一 、塑料擠出的基本原理
塑料加工業(yè)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)型產(chǎn)業(yè)。它涉及到高分子化學(xué)，高分子物理，界面理論，塑料機(jī)械，塑料加工模具，配方設(shè)計(jì)原理及工藝控制等方面。擠出理論主要研究塑料在擠出機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況與變化規(guī)律。擠出機(jī)中塑料在一定外力作用下，于不同溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的高聚物的三種物理狀態(tài)，與螺桿結(jié)構(gòu)，塑料性能，加工條件之間的關(guān)系。從而進(jìn)行合理工藝控制。以達(dá)到提高塑料制品產(chǎn)量與質(zhì)量的目的。塑料高分子材料，在恒定的壓力下受熱時(shí)，于不同溫度范圍內(nèi)，出現(xiàn)玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)三種物理狀態(tài)。一般塑料的成型溫度在粘流溫度以上。
二、 聚烯烴管道擠出成型工藝控制
擠出成型工藝的控制參數(shù)包括成型溫度，擠出機(jī)工作壓力，螺桿轉(zhuǎn)速，擠出速度和牽引速度，加料速度，冷卻定型等。
1．原材料的預(yù)處理
聚烯烴是非吸水性材料，通常水分含量很低，可以滿足擠出的需要，但當(dāng)聚烯烴含吸水性顏料，如炭黑時(shí)，對(duì)濕度敏感。另外，在使用回料及填充料時(shí)，含水量會(huì)增大。水分不但導(dǎo)致管材內(nèi)外表面粗糙，而且可能導(dǎo)致熔體中出現(xiàn)氣泡。通常應(yīng)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。一般采用干燥處理，也可加相應(yīng)的具有除濕功能的助劑。如消泡劑等。PE的干溫度一般在60-90度。在此溫度下，產(chǎn)量可提高10%--25%。
2．溫度控制
擠出成型溫度是促使成型物料塑化和塑料熔體流動(dòng)的必要條件。對(duì)物料的塑化及制品的質(zhì)量和產(chǎn)量有著十分重要的影響。塑料擠出理論溫度窗口是在粘流溫度和降解溫度之間。對(duì)于聚烯烴來(lái)說(shuō)溫度范圍較寬。通常在熔點(diǎn)以上，280度以下均可加工。要正確控制擠出成型溫度，必先了解被加工物料的承溫限度與其物理性能的相互關(guān)系。找出其特點(diǎn)和規(guī)律，才能選擇一個(gè)較佳的溫度范圍進(jìn)行擠出成型。因此，在各段溫度設(shè)定應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：一是聚合物本身的性能，如熔點(diǎn)，分子量大小和分布，熔體指數(shù)等。其次考慮設(shè)備的性能。有的設(shè)備，進(jìn)料段的溫度對(duì)主機(jī)電流的影響很大。再次，通過(guò)觀察管模頭擠出管坯表面是否光滑。有無(wú)氣泡等現(xiàn)象來(lái)判斷。
擠出溫度包括加熱器的設(shè)定溫度和熔體溫度。加熱溫度是指外加熱器所提供的溫度。熔體溫度是指螺桿前段與機(jī)頭連接間物料的溫度。
機(jī)筒溫度分布，從喂料區(qū)到模頭可能是平坦分布，遞增分布，遞減分布及混合分布。主要取決于材料物點(diǎn)和擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)。
