Система оцінювання одноразового екструдерного адаптивності до різних матеріалів (pp/ps/pe/pla)

I. ВСТУП: Проблеми з обробкою матеріалів при екструзії одноразової кругообігу

З Однокосорний пластиковий екструзійний термоформуючий махін E, як основне обладнання для обробки полімерних матеріалів, його пристосованість до різних полімерів безпосередньо визначає якість продукції та ефективність виробництва. ПП (поліпропілен), PS (полістирол), ПЕ (поліетилен) та Котлет (полілакіна кислоти) виявляють чіткі реологічні поведінки та вимоги до термічної стійкості під час екструзії через їх значні відмінності в молекулярній структурі та фізичних властивостях. Оцінка пристосованості до обробки одноразових екструдерів вимагає побудови наукової системи оцінювання з чотирьох вимірів: характерний матеріальний характер, відповідність структури обладнання, координація параметрів процесів та кореляція якості продукції.

Ii. Фундаментальна кореляція між матеріальними властивостями та обробкою екструзії

(A) Внутрішні властивості відмінності полімерних матеріалів

(B) Основні наслідки властивостей матеріалу на процес екструзії

• PP : Висока швидкість кристалізації призводить до великої швидкості усадки, коли розплав охолоджується, а увагу слід приділяти коефіцієнту стиснення гвинта та контролю температурного градієнта на секцію охолодження та формування; Характеристики витончення зсуву вимагають узгодженого регулювання швидкості гвинта та заднього тиску, щоб уникнути розриву розплаву.
• PS : Жорсткий молекулярний ланцюг робить еластичність розплаву помітною, схильною до розплаву перелому під час екструзії, вимагаючи оптимізації структури секції змішування гвинта для зменшення зберігання еластичної енергії; Погана термостійкість вимагає точності контролю температури в межах ± 2 ° C.
• PE : Розплав низької тривалості схильний до потоку витоку, що вимагає збільшення співвідношення діаметру довжини гвинта (l/d ≥28) для продовження часу перебування та забезпечення рівномірної пластифікації; Різниця в діапазоні плавлення між HDPE та LDPE вимагає відповідності різних конструкцій глибини гвинта.
• PLA : Сильна гігроскопність (вміст води повинна бути <0,02%), що вимагає попереднього лікування; Низька міцність розплаву та чутливість до зсуву, екструзія повинна уникати високої швидкості обертання (рекомендується <100 об / хв) та використовувати низький коефіцієнт стиснення (1,8-2,2) гвинта для зменшення тепла зсуву.

Iii. Індикатори оцінювання структури обладнання адаптованість до матеріалів

(A) Відповідність гвинтових геометричних параметрів

1. Співвідношення довжини діаметра (л/д)

   • PP/PE обробка вимагає L/D = 25-30; Недостатня L/D призведе до недостатньої пластифікації кристалічних полімерів, що спричиняє кристалічні точки продуктів;
   • Обробка PLA підходить для L/D = 20-24; Надмірно тривалий гвинт збільшить час проживання розплаву та погіршить термоокислювальну деградацію.

2. Коефіцієнт стиснення

   • PP (коефіцієнт стиснення 2,5-3,0): високе співвідношення стиснення сприяє регуляризації структури кристалізації та знижує толерантність до товщини листа;
   • PS (Коефіцієнт стиснення 1,8-2,2): Низьке співвідношення стиснення зменшує накопичення еластичного плавання та гальмує набухнуть екструзію;
   • PLA (коефіцієнт стиснення 1,8-2,0): Уникайте надмірного коефіцієнта стиснення, що спричиняє локальний перегрів, у поєднанні з градієнтною гвинтовою структурою (глибина гвинтової канавки лінійно зменшується від секції подачі до розділу гомогенізації).

3. Дизайн змішування елементів

   • Для характеристик низької вірогідності ПЕ, шпильки для змішування бар'єрного типу можна встановити в гвинтовому гомогенізаційному розділі для посилення розриву розплаву та змішування розповсюдження;
   • Обробка PS/PLA вимагає змішування без зсуву або низького зсуву (наприклад, елементів DIS гвинтів) для запобігання перелому молекулярного ланцюга.

(B) Пристосованість ліпних штампів та допоміжних машин

• Дизайн каналу вимивання :
  Екструзія листа PP підходить для штампів рибного хвоста (кут розширення 30 ° -45 °) для скорочення часу перебування в каналі потоку; PLA вимагає впорядкованих штампів без тупиків (шорсткість поверхні Ra <0,2 мкм), щоб уникнути приклеювання та деградації розплаву.
• Система охолодження та формування :
  Листів ПЕ потребують гасіння рулонів (температура 30-50 ° С), щоб інгібувати надмірний ріст кристалів; PLA вимагає середнього температурного охолодження (60-80 ° C), щоб запобігти внутрішньому розтріскуванню напруги, спричиненим швидким охолодженням.

