塑料挤出成型过程中存在的质量问题及解决方法

塑料挤出存在问题及解决方法塑料挤出存在问题及解决方法 第一节 塑料挤出的基本原理 塑料加工业是一项综合性很强的技术型产业 它涉及到高分子化学 高分 子物理 界面理论 塑料机械 塑料加工模具 配方设计原理及工艺控制等方 面 挤出理论主要研究塑料在挤出机内的运动情况与变化规律 挤出机中塑料 在一定外力作用下 于不同温度范围内出现的高聚物的三种物理状态 与螺杆 结构 塑料性能 加工条件之间的关系 从而进行合理工艺控制 以达到提高 塑料制品产量与质量的目的 塑料高分子材料 在恒定的压力下受热时 于不 同温度范围内 出现玻璃态 高弹态 粘流态三种物理状态 一般塑料的成型 温度在粘流温度以上 第二节 聚烯烃管道挤出成型工艺控制 挤出成型工艺的控制参数包括成型温度 挤出机工作压力 螺杆转速 挤 出速度和牵引速度 加料速度 冷却定型等 1 原材料的预处理 聚烯烃是非吸水性材料 通常水分含量很低 可以满足挤出的需要 但当 聚烯烃含吸水性颜料 如炭黑时 对湿度敏感 另外 在使用回料及填充料时 含水量会增大 水分不但导致管材内外表面粗糙 而且可能导致熔体中出现气 泡 通常应对原料进行预处理 一般采用干燥处理 也可加相应的具有除湿功 能的助剂 如消泡剂等 PE 的干温度一般在 60 90 度 在此温度下 产量可提 高 10 25 2 温度控制 挤出成型温度是促使成型物料塑化和塑料熔体流动的必要条件 对物料的 塑化及制品的质量和产量有着十分重要的影响 塑料挤出理论温度窗口是在粘 流温度和降解温度之间 对于聚烯烃来说温度范围较宽 通常在熔点以上 280 度以下均可加工 要正确控制挤出成型温度 必先了解被加工物料的承温限度 与其物理性能的相互关系 找出其特点和规律 才能选择一个较佳的温度范围 进行挤出成型 因此 在各段温度设定应考虑以下几个方面 一是聚合物本身 的性能 如熔点 分子量大小和分布 熔体指数等 其次考虑设备的性能 有 的设备 进料段的温度对主机电流的影响很大 再次 通过观察管模头挤出管 坯表面是否光滑 有无气泡等现象来判断 挤出温度包括加热器的设定温度和熔体温度 加热温度是指外加热器所提 供的温度 熔体温度是指螺杆前段与机头连接间物料的温度 机筒温度分布 从喂料区到模头可能是平坦分布 递增分布 递减分布及 混合分布 主要取决于材料物点和挤出机的结构 机头设置温度 为了获得较好的外观及力学性能 以及减小熔体出口膨胀 一般控制机身温度较低 机头温度较高 机头温度偏高 可使物料顺利进入模 具 但挤出物的形状稳定性差 收缩率增加 机头温度低 则物料塑料不良 熔体粘度大 机头压力上升 虽然这样会使制品太得较密实 后收缩率小 产 品形状稳定性好 但是加工较困难 离模膨胀较大 产品表面粗糙 还会导致 挤出机背压增加 设备负荷大 功率消耗也随之增加 口模设置温度 口模和芯模的温度对管子表面光洁度有影响 在一定的范 围内 口模与芯模温度高 管子表面光洁度高 通常来讲 口模出口的温度不 应超过 220 度 机头入口的熔体温度为 200 度 机头入口和出口熔体温差不应 超过 20 度 因为熔体与金属间较高的温度差将导致鲨鱼皮现象 过高的熔体温 度导致口模积料 但具体要根据实际情况决定 熔体温度是指在螺杆未端测得的熔体实际温度 因而是因变量 主要决定 于螺杆转速和机筒设置温度 聚乙烯管材挤出的熔体温度上限一般规定为 230 度 一般控制在 200 度左右为佳 聚丙烯管材挤出的熔体温度上限一般为 240 度 熔体温度不宜过高 一般考虑物料的降解 同时温度过高也会使管材定型 困难 3 压力控制 挤出过程中最重要的压力参数是熔体压力 即机头压力 一般来讲 增加熔体 压力 将降低挤出机产量 而使制品密实度增加 有利于提高制品质量 但压 力过大 会带来安全问题 熔体压力大小与原料性能 螺杆结构 螺杆转速 工艺温度 过滤网的目数 多孔板等因素有关 熔体压力通常控制在 10 30MPa 之间 4 真空定型 真空定型主要控制真空度和冷却速度两个参数 通常在满足管材外观质量的前 提下 真空度应尽可能低 这样管材内应力小 产品在存放过程中变形小 5 冷却 聚乙烯管材挤出成型中冷却水温要求一般较低 通常在 20 度以下 在生产 PPR 管材时 第一段温度可以稍高 后段较低 从而形成温度梯度 调节冷却水流 量也是相当重要的 