機(jī)頭設(shè)置溫度，為了獲得較好的外觀及力學(xué)性能，以及減小熔體出口膨脹，一般控制機(jī)身溫度較低，機(jī)頭溫度較高。機(jī)頭溫度偏高，可使物料順利進(jìn)入模具，但擠出物的形狀穩(wěn)定性差，收縮率增加。機(jī)頭溫度低，則物料塑料不良，熔體粘度大，機(jī)頭壓力上升。雖然這樣會(huì)使制品太得較密實(shí)，后收縮率小，產(chǎn)品形狀穩(wěn)定性好，但是加工較困難，離模膨脹較大，產(chǎn)品表面粗糙。還會(huì)導(dǎo)致擠出機(jī)背壓增加，設(shè)備負(fù)荷大，功率消耗也隨之增加。
口模設(shè)置溫度，口模和芯模的溫度對(duì)管子表面光潔度有影響，在一定的范圍內(nèi)，口模與芯模溫度高，管子表面光潔度高。通常來(lái)講，口模出口的溫度不應(yīng)超過(guò)220度，機(jī)頭入口的熔體溫度為200度，機(jī)頭入口和出口熔體溫差不應(yīng)超過(guò)20度。因?yàn)槿垠w與金屬間較高的溫度差將導(dǎo)致鯊魚(yú)皮現(xiàn)象。過(guò)高的熔體溫度導(dǎo)致口模積料。但具體要根據(jù)實(shí)際情況決定。
熔體溫度是指在螺桿未端測(cè)得的熔體實(shí)際溫度，因而是因變量。主要決定于螺桿轉(zhuǎn)速和機(jī)筒設(shè)置溫度。聚乙烯管材擠出的熔體溫度上限一般規(guī)定為230度。一般控制在200度左右為佳。聚丙烯管材擠出的熔體溫度上限一般為240度。熔體溫度不宜過(guò)高。一般考慮物料的降解，同時(shí)溫度過(guò)高也會(huì)使管材定型困難。
3．壓力控制
擠出過(guò)程中最重要的壓力參數(shù)是熔體壓力，即機(jī)頭壓力，一般來(lái)講，增加熔體壓力，將降低擠出機(jī)產(chǎn)量，而使制品密實(shí)度增加，有利于提高制品質(zhì)量。但壓力過(guò)大，會(huì)帶來(lái)安全問(wèn)題。熔體壓力大小與原料性能，螺桿結(jié)構(gòu)，螺桿轉(zhuǎn)速，工藝溫度，過(guò)濾網(wǎng)的目數(shù)，多孔板等因素有關(guān)。熔體壓力通?？刂圃?0-30MPa之間。
4．真空定型
真空定型主要控制真空度和冷卻速度兩個(gè)參數(shù)。通常在滿足管材外觀質(zhì)量的前提下，真空度應(yīng)盡可能低，這樣管材內(nèi)應(yīng)力小，產(chǎn)品在存放過(guò)程中變形小。
5．冷卻
聚乙烯管材擠出成型中冷卻水溫要求一般較低，通常在20度以下，在生產(chǎn)PPR管材時(shí)，第一段溫度可以稍高，后段較低，從而形成溫度梯度。調(diào)節(jié)冷卻水流量也是相當(dāng)重要的。流量過(guò)大，管材表面粗糙，產(chǎn)生斑點(diǎn)凹坑。流量過(guò)小，管材表面產(chǎn)生亮斑易拉斷，如分布不均勻，管材壁厚不均，或橢圓。
6．螺桿轉(zhuǎn)速與擠出速度
螺桿轉(zhuǎn)速是控制擠出速率，產(chǎn)量和制品質(zhì)量的重工參數(shù)。單螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，產(chǎn)量提高。剪切速率增加，熔體表觀粘度下降。有利于物料的均化。同時(shí)由于塑化良好，使分子間的作用力增大，機(jī)械強(qiáng)度提高。但螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)高，電機(jī)負(fù)載過(guò)大，熔體壓力過(guò)高，剪切速率過(guò)高，離模澎脹加大，表面變壞，且擠出量不穩(wěn)。
7．牽引速度
