2014年05月21日

PVC管材生产挤出机及模具知识

  挤出成型是塑料成型加工的基本成型方法之一,大部分热塑性塑料都能用此方法进行加工,它具有如下特点:生产过程是连续的,因而其产品都是连续的,生产效率高,投资少,挤出成型过程是这样进行的,将塑料加热、摩擦剪切,使之呈粘流水态,在加压的情况下,使之通过具有一定形状的口模而成截面与口模形状相仿的连续体,然后通过冷却,使其具有一定几何形状和尺寸的塑料,得到所需要的制品。

  1、螺杆料筒:螺杆是挤出机的心脏,一切都直接或间接的以螺杆为中心,它对物料进行输送,混炼和塑化,直接影响制品质量,根据物料在螺杆中的变化情况,通常把螺杆分为三段:加料段、压缩段(熔融段)、计量段(均化段)。

  加料段:一般为第一区,双螺杆的加料段螺槽较深,容积较大,有利于加大物料的输入和压缩,此区温度一般不能太高,否则会有熔料粘于进料口表面,造成进入挤出机的料流故障或搭桥断料。

  压缩段:一般为二、三两区,此段螺杆特点是螺距的变化,断牙破牙及螺纹宽度均匀变化,物料受到强烈的挤压,在剪切作用下物料得到了很好的塑化和混炼,此段有真空排气孔,把物料中的气体排出。

  计量段:此段螺杆的螺槽在整个螺杆中最浅,容积最小,它的螺杆和螺纹形式基本不变,熔融塑化的物料在此该段受到进一步压缩,并使塑化均匀细化,由于物料在这一段运动比较均一,减小了物料的挤出波动性,提高进入模具的料流的稳定性。

  双螺杆按螺杆中心距离大小可分啮合型和非啮合型两种:按旋转方向的不同可分同向旋转与异向旋转;按螺杆轴线相对,可分平行双螺杆和锥形双螺杆,锥形适用于PVC管材;型材波纹管,平行适用于大型产品:如D400以上管材。

  (1)强制输送作用:在反向旋转全啮合的双螺杆挤出机中,两根螺杆相互啮合,啮合处一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽中,使其在物料输送过程中,不会产生倒流或滞流,无论螺槽是否填满,输送速度基本保持不变,具有强大的输送性。

  (2)混合作用:由于两根螺杆互相啮合,物料在挤出过程中进行比单螺杆挤出机远为复杂的运动,不断受到纵向,横向的剪切混合,从而产生大量的热能,使物料在机筒中的停留时间较单螺杆挤出机短。

  (3)自洁作用:粘附在螺槽上的积料如果滞留时间太长,将引起物料的降解严重损害制品的质量,因此对积料应及时清除,尤其是对热敏性塑料PVC更为重要,反向旋转的双螺杆在啮合处,螺纹与螺槽存在着速度差,在相互擦离过程中,相互剥离粘附在螺杆的物料,使螺杆得到自洁。

  (2)螺杆的长径比L/Ds:指螺杆工作部分的有效长度与直径Ds之比内径,常为15-25﹙近年可达40﹚L/Ds大,能改善塑料的温度分布混合更均匀,并可减少挤出的逆流和漏流,提高产能,L/Ds小对塑料的混合和塑化都不利,因此,对于硬塑料粉状塑料或结晶塑料要求塑化时间长的,应选择L/Ds大的,对于热敏性性塑料因受热时间太长而分解,应选择L/Ds小的。

  (3)螺杆的压缩比A:指螺杆的加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽的容积之比,它表示塑料通过螺杆全过程,被压缩的程度,A大,塑料受到挤压作用愈大,排除物料中空气能力越强一般A在2-5﹙硬聚氯乙稀:3-4﹚。

  (4)螺槽深度H:影响塑化及挤出效率,H小时,对塑料可产生较高剪切速率,有利于传热塑化,但挤出生产效率低,因此,热敏性塑料用深槽﹙如PVC﹚,而熔体粘度和热稳定高的塑料﹙如PA﹚用浅槽。加料段的螺槽深H1是个定值,一般H1﹥0.1Ds压缩段H2是个变值,均化段H3是个定值H3=0.02-0.06Ds。

