挤塑工艺装置设计及被加工材料性能的研究上

挤塑工艺装置设计及被加工材料性能的研究上

设备的设计和加工材料的性能与塑料挤塑材的质量密切相关。并在很大程度上决定了挤塑模结构,对挤出物质量、尺寸精度、物理力学性能、乃至整个挤塑操作过程,都具有至关重要的影响。因此,在设计挤塑模之前,必须对挤塑成型的工艺装置及其被加工材料提出具体要求。1挤塑机的性能1.1螺母特性(1)高、压实试验通常指螺杆有效长度L与其外径D之比,即B=L/D。B值增大,塑化质量高、压实充分、制品外观好、力学性能优,且螺杆特性曲线的斜率减小,挤出产量更趋稳定。但B值也不宜过大,否则会增大能量损耗和机器磨损。目前常用螺杆长径比为15、20、25三种,最大可达28至32,但还有增大的趋势。(2)螺槽容积与计量段的比或称几何压缩比,定义为螺杆加料段第一个螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比ε。此值与塑料品种密切相关,一般在2～5之间。对此,表2-1可供参考。(3)tdb视塑料类型分类通常按螺杆功能分为加料段、压缩段和计量段。每段占总长L的百分比,视塑料类型不同而异。常见值如表2-2所示。图2-1为《45挤塑机螺杆的使用值。1.2挤塑机的产量挤塑模整个流道形状与尺寸、压降、效率等计算,均与挤塑机产量密切相关。(1)螺杆选取转速螺杆计量段的流量,就是挤塑机的体积产量,可写成如下表达式:Q=An-B(pη)Q=An−B(pη)(1)式中:Q——产量,cm3;A=π2D2h3sinϕcosϕ2A=π2D2h3sinϕcosϕ2;B=πDh33sin2ϕ12L3B=πDh33sin2ϕ12L3;n为螺杆转速,r/min;h3为计量段螺槽深度,cm;ϕ为螺纹升角,rad;η为塑料熔体粘度,N·s/cm2。塑料熔体在机头内腔的体积流量可描述为Q=k1ΔpηQ=k1Δpη(2)当挤塑机产生的压力p,正好被机头压力损失Δp所平衡时,即p=Δp,则将上式代入方程(5-1),可解得挤塑机产量:Q=An⋅k1B+k1(3)由此可知,当螺杆选定后,A、B为常数,其产量仅与螺杆转速n和机头阻力系数k有关;当机头确定后,产量仅为螺杆转速的单值函数。但螺杆转速有一定范围,通常随螺杆直径增大而减小。国产单螺杆挤塑机的基本参数见表2-3。(2)螺杆特性曲线由方程1可知,挤塑机产量Q与压力p呈线性关系,其斜率为负。如果将它按不同的螺杆转速n值,标绘在Q-p坐标图(见图2-2)上,便形成一系列、被称之为“螺杆特性曲线”的平行线。如果以p代替Δp,将方程(2)也标绘在Q-p坐标图上,便得一斜率(等于k/η)为正的直线被称之为“口模特性曲线”。口模特性曲线与螺杆特性曲线的交点,如图2-2所示的C点,即为该挤塑机的最佳工作点。此时的压力为pc,相应的产量为Qc。2联接器的结构挤塑模与挤塑机相联接的装置,称之为联接器或联接套。联接器的结构多种多样,但以使用卡砸和铰链螺钉联接的结构形式居多。按挤塑机规格及生产方式的不同,常用联接器有以下三种结构形式。2.1规范法兰连接此种结构的联接器多用于中小型挤塑机。如图2-3所示,将挤塑模始端外侧,以螺纹与法兰相联接构成整体后,再将机头法兰2以铰链螺钉3与机筒法兰4相紧固,从而构成完整的联接体系。此种联接方式的同心度,是以栅板外径为基轴,达到共轴同心之要求的。栅板端面应有压紧台面,以防止漏料。螺纹联接器尺寸与挤塑机规格间的关系,见表2-4。2.2克氏原螯虾内孔控制克氏法此种结构形式多用于大中型挤塑机。如图2-4所示,将机头法兰1以12个圆柱头内六角螺钉7固定在挤塑模端面上。由于挤塑模始端外圆面与机头法兰1的内孔(通常为基准孔)构成了过渡配合性质,并用销钉8将机头法兰1与机筒法兰3定位,然后用铰链螺钉锁紧,从而构成以螺钉联接为主体的结构形式。该结构可充分保证其同心度。螺钉联接器尺寸见表2-5。2.3前压紧环3排液如图2-5所示,由液压力驱动卡砸锁紧环2旋转,使螺纹部分松开。当旋转到开槽部位与前压紧环3的凸起部位对中时,前压紧环3即可绕铰链座1上的轴转动退出卡砸锁紧环2,将机头移至右侧去清理。然后迅速换上左侧已清理好的机头,使前压紧环3的凸起对正锁紧环的凹槽后,由液压力驱动锁紧环2,直至重新锁紧。3螺杆均化及均化特性栅板和滤网,通常都设于螺杆梢部和挤塑模之间,用以均化熔体流动,截住未熔化的粒子,形成螺杆压力,改善螺杆的塑化及均化功能。在此过程中,栅板及滤网能产生超过15MPa的压力损失。3.1流道孔的排列栅板的结构如图2-6所示,除具有分流、混合、促进熔体塑化均匀外,还承担着支承滤网的作用。栅板上流道孔眼直径,通常为3～6mm,入口端应有30～45°的锥角。流道孔总面积须占栅板有效面积的40%～70%为宜,孔的排列应紧凑合理。栅板应有足够机械强度和刚度,但其厚度也不宜过厚,以免造成过大阻力或滞料分解。3.2滤压降问题的确定滤网可从熔体中滤去杂质和异物,增加剪切作用、改善熔体的均匀性及色料的分散性,提高挤塑产品的内在质量。滤网可设置1～5层,细度可为20～80目,视塑料性能及其产品质量要求而定。对粘性大、受热易分解的物料,可免设滤网。塑料熔体通过一组滤网的压降,几乎等于机头总压降的一半,且对生产效率影响较大。为此,在设计挤塑模时,须着重考虑滤网引起的压降问题。滤网引起的压降可用下式计算Δps=0.025η(WD2sρ)nFs(4)式中:η为熔体粘度,N·s/m2;W为每小时质量流量,kg/h;Ds为滤网直径,m;ρ为熔体密度,kg/m3;Fs为滤网阻力因子,定义如下:Fs=2n+3(900π)-n(3n+1n)n(dd3n+10m2n)(5)式中:n为熔体非牛指数;d为网丝直径,2.54cm;d0为相邻网丝间平均小孔直径,2.54cm;m为滤网筛眼目数。3.3暗盒型过滤器高性能塑料薄膜生产的工艺装备中,广泛使用闸板型过滤器和暗盒型过滤器。当在这些过滤器上装有液压传动时,过滤元件的更换,极易实现自动化。闸板型过滤器如图2-7所示,主要由壳体6组成,其内滤网座3和4装于平板1中。多孔板14上安装滤网2,并用支承环15固定。用螺旋16使装有过滤网的多孔板平移,以便迅速更新滤网。在熔体压力作用下,分流支架套9的端面紧压在平板1上,装于另一端的氟塑料环7被松弛,从而达到了密封的目的。处于流道中心的流线型鱼雷体8,增强了分流支架套9对平板1的压紧力。用螺栓5和11将过滤器分别与挤塑机和挤塑模相联接,以使该装置处于工作状态。暗盒型过滤器如图2-8所示,过滤元件8安装在挤塑模联接器2的端