore per evitare la rottura del fusione.
• PS : La catena molecolare rigida rende l'elasticità del fusione prominente, inclini alla frattura di scioglimento durante l'estrusione, che richiede l'ottimizzazione della struttura della sezione di miscelazione della vite per ridurre lo stoccaggio di energia elastica; Una scarsa stabilità termica richiede una precisione di controllo della temperatura entro ± 2 ° C.
• PE : La fusione a bassa viscosità è soggetta a un flusso di dispersione, che richiede un aumento del rapporto diametro della lunghezza della vite (L/D ≥28) per estendere il tempo di permanenza e garantire la plasticalizzazione uniforme; La differenza nella gamma di fusione tra HDPE e LDPE richiede la corrispondenza di diversi disegni di profondità della scanalatura a vite.
• PLA : Forte igroscopicità (il contenuto dell'acqua deve essere <0,02%), che richiede un trattamento pre-asciugatura; Bassa resistenza alla fusione e sensibile al taglio, l'estrusione dovrebbe evitare un'elevata velocità di rotazione (consigliata <100 giri / min) e utilizzare una vite a basso rapporto di compressione (1,8-2,2) per ridurre il calore del taglio.

Iii. Indicatori di valutazione dell'adattabilità della struttura delle apparecchiature ai materiali

(A) Abbinamento dei parametri geometrici a vite

1. Rapporto di lunghezza del diametro (L/D)

   • L'elaborazione PP/PE richiede L/D = 25-30; L/D insufficiente porterà a una plastificazione insufficiente di polimeri cristallini, causando punti cristallini nei prodotti;
   • L'elaborazione PLA è adatta per L/D = 20-24; Una vite eccessivamente lunga aumenterà il tempo di permanenza del fusione e aggraverà la degradazione termoossidativa.

2. Rapporto di compressione

   • PP (rapporto di compressione 2.5-3.0): elevato rapporto di compressione promuove la regolarizzazione della struttura di cristallizzazione e riduce la tolleranza allo spessore del foglio;
   • PS (rapporto di compressione 1.8-2.2): un basso rapporto di compressione riduce l'accumulo elastico di fusione e inibisce il moto di estrusione;
   • PLA (rapporto di compressione 1.8-2.0): evitare un eccessivo rapporto di compressione che causa il surriscaldamento locale, combinato con una struttura a vite del gradiente (la profondità della scanalatura a vite diminuisce linearmente dalla sezione di alimentazione alla sezione omogeneizzazione).

3. Design degli elementi di miscelazione

   • Per le caratteristiche a bassa viscosità di PE, i perni di miscelazione di tipo barriera possono essere impostati nella sezione omogeneizzazione della vite per migliorare la lacerazione della fusione e la miscelazione distributiva;
   • L'elaborazione PS/PLA richiede strutture di miscelazione senza taglio o a basso taglio (come gli elementi della vite) per prevenire la frattura a catena molecolare.

(B) Adattabilità degli stampi di stampaggio e delle macchine ausiliarie

• Design del canale del flusso :
  L'estrusione del foglio PP è adatta per stampi a coda di pesce (angolo di espansione 30 ° -45 °) per ridurre il tempo di permanenza del fusione nel canale di flusso; Il PLA richiede stampi a forma di molla (rugosità superficiale RA <0,2μm) per evitare l'adesione e la degradazione del fusione.
• Sistema di raffreddamento e modellatura :
  I fogli PE richiedono rulli di tempra (temperatura 30-50 ° C) per inibire l'eccessiva crescita del cristallo; Il PLA richiede un raffreddamento a media temperatura (60-80 ° C) per prevenire il crack di sollecitazione interna causata dal raffreddamento rapido.

IV. Metodi di valutazione per l'ottimizzazione collaborativa dei parametri di processo

(A) Strategie di controllo della temperatura

1. Principio di partizione a temperatura a tre zone
   • Sezione di alimentazione: PP/PE deve mantenere la temperatura della canna 10-20 ° C inferiore al punto di fusione (ad es. PP Sezione di alimentazione 150 ° C) per evitare che il materiale si attacchi alla parete; La sezione di alimentazione PLA deve essere fornita con aria secca (punto di rugiada <-40 ° C) per evitare l'infiltrazione di umidità.
   • Sezione di compressione: la temperatura della sezione di compressione PS deve essere controllata a 200-220 ° C; Il superamento di 240 ° C causerà ossidazione dell'anello di benzene e ingiallimento; Il limite superiore della temperatura della sezione di compressione PLA è di 175 ° C ed è richiesto un dispositivo di raffreddamento ad aria forzata.
   • Sezione omogeneizzazione: la temperatura della sezione omogeneizzazione PE deve essere 20-30 ° C superiore al punto di fusione (ad esempio, sezione omogeneizzazione dell'HDPE 150-160 ° C) per garantire la fluidità di fusione; La temperatura della sezione omogeneizzazione della PP è di 180-190 ° C, bilanciando la plastificazione e il consumo di energia.

