片材挤出 | 5分钟阅读

对型材,管材挤出中的熔体破裂进行故障排除

故障排除时间表对于帮助您快速确定问题及其原因至关重要。在这里,我们'我将描述这样的时间表以及如何使用它 解决一个普遍的问题—管中的熔体破裂和型材挤出。

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单螺杆挤出机是塑料加工中最常见的机器。尽管它们的功能基本上很简单,但是它们会受到许多不稳定因素的影响,这可能会导致产品超标或停机。当出现问题时,您将需要一种策略来快速识别原因。该策略的基本要素是故障排除时间表。在这里,我们'll描述它是什么以及如何将其用于解决一个常见的挤出问题—管中的熔体破裂和型材挤出。

 

从传感器开始

有效进行故障排除的先决条件包括良好的机械仪表,当前和历史过程数据,详细的原料数据,完整的维护记录以及对挤出过程有充分了解的操作员。

挤出是"black-box" process. We can'看不到挤出机内部发生了什么,因此我们依赖于仪器。我们需要确保所有传感器都在工作,并且读数已正确校准。

这些是要监视的重要过程变量:

  • 熔体压力,通常为约100次/秒。
  • 使用浸入式探头每1-10秒熔化温度,或者使用红外传感器每1-10毫秒熔化温度。
  • 饲料箱温度(如果有)'s water-cooled).
  • 机筒温度(每个区域一个或两个传感器)。
  • 模具温度(一到30个或更多传感器,取决于模具类型)。
  • 加热器功率,千瓦。
  • 冷却功率,如果是风冷或水温升高,则以风扇的rpm来衡量;如果是水冷,则以流量的形式来衡量。
  • 螺杆转速。
  • 电机负载(安培)。
  • 线速度。
  • 成品尺寸。

可以在上游设备(例如干燥机,搅拌机,传送带和进料器)上监视其他过程变量—以及齿轮泵,换网器,校准器,水槽,激光测量仪,拉拔器和卷绕机等下游设备。

但是,许多挤压操作主要依靠在职培训,尽管这通常是效率最低的方法,在某些方面也是最昂贵的方法。

为了解决挤出问题,您必须了解该过程。因此,刚接触挤压的操作员应参加涵盖材料特性和机械特性的课程,例如仪表,控件以及螺杆和模具设计。但是,许多挤压操作主要依靠在职培训,尽管这通常是效率最低的方法,在某些方面也是最昂贵的方法。未经培训的人员对挤出机的不当操作可能会导致昂贵的损坏甚至受伤。

 

故障排除时间表

了解为什么没有流程'如果行为不正确,您必须将当前的过程条件与以前的条件进行比较,'不存在。制定流程时间表有助于确定哪些条件变化会扰乱流程。

时间线要求记录从过程稳定到发现过程异常为止的时间。您'需要所有过程数据的记录—温度,压力和尺寸。确保列出所有可能影响该过程的事件(参见图1),例如停电,螺丝更换或新的树脂批。一些潜在的重要事件不太明显,例如工厂所在区域的建设,物料搬运的变化,工厂的维护活动'的供水系统或新操作员的开始。

请注意,并非所有事件都会立即生效。在变化的影响明显之前,可能需要花费大量的潜伏期,因此'重要的是不要得出结论。它'同样重要的是要开始一个足够远的时间表,甚至在问题出现前几个月就可以开始。

 

制止熔融断裂

故障排除时间表帮助油管处理器隔离了处理问题的根源。一条挤出生产线突然开始制造具有由熔体破裂引起的表面粗糙度的管材。熔体破裂可呈现多种形式—slip-stick (or "bamboo"),棕榈树,螺旋形或随机粗糙度(图2)。

时间线表明,在加工者改用其他树脂之前,该管线已经运行了近六个月。时间线还显示热电偶已更改—另一个嫌疑犯。检查了热电偶的准确性,结果证明该热电偶已正确校准并且正在准确读取温度。那使树脂成为最可能的罪魁祸首。它是茂金属型的聚烯烃,由于在较高的剪切速率下保持较高的粘度,因此往往更易于熔体破裂—即,剪切变稀少。

通常,熔体破裂涉及模具中的应力,通常与树脂有关。它可以通过材料或机械方式固化。在这种情况下,处理器无法更改材料。

可以通过以下方法来减少或消除熔体破裂:流线型流道,降低加工区的切应力,使用加工助剂,添加模地加热器,在熔体破裂的临界切应力以上运行(称为"super extrusion"),或添加超声波振动—鲜为人知但非常成功的技术。

通常,熔体破裂涉及模具中的应力,通常与树脂有关。

精简模具'流动通道始终是阻止熔体破裂的好主意,但是却增加了成本。对于大批量产品,为完全精简的模具付费是有意义的,但是对于小批量产品而言,这可能不值得。

可以通过增加模头间隙,降低挤出速率,提高模头表面温度,提高熔体温度或降低熔体粘度来降低陆地区域的剪切应力。可以通过使用加工助剂或润滑剂来降低粘度。当将500至1000 ppm的含氟弹性体添加到聚烯烃中时,它会在模头上形成涂层。这种涂层需要五分钟到一个小时以上的时间才能形成。

解决熔体破裂的其他常见解决方案是安装加热器以提高模头温度,使剪切应力降至熔体破裂的临界剪切应力以下。

熔体在模具区的停留时间很短,以至于可以设定相对较高的温度。例如,以约400 F的温度处理的HDPE可以通过575 F的模口而不会降低性能。可以在管模的焊盘区域外部改装模具焊盘加热器。

模头加热装置还可以降低模头压力,并提供最高20%的挤出量,同时保持良好的产品外观和尺寸公差。

超挤出是一种技术,其中模头区域的剪切应力远高于熔体破裂的临界剪切速率。 HDPE和某些含氟聚合物(FEP和PFA类型)可以做到这一点,与在发生熔体破裂的区域相比,它们在较高的剪切力下表现出第二个稳定挤出的区域(图3)。

带有外部安装的换能器的模具的超声波振动也会导致塑料的剪切变稀。关于此技术的信息有限,但是当变形率足够高时,它可以将熔体粘度降低几个数量级。模具壁处的塑料熔体层最容易受到高频变形,导致模具壁处的熔体粘度大幅下降。这样可以降低模头压力,模头膨胀,熔体破裂和模唇流口水。

作者简介:克里斯·劳文达(Chris Rauwendaal) 在挤出领域已经工作了近30年。他在加利福尼亚的洛斯阿尔托斯山(Los Altos Hills)领导自己的咨询公司,该公司提供螺钉和模具设计以及过程故障排除服务。

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