牽引速度直接影響產(chǎn)品壁厚，尺寸公差，性能及外觀，牽引速度比須穩(wěn)定，且牽引速度與管材擠出速度相匹配。牽引速度與擠出線速度的比值反映出制品可能發(fā)生的取向程度，該比值稱為拉伸比，其數(shù)值必須等于或大于1.牽引速度增加，冷卻定型的溫度條件不變時(shí)，牽引速度快，則制品在定徑套，冷卻水槽中停留的時(shí)間也就比較短，經(jīng)過(guò)冷卻定型后的制品內(nèi)部還會(huì)殘余較多熱量，這些熱量會(huì)使制品在牽引過(guò)程中已經(jīng)形成的取向結(jié)構(gòu)發(fā)生解取向，從而引起制品取向程度降低。牽引速度越快，管材壁厚越薄，冷卻后的制品其長(zhǎng)度方向的收縮率也越大。牽引速度越慢，管材壁厚越厚，越容易導(dǎo)致口模與定徑套之間積料。破壞正常擠出生產(chǎn)。因此，擠出成型中擠出速度與牽引速度必須很好控制。
8．管材的在線質(zhì)量控制與后處理
聚烯烴屬結(jié)晶聚合物，剛下線管材的性能與管材制品交付使用時(shí)的尺寸和性能時(shí)有差距的。主要原因有，第一，聚烯烴熔體冷卻過(guò)程中要發(fā)生結(jié)晶作用，結(jié)晶度及晶型與溫度及熱歷史，放置的時(shí)間有關(guān)。第二，剛下線管材的溫度通常高于常溫。第三，剛下線的管材內(nèi)應(yīng)力較大。為了達(dá)到性能及尺寸的穩(wěn)定性，一般的聚乙烯管材應(yīng)下線放置24小時(shí)，聚丙烯管材需放置48小時(shí)后，可依照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測(cè)試。
三、 聚烯烴管材生產(chǎn)中常見(jiàn)問(wèn)題與處理
聚烯烴熔體具有粘彈性。在加工中常出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，即離模澎脹和熔體破裂。在此，不詳細(xì)列解。下面列出管材生產(chǎn)中常見(jiàn)的異常情況及產(chǎn)生原因和處理方法。
常見(jiàn)問(wèn)題:表面暗淡無(wú)光
產(chǎn)生原因:
1．原料水分
2．熔體溫度不合適
3．?dāng)D出機(jī)擠出的熔融物料不均勻
4．定徑套過(guò)短
5．口模成型段過(guò)短
推薦解決方法
產(chǎn)生原因:
1．原料預(yù)處理
2．調(diào)整溫度
3．增加背壓，用較細(xì)的過(guò)濾網(wǎng)，設(shè)計(jì)適宜的螺桿結(jié)構(gòu)
4．加長(zhǎng)定徑套
5．加長(zhǎng)口模成型段。
常見(jiàn)問(wèn)題:表面斑點(diǎn)
1．原料中有水分
2．水槽中的管子上有氣泡
推薦解決方法
1．干燥原料
2． 消除氣泡。調(diào)整工藝溫度。
常見(jiàn)問(wèn)題：外表面呈現(xiàn)光亮透明的塊狀（俗稱眼晴）
產(chǎn)生原因:
1．機(jī)頭溫度過(guò)高
2．冷卻水太小或不足，或不均勻
1．降低機(jī)頭溫度
2．冷卻水開(kāi)大或清理定徑套
常見(jiàn)問(wèn)題：管材光滑外表面規(guī)則的斑紋
產(chǎn)生原因:管材趨向粘附定徑套 加大冷卻水流量清理水路或降速
產(chǎn)生原因:管材外表面深的波紋 定徑套口模沒(méi)對(duì)中對(duì)中，保持定徑箱與口模在同一軸線
常見(jiàn)問(wèn)題：內(nèi)表面粗糙
產(chǎn)生原因:
1．原料潮濕
2．芯模溫度低
3．口模與芯模間隙過(guò)大。
4．口模定型段太短
推薦解決方法：
1．原料烘干，或預(yù)處理
