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物料雙螺桿擠出機(jī)塑化機(jī)理

2021-05-18 14:26:00
根據(jù)物料在雙螺桿擠出機(jī)中的塑化歷程，將螺桿分為三個(gè)區(qū)域固體輸送區(qū)、熔融區(qū)、熔體輸送(擠出)區(qū)。固體輸送區(qū)塑化機(jī)理在機(jī)筒中，把固體聚合物(PVC)及其助劑的流動(dòng)、預(yù)熱、壓實(shí)區(qū)域定義為固體輸送區(qū)。首先，料斗內(nèi)固體聚合物粒子向機(jī)筒內(nèi)流動(dòng)是靠重力實(shí)現(xiàn)的，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，粒子向機(jī)頭方向推進(jìn)的同時(shí)，料斗內(nèi)粒子不斷流動(dòng)。在固體輸送區(qū)PVC物料中的高分子、小分子等粒子逐漸被加熱，同時(shí)，螺桿剪切作用和粒子之間摩擦也使粒子熱量增加，從而使粒子在致密狀態(tài)中充分接觸、擴(kuò)散、滲透。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，由于螺桿的螺距、螺棱寬度等發(fā)生變化，PVC物料粒子被致密地壓實(shí)，形成在螺槽上滑動(dòng)的固體床或固體塞。固體塞運(yùn)動(dòng)是依靠機(jī)筒表面與固體塞之間的摩擦力，而螺桿與固體塞之間的磨擦力卻阻止固體塞運(yùn)動(dòng)。所以在機(jī)筒內(nèi)，造成PVC物料粒子不在同一方向前進(jìn)，而是不時(shí)地翻滾、打滑，隨螺桿旋轉(zhuǎn)、"架橋"，在"橋"后堆積起來，突破"橋"，隨著PVC物料擠出和PVC物料在料斗內(nèi)的流動(dòng)，過程反復(fù)進(jìn)行。在這個(gè)區(qū)域，較好的PVC物料擠出塑化質(zhì)量，從狀態(tài)上看是PVC由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為高彈態(tài)；從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)看，是50%～60%的PVC樹脂顆粒破碎變化為初級(jí)粒子，各種助劑粒子的表面與初級(jí)粒子充分接觸、擴(kuò)散。值得指出的是對(duì)于穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，料斗內(nèi)固體料的高度無論什么時(shí)候都必須在某個(gè)臨界值以上。在這個(gè)臨界值以上，料面高度的變化將不影響擠出機(jī)的性能，但是，如果料面高度低于臨界值，變成一個(gè)強(qiáng)烈的不穩(wěn)定因素。固體料面高度的變化會(huì)引起底部壓力的變化，會(huì)改變擠出機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，導(dǎo)致PVC物料擠出塑化質(zhì)量的惡化。熔融區(qū)塑化機(jī)理在機(jī)筒中，把固體聚合物和熔體共存區(qū)域定義為熔融區(qū)或相變區(qū)。該區(qū)為C2、C3加熱區(qū)。熔融區(qū)是擠出機(jī)的主要部分，特別是溫度的設(shè)定(機(jī)筒C2區(qū)、C3區(qū)、螺桿芯部)及螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定、螺桿與螺桿的間隙、螺桿與機(jī)筒的間隙等，對(duì)PVC物料擠出質(zhì)量有重要影響。當(dāng)PVC物料達(dá)到熔融區(qū)時(shí)，由于螺桿的螺距、螺棱寬度等發(fā)生變化，PVC物料顆粒在被擠壓致密的同時(shí)，已經(jīng)產(chǎn)生了相當(dāng)大的壓力，這些壓力與周圍熱介質(zhì)的軟化作用一起，把壓實(shí)的顆粒變成密實(shí)的"固體床"。此時(shí)的固體床是由一部分PVC高彈態(tài)與一部分PVC玻璃態(tài)、少量的PVC粘流態(tài)組成的混合狀態(tài)。固體床具有螺旋形螺槽的形狀并且在螺槽內(nèi)滑動(dòng)。由于這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在固體床和機(jī)筒表面之間的熔膜內(nèi)便產(chǎn)生了速度分布。于是，熔膜中的熔體開始向螺紋推進(jìn)而流動(dòng)，當(dāng)它遇到螺棱時(shí)，螺棱便將熔體從機(jī)筒上"刮下"，并且聚集在推進(jìn)螺紋前方的螺槽后部的熔池中。當(dāng)固體床沿著螺槽移動(dòng)時(shí)，越來越多的熔料被帶入熔池，因此，熔池的尺寸增加，而固體床的尺寸則減少。固體床被逐漸破壞而成為粘流態(tài)向前輸送。在這個(gè)區(qū)域，較好PVC物料擠出塑化質(zhì)量，從狀態(tài)上看，PVC由高彈態(tài)轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)；從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)來看，由60～70%PVC初級(jí)粒子破碎變化為一級(jí)粒子，各種助劑分子與PVC一級(jí)粒子接觸，形成物理與化學(xué)的結(jié)合。 在熔融區(qū)，提高PVC物料擠出塑化質(zhì)量的因素有增加螺桿轉(zhuǎn)速。提高熔融區(qū)機(jī)筒設(shè)定溫度。合適的螺桿與機(jī)筒間隙。對(duì)于特定的PVC異型材生產(chǎn)配方，應(yīng)該有一組最佳的熔融區(qū)機(jī)筒溫度。熔體輸送區(qū)塑化機(jī)理在機(jī)筒中，把固體聚合物完全轉(zhuǎn)化為熔體，熔體被強(qiáng)制輸送到機(jī)頭處的部分定義為熔體輸送區(qū)(機(jī)筒C4加熱區(qū))。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，熔融大分子在剪切作用下與各種助劑進(jìn)一步反應(yīng)、均化，隨著PVC物料粘流體不斷地定量擠出，形成熔體壓力，保證PVC物料的最終成型產(chǎn)品的密實(shí)度。在這個(gè)區(qū)域，較好的PVC物料擠出塑化質(zhì)量，從狀態(tài)上仍保持PVC大分子粘流態(tài)，從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)看，是PVC一級(jí)粒子與少量初級(jí)粒子共同組成的結(jié)晶體，這部分初級(jí)粒子可以提高最終材料的強(qiáng)度、韌性。當(dāng)含有這種結(jié)晶體材料被擠出、冷卻后，在外力的作用下，初級(jí)粒子能夠阻礙一級(jí)粒子的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到強(qiáng)度的提高；又由于初級(jí)粒子表面積大，在受到?jīng)_擊時(shí)可以吸收部分沖擊能，提高韌性。

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