Iv. Методи оцінки параметра процесу спільної оптимізації

(A) Стратегії контролю температури

1. Принцип перегородки з трьома зоном
   • Розділ годування: PP/PE повинна підтримувати температуру бочки на 10-20 ° C нижче, ніж температура плавлення (наприклад, розділ подачі ПП 150 ° C), щоб запобігти прилипленню матеріалу до стінки; Розділ годування PLA потрібно постачати сухим повітрям (точка роси <-40 ° C), щоб уникнути інфільтрації вологи.
   • Розділ стиснення: Температуру стиснення ПС необхідно контролювати при 200-220 ° C; Перевищення 240 ° С спричинить окислення та пожовтіння бензольного кільця; Температурна межа температури стиснення PLA становить 175 ° C, і необхідний пристрій примусового повітряного охолодження.
   • Розділ гомогенізації: Температура гомогенізації ПЕ повинна бути на 20-30 ° C вище, ніж температура плавлення (наприклад, HDPE, гомогенізація розділу 150-160 ° C) для забезпечення плинності розплаву; Температура гомогенізаційної секції РП становить 180-190 ° C, балансування пластифікації та споживання енергії.

(B) Регулювання швидкості та обертання

• Налаштування заднього тиску :
  Екструзійна екструзія заднього тиску становить 0,5-1,0 мПа для поліпшення компактності розплаву та зменшення бульбашок аркушів; Задній тиск PLA ≤0,3 мпА, щоб уникнути раптового збільшення в'язкості розплаву, викликаного високим тиском.
• Швидкість обертання гвинта :
  PE (низька щільність) може приймати високу швидкість обертання (150-200 об / хв) для збільшення виходу; Швидкість обертання PLA повинна бути <80 об / хв у поєднанні з низькошвидкісним висококольоровим двигуном (коливання крутного моменту ≤5%).

© Контроль натягу та розтягування

• Коефіцієнт натяжного листа PP 1,2-1,5, співвідношення розтягування 2-3, що потребує відповідності синхронної швидкості, що регулює швидкість;
• Коефіцієнт натяжного листа PLA ≤1,2, щоб уникнути перелому розплаву, спричиненого високою швидкістю натягу, а температуру рулону напруги потрібно підтримувати при 50-60 ° C для поліпшення міцності на плаву.

V. Оцінка кореляції між якістю продукції та пристосованою обробкою

(A) Ключові показники тестування ефективності

1. Фізичні властивості

   • Рівномірність товщини: допуск аркуша PP/PE повинно бути ≤ ± 3%, PLA ≤ ± 5% (обмежена міцністю на розплави);
   • Механічні властивості: міцність на розрив аркуша PS повинна бути ≥40 мПа, подовження при розриві ≥2%; Якщо зсув під час екструзії, подовження при перерві знизиться до нижче 1%.

2. Мікроструктура

   • Кристалічність PP-листа слід контролювати на рівні 55%-65%; Занадто високий призведе до збільшення листової крихкості;
   • Ступінь орієнтації на молекулярну ланцюг аркушів PLA має бути <15%, що можна оцінити, спостерігаючи явища двоярусного залучення з поляризуючим мікроскопом.

(B) Типові дефекти та співвідношення адаптованості обладнання

• Розтоплення перелому (поширений у PS/PLA) :
  Причиною може бути занадто висока швидкість зсуву гвинта (швидкість зсуву PS> 1000S⁻) або занадто великий кут входу в штамп, що вимагає зменшення швидкості обертання та оптимізації кута секції конвергенції штампу до 15 ° -20 °.
• Лист пожовтіння (поширений у PS/PLA) :
  Вказує на виникнення теплової деградації, необхідно перевірити, чи перевищує температуру гомогенізуючої секції верхню межу PS 240 ° C, чи є місцева площа перегріву в бочці PLA (наприклад, несправність термопари).

Vi. Розширена оцінка стійкої пристосованості обробки

Що стосується біообазьких матеріалів, таких як PLA, крім традиційних показників обробки, слід звернути увагу також:

• Енергоефективність : Споживання енергії екструзії PLA приблизно в 1,3-1,5 рази перевищує ПП, що вимагає оцінки відповідності між потужністю нагрівання гвинта та ефективністю охолодження (рекомендована щільність потужності нагрівання ≤0,3 кВт/кг · год);
• Чисте виробництво : Залишкові матеріали в обладнанні після обробки PLA повинні бути очищені за допомогою спеціальних очисних засобів (таких як ізопропіловий спирт), щоб уникнути перехресного забруднення з іншими матеріалами, оцінюючи зручність розбиття гвинта (наприклад, фланцева структура швидкого вивільнення).

Vii. Побудова багатовимірної моделі оцінки адаптивності

Оцінка одноразової екструдерної адаптованості до PP/PS/PE/PLA повинна прийняти логічний ланцюг «Матеріальні характеристики та основні характеристики, утворюють систему оцінювання замкнутого циклу за допомогою налаштованих геометричних параметрів гвинта (наприклад Низькотемпературна стратегія низького спинки для PS) у поєднанні з моніторингом мікроструктури продукту та фізичними властивостями в режимі реального часу. Для нових матеріалів (таких як PLA), індикатори сталого переробки також повинні бути включені в рамку оцінки, сприяючи модернізації обладнання від "однофарбовної адаптації" до "багатоматеріальної сумісності зеленого виробництва". Встановлення цієї системи оцінювання не лише надає теоретичну підтримку оптимізації процесу екструзії аркушів, але також пропонує технічну основу для модульного проектування обладнання для екструзії одноразової екструзії.