2.提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間
3.換芯模
4.換定型段較長(zhǎng)的口模
常見(jiàn)問(wèn)題：管內(nèi)壁波紋狀
產(chǎn)生原因:
1．?dāng)D出機(jī)產(chǎn)量變化，下料不穩(wěn)
2．牽引打滑
3．管材冷卻不均
推薦解決方法：
1．降低螺桿喂料區(qū)溫度。
2．調(diào)節(jié)牽引氣壓。
3．調(diào)節(jié)水路
常見(jiàn)問(wèn)題：管內(nèi)壁有凹坑
產(chǎn)生原因:
1．原料水分大
2．填充料分散性差未塑化，雜質(zhì)
推薦解決方法：
1．原料預(yù)熱干燥
2．換料，調(diào)節(jié)溫度，清潔原料
常見(jiàn)問(wèn)題：管內(nèi)壁有焦粒
產(chǎn)生原因:
1．?dāng)D出機(jī)機(jī)頭與口模內(nèi)壁不干凈
2．局部溫度過(guò)高
3．口模積料嚴(yán)重
推薦解決方法：
1．清模
2．檢查熱電偶是否正常。
3．清模，適當(dāng)降低口模溫度
常見(jiàn)問(wèn)題：外徑或壁厚隨時(shí)變化
產(chǎn)生原因:
1．?dāng)D出速度變化
2．牽引速度發(fā)生變化或打滑
3．下料不穩(wěn)（回料粒徑不均）
4．熔體的不穩(wěn)定性
5．冷卻不均
推薦解決方法：
1．檢查牽引機(jī)
2．適當(dāng)提高壓力
3．原料過(guò)篩或造粒
4．提高料溫，降低線速度，增加?？陂g隙
5．清理水路
常見(jiàn)問(wèn)題：管材壁厚不均
產(chǎn)生原因:
1．口模沒(méi)對(duì)中
2．口模溫度不均
3．牽引機(jī)，定徑套，口模沒(méi)對(duì)中
4．定徑套與口模距離太遠(yuǎn)
推薦解決方法：
1．調(diào)節(jié)口模同心
2．調(diào)節(jié)溫度
3．保持在同一軸線上
4．拉近距離
常見(jiàn)問(wèn)題：熔接縫不良
產(chǎn)生原因:
1．口模成型段太短
2．熔融溫度低
3．模頭中塑料分散
4．機(jī)頭機(jī)結(jié)構(gòu)不合理
推薦解決方法：
1．使用較長(zhǎng)的口模成型段
2．提高料溫
3．清理模頭
4．更換或改造
常見(jiàn)問(wèn)題：管材過(guò)早損壞穿孔
產(chǎn)生原因:
1．水泡
2．氣泡
3．雜質(zhì)
4．顏料或填充料分散不良
推薦解決方法：
1．干燥原料
2．除濕或降低溫度
3．清潔原料或用過(guò)濾網(wǎng)
4．調(diào)節(jié)溫度或更換原料
常見(jiàn)問(wèn)題：管材過(guò)早損壞脆性破壞
產(chǎn)生原因:
1．料溫低
2．溫度過(guò)高，原料分解
推薦解決方法：
1．提高料溫
2．清理模具，降低溫度
常見(jiàn)問(wèn)題：管材開(kāi)裂
產(chǎn)生原因:
1．機(jī)頭溫度低，擠出速度快
2．冷卻水太大
1．升溫，降速
2．減小冷卻水流量
常見(jiàn)問(wèn)題：管材圓度不好，彎曲
產(chǎn)生原因:
1．口模，芯模中心位置不正
2．機(jī)頭溫度四周不均
3．冷卻水離口模太近
4．冷卻水噴淋力度過(guò)大
5．冷卻水噴淋太小
6．水位過(guò)高
7．牽引機(jī)壓力過(guò)大
推薦解決方法：
1． 調(diào)整同心
2．調(diào)節(jié)溫度
3．調(diào)整冷卻水位置
4．調(diào)節(jié)噴頭角度
5．清理水路
6．排水
7．調(diào)節(jié)氣壓
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