  (5)螺旋角:指螺纹与螺杆截面之间的夹角,随θ增大,产能提高但剪切减小,θ介于10°-30°之间,θ=30°适用于粉料,θ=15°适用于方块料,θ=17°适用于圆柱料,在均化段θ=30°时挤出产率最高,出于机械加工的方便,取Ds=ls,则θ=17.7°为常用螺杆。

  (6)螺纹棱部宽E:太小漏流增加,产量降低,E大动力消耗大,一般取E=0.08-0.12Ds。

  (7)螺杆间隙δ:其大小直接影响挤出机的生产能力和物料的塑化,δ=0.1-0.65㎜为宜,大螺杆δ=0.002Ds,小:δ=0.005Ds。

  机筒:机筒和螺杆配合组成挤出系统的基本结构,机筒的三、四两区由于热较快,一般要设置冷却装置。

  机头与口模是塑料成型加工至关重要部分,习惯上把机头连接器统称为机头,它由过流板,分流梭,支架,口模、芯模组成。

  机头作用:使熔体由螺旋运动变为直线运动,产生成型压力,使熔体进一步密实和塑化均匀。

  a、过滤板:分为多孔板与直通板,作用:增加背压,塑化熔体,均化熔体,使熔体由螺旋运动变为直线运动;

  b、分流器及支架:分流器与过流板之间有一个空腔,该空腔起着汇集料流,补充塑化和重新组合作用,所以分流器与过滤板之间的距离不易过小,以免出料不均,过大,料停留时间长,易发生分解一般为10-20㎜。

  管子挤出口模时,具有相当高的温度,为将挤出的产品定型稳定下来,得到我们所需要的产品截面形状,尺寸,光亮的表面,挤出管坯必须马上经定型冷却装置处理。

  我们有采用的定径方法:外径定径真空负压法,它的特点是操作方便,废料少,但管径大时,抽真空吸力难以控制其圆度,小口径管材采用浸浴冷却,因水槽中浮力较大,易发生弯曲,故大口径。管材采用喷淋水冷却,喷淋水管一般为四根,均匀分布在管子四周,靠定径套一端喷水较密。

  本装置由机架、真空定型水箱前后调节装置,左右调节装置高低调节装置,真空泵系统和水泵系统组成。

  彩印机工作原理:利用牵引装置的牵引力,利用橡胶主动轮和托轮对管材夹紧时所产生的摩擦力矩,带动印字轮和橡胶彩印动,利用刀片将转动的印字轮圆周表面的油墨刮净,仅使字样的凹坑着墨,字轮将标印字样转移在橡胶彩印轮上,然后再彩印于管材的表面。彩印机由机身、彩印轮、托轮及风泵吹干装置四大部件组成。

  其作用是给机头出来的已获得初步形状和尺寸的管子提供一定的牵引力和牵引速度,均匀的引出管材,并通过牵引调节管子的壁厚。

  当管材达到要求的长度,通过电子计长仪或限位开关发出指令,使切割机开始工作。要求长度尺寸准确,切口均匀平整。

  采用双螺杆挤出机生产UPVC实壁管材所使用的模具结构大致相同,一般由前模体、支架、后模体、分流梭、口模、芯棒等组成,机头的作用是将挤出机连续提供的已熔化的具有一定压力的塑料熔体通过其特定的流道进入口模而形成环状截面的管胚,再经冷却定型得到所需的管材。

  1、压缩比是模具最重要的设计参数,压缩比就是分流器支架出口处流道环形面积与口模及模芯之间的环形截面积之比,压缩比表示粘流态塑料被压缩的程度,压缩比太小不能。挤出管材的密实,也不利于消除分流筋所造成的熔接痕;压缩比太大则料流阻力增大,我们的排水管模具压缩比一般在25-35之间,现在模具发展的趋势也是增大模具体积,增大压缩比,来达到高速生产且又能满足质量要求。

  2、收缩率:塑料从口模挤出后有一定的膨胀,因此定型套的内径应略大于口模的直径,但管材经冷却后有一定的收缩,因此定型套的内径又必须大于管材要求的外径,收缩率一般为1%,定型套内径一般取大于管子外径0.5%-0.8%。