(B) Regolazione della velocità di pressione e della rotazione

• Impostazione di back pressione :
  La schiena dell'estrusione di PP è 0,5-1,0 MPA per migliorare la compattezza del fusione e ridurre le bolle del foglio; PRESSIONE PLA ≤0,3MPa per evitare un improvviso aumento della viscosità del fusione causata da alta pressione.
• Velocità di rotazione della vite :
  PE (bassa densità) può adottare un'alta velocità di rotazione (150-200 giri / min) per aumentare la produzione; La velocità di rotazione del PLA deve essere <80 giri / min, combinata con un motore ad alta rotta a bassa velocità (fluttuazione della coppia ≤5%).

© Tensione e controllo del rapporto di stretching

• Rapporto di tensione del foglio PP 1,2-1,5, rapporto di allungamento 2-3, che deve abbinare una macchina di tensione che regola la velocità sincrona;
• Rapporto di tensione del foglio PLA ≤1.2 Per evitare la frattura del fusione causata dall'elevata velocità di tensione e la temperatura del rotolo di tensione deve essere mantenuta a 50-60 ° C per migliorare la resistenza al fusione.

V. Valutazione di correlazione tra qualità del prodotto e adattabilità all'elaborazione

(A) Indicatori di test delle prestazioni chiave

1. Proprietà fisiche

   • Uniformità di spessore: la tolleranza al foglio PP/PE deve essere ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (limitata dalla resistenza a fusione);
   • Proprietà meccaniche: la resistenza alla trazione del foglio PS deve essere ≥40 MPA, allungamento a rottura ≥2%; Se il taglio è eccessivo durante l'estrusione, l'allungamento in pausa scenderà al di sotto dell'1%.

2. Microstruttura

   • La cristallinità del foglio PP deve essere controllata al 55%-65%; Troppo alto porterà ad un aumento della fragilità del foglio;
   • Il grado di orientamento della catena molecolare dei fogli PLA deve essere <15%, che può essere valutato osservando fenomeni di birifrangenza con un microscopio polarizzante.

(B) Correlazione di adattabilità tipiche di difetti e attrezzature

• Frattura da fusione (comune in PS/PLA) :
  La causa può essere una velocità di taglio a vite troppo elevata (velocità di taglio PS> 1000S⁻¹) o un angolo di ingresso troppo grande, che richiede la riduzione della velocità di rotazione e l'ottimizzazione dell'angolo della sezione di convergenza di die a 15 ° -20 °.
• Saldo (comune in PS/PLA) :
  Indica il verificarsi di degradazione termica, che è necessario verificare se la temperatura della sezione omogeneizzazione supera il limite superiore PS di 240 ° C o se esiste un'area di surriscaldamento locale nella canna PLA (come l'insufficienza della termocoppia).

Vi. Valutazione estesa dell'adattabilità di elaborazione sostenibile

Per materiali biobasati come il PLA, oltre agli indicatori di elaborazione tradizionali, è necessario prestare attenzione a:

• Efficienza energetica : Il consumo di energia di estrusione PLA è di circa 1,3-1,5 volte quello di PP, che richiede una valutazione della corrispondenza tra potenza di riscaldamento a vite e efficienza di raffreddamento (densità di potenza di riscaldamento raccomandata ≤0,3kW/kg · h);
• Produzione pulita : I materiali residui nelle attrezzature dopo la lavorazione del PLA devono essere puliti con speciali agenti di pulizia (come alcool isopropilico) per evitare la contaminazione incrociata con altri materiali, valutando la comodità di smontaggio della vite (come la struttura della flangia a rilascio rapido).

Vii. Costruire un modello di valutazione di adattabilità multidimensionale

La valutazione dell'adattabilità dell'estrUder a vite singolo a PP/PS/PE/PLA deve assumere la catena logica di "Caratteristiche del materiale-Struttura di equipaggiatura Pro-PROCESS PRODUCT-PRODUCT QUALITY" come nucleo, forma un sistema di valutazione a circuito chiuso, ottimizzazione a vite personalizzata di una velocità di pressione a vite-pressione di una vite-pressione della vite-pressione. Strategia di pressione bassa a bassa temperatura per PS), combinata con il monitoraggio in tempo reale della microstruttura del prodotto e delle proprietà fisiche. Per nuovi materiali (come PLA), gli indicatori di elaborazione sostenibili dovrebbero anche essere incorporati nel framework di valutazione, promuovendo l'aggiornamento delle attrezzature dal "adattamento a materiale singolo" a "produzione verde di compatibilità multi-materiale". L'istituzione di questo sistema di valutazione non solo fornisce supporto teorico per l'ottimizzazione del processo di estrusione del foglio, ma offre anche basi tecniche per la progettazione modulare di apparecchiature di estrusione a vite singolo.