流量过大 管材表面粗糙 产生斑点凹坑 流量过小 管 材表面产生亮斑易拉断 如分布不均匀 管材壁厚不均 或椭圆 6 螺杆转速与挤出速度 螺杆转速是控制挤出速率 产量和制品质量的重工参数 单螺杆挤出机的转速 增加 产量提高 剪切速率增加 熔体表观粘度下降 有利于物料的均化 同 时由于塑化良好 使分子间的作用力增大 机械强度提高 但螺杆转速过高 电机负载过大 熔体压力过高 剪切速率过高 离模澎胀加大 表面变坏 且 挤出量不稳 7 牵引速度 牵引速度直接影响产品壁厚 尺寸公差 性能及外观 牵引速度比须稳定 且 牵引速度与管材挤出速度相匹配 牵引速度与挤出线速度的比值反映出制品可 能发生的取向程度 该比值称为拉伸比 其数值必须等于或大于 1 牵引速度增 加 冷却定型的温度条件不变时 牵引速度快 则制品在定径套 冷却水槽中 停留的时间也就比较短 经过冷却定型后的制品内部还会残余较多热量 这些 热量会使制品在牵引过程中已经形成的取向结构发生解取向 从而引起制品取 向程度降低 牵引速度越快 管材壁厚越薄 冷却后的制品其长度方向的收缩 率也越大 牵引速度越慢 管材壁厚越厚 越容易导致口模与定径套之间积料 破坏正常挤出生产 因此 挤出成型中挤出速度与牵引速度必须很好控制 8 管材的在线质量控制与后处理 聚烯烃属结晶聚合物 刚下线管材的性能与管材制品交付使用时的尺寸和性能 时有差距的 主要原因有 一 聚烯烃熔体冷却过程中要发生结晶作用 结晶 度及晶型与温度及热历史 放置的时间有关 第二 刚下线管材的温度通常高 于常温 第三 刚下线的管材内应力较大 为了达到性能及尺寸的稳定性 一 般的聚乙烯管材应下线放置 24 小时 聚丙烯管材需放置 48 小时后 可依照相 应的标准进行性能测试 第三节 聚烯烃管材生产中常见问题与处理 聚烯烃熔体具有粘弹性 在加工中常出现两种现象 即离模澎胀和熔体破裂 在此 不详细列解 下面列出管材生产中常见的异常情况及产生原因和处理方 法 异常情况 产生原因 推荐解决方法 表面暗淡无光 1 原料水分 2 熔体温度不合适 3 挤出机挤出的熔融物料不均匀 4 定径套过短 5 口模成型段过短 1 原料预处理 2 调整温度 3 增加背压 用较细的过滤网 设计适宜的螺杆结构 4 加长定径套 5 加长口模成型段 表面斑点 1 原料中有水分 2 水槽中的管子上有气泡 1 干燥原料 2 消除气泡 调整工艺温度 外表面呈现光亮透明的块状 俗称眼晴 1 机头温度过高 2 冷却水太小或不足 或不均匀 1 降低机头温度 2 冷却水开大或清理定径套 管材光滑外表面规则的斑纹 管材趋向粘附定径套 加大冷却水流量清理 水路或降速 管材外表面深的波纹 定径套口模没对中 对中 保持定径箱与口模在同 一轴线 内表面粗糙 1 原料潮湿 2 芯模温度低 3 口模与芯模间隙过大 4 口模定型段太短 1 原料烘干 或预处理 2 提高温度或延长保温时间 3 换芯模 4 换定型段较长的口模 管内壁波纹状 1 挤出机产量变化 下料不稳 2 牵引打滑 3 管材冷却不均 1 降低螺杆喂料区温度 2 调节牵引气压 3 调节水路 管内壁有凹坑 1 原料水分大 2 填充料分散性差未塑化 杂质 1 原料预热干燥 2 换料 调节温度 清洁原料 管内壁有焦粒 1 挤出机机头与口模内壁不干净 2 局部温度过高 3 口模积料严重 1 清模 2 检查热电偶是否正常 3 清模 适当降低口模温度 外径或壁厚随时变化 1 挤出速度变化 2 牵引速度发生变化或打滑 3 下料不稳 回料粒径不均 4 熔体的不稳定性 5 冷却不均 1 检查牵引机 2 适当提高压力 3 原料过筛或造粒 4 提高料温 降低线速度 增加模口间隙 5 清理水路 管材壁厚不均 1 口模没对中 2 口模温度不均 3 牵引机 定径套 口模没对中 4 定径套与口模距离太远 1 调节口模同心 2 调节温度 3 保持在同一轴线上 4 拉近距离 熔接缝不良 1 口模成型段太短 2 熔融温度低 3 模头中塑料分散 4 机头机结构不合理 1 使用较长的口模成型段 2 提高料温 3 清理模头 4 更换或改造 管材过早损坏穿孔 1 水泡 2 气泡 3 杂质 4 颜料或填充料分散不良 1 干燥原料 2 除湿或降低温度 3 清洁原料或用过滤网 4 调节温度或更换原料 管材过早损坏脆性破坏 1 料温低 2 温度过高 原料分解 1 提高料温 2