  3、分流梭:分流梭又称鱼雷头,粘流态塑料经过过滤板到达分流梭,塑料流体逐渐成环形,并使塑料变薄,这样物料的受热面积加大,有利于进一步塑化。分流梭靠近过滤板的一端锥度用扩张角a来表示,硬聚氯乙稀塑料熔体粘度高,流动性差,故分流器扩张角有一定要求,a一般取60°但不超过90°,a过大时料流阻力大,造成物料停滞和分解,a过小,将增加锥形部分长度,使机头笨重,也会延长物料在模腔内停留时间,不利于料层很快变薄,对制品质量不利,分流器锥形部分长度要与扩张角一同考虑,一般L4取﹙1~1.5﹚D或﹙0.6~1.5﹚Ds﹙Ds为螺杆直径﹚分流器头部应呈圆角,圆角半径R=0.5-2㎜,不能过大,否则会引起积料和造成分解,也有取尖角分流器与过滤板之间的空腔起着汇集料流的作用,空腔的距离不宜过小,以防止管材挤出不均匀,质量不稳定,距离太大则料流停滞时间太长,易发生塑料分解。

  分流器和模芯是通过分流器支架连接在一起,在小型模具上分流器与支架可制成一体,分流器支架除在强度上要满足要求外支架筋的截面积应呈流线型,其出料端的角度应小于进料端的角度,支架筋数量应尽量少,一般为3-8根,熔融的塑料由分流器扩展成薄环状,进一步加热塑化,通过分流筋时被分开再汇合,有可能形成熔接痕,因此分流器支架筋数及宽度应尽量小些,在分流器支架内设有导线孔与进气孔,以便分流器与管芯内层装电热器时通入导线或通入压缩空气。

  口模与芯棒的平直部分是管材的成型部分,口模是成型管材的外表面,芯棒是成型管材的内表面,口模平直部分长度很重要,因为机头的压力主要是由压缩比与口模或芯棒的平直段长度来决定的,增加平直部分的长度,增大料流阻力,使管材致密,又可使料流稳定均匀挤出,消除螺杆旋转给料流造成的旋转运动,但如果平直段过长,则阻力增大,挤出来的管材表面粗糙,口模平直段长度L2的确定与机头压缩比的大小,制品的壁厚,直径大小等方面有关,压缩比大,平直段应短些,压缩比小,平直段应长些。

  口模内径D2尺寸不完全是管材外径D1,其原因是管材离开口模后因弹性恢复而膨胀,另外管子在牵引过程中因冷却而会缩小,口模内径D2取经验公式D2=D1/d d=1.04-1.08

  定径套长度取决于管材尺寸,塑料性能管坯温度,挤出速度冷却效率及热传导性能,对于直径小于300㎜的PVC-U管材,其定径套长度为管径的3-6倍。

  定径套锥度;通常定径套的出口直径应比进口直径略小,使用带锥的定径套,可使管子与定径套内壁形成较大面积接触,从而了管材的冷却效果及外观质量。

  芯棒是成型管材的内表面,物料经过分流梭支架后先经过一定的收缩,收缩角应小于分流器的扩张角,双螺杆一般收缩角为40°-80°

  a、模具打磨时要用金相细砂,如遇腐蚀较严重的地方可用水磨砂打磨掉锈迹后,再用细砂纸打磨或用抛光机进行抛光,支架打磨要彻底,不能留有死角,防止出黄线,模具连接处要求光滑平整,不能有毛刺死角,模具螺孔要定期清理,防止二硫化钼碳化,螺丝不易拆装;

  b、装模前要先找清标记,然后按标记组装,组装过程中一定要注意安全,使用行车要小心,动作要轻,避免人身及模具损伤,上螺丝时对每颗螺栓,螺纹,硬度都要检查,对于不好的螺丝及时更换,螺丝每颗都要抹上适量二硫化钼;

  c、上模:模具在装在机器上以前,要准备好所用工具及一些必要物品,过滤板是否要加铜片,对吊模用的及要进行检查是否完好,吊模时要水平,装模过程中脚及身体其它部位不要在模具下方且热电偶孔最好在上方;

  d、紧模:开机前要对模具各螺栓进行加紧,在紧螺栓时先紧模具底座螺丝,然后再紧压板,壁厚,紧螺栓时,要求一人对角拧紧用力要均匀。

  a、一模双出因生产速度较快,故选用芯棒时,一般用中型芯棒做轻型管用重型芯棒做中型管。

  b、单出也可采用双出方法,也可在众多芯棒中选取直径最小的来做,一般轻型用短口模芯棒,中型